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Light Emitting Diode

照明用カラーLED について目次
1. 概要 ................................................................................... 2
2. 照明用 LED のカラーラインナップ ........................ 2
3. LED の色再現性 ........................................................... 3
4. 混色について ................................................................ 4
5. カラーLED による調色設計 ..................................... 5
6. LED 使用上の注意点 ................................................. 6
7. まとめ ................................................................................ 6

本書内に記載する型番 NxSx119B-V1、NxSx219B-V1、Nxxx757G、NF2E757H-F1、および NCSxE17A は弊社製品の型番であり、商標権を有する可能性のある他社製品といかなる関連性・類似性を有するものではありません。

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1. 概要
近年照明分野において様々な場面でカラーLED※1 が使用されるようになってきました。その用途は、スマートフォンで手軽に制御できるインテリア照明からビルや景観を演出する大出力投光器まで多岐にわたります。
従来の投光器や舞台照明では比較的大型のハロゲン電球（白色光）が使用されており、それぞれ照明器具と赤、緑、青などのカラーフィルターを組み合わせてカラー調色を行っていました（図 1 参照）。これに対し 1 個の大きさが数 mm と非常に小さな LED では、1 台の照明器具に様々な発光色の LED を搭載することができるため、カラーフィルターを使わず照明器具 1 台でフルカラー調色※2 が可能となります。照明器具の LED 化は照明器具の小型化や設置数削減のほか、省エネや色再現性の向上など様々なメリットをもたらします。弊社ではお客様の様々なご要望に応えるべくカラーLED を多数ラインナップしています。
本書ではカラー調色の考え方やカラーLED の使い方をご紹介します。
照明器具
（白色光）

Light Emitting Diode

カラーフィルター
カラーフィルター

カラーLED 搭載
照明器具※3

照明器具（白色光）

図 1. 照明器具のカラー調色のイメージ

2. 照明用 LED のカラーラインナップ
弊社が照明用としてラインナップしているカラーLED を表 1 にて紹介します。RGB（赤、緑、青）以外の特殊色もラインナップしていますのでご入用の際は弊社営業までお問合せ下さい。
表 1. カラーLED ラインナップ
LED タイプおよび外観仕様※4

型番119B-V1/219B-V1

NCSC119B-V1

NCSB119B-V1

NCSE119B-V1

NCSG119B-V1

NCSA119B-V1

NVSA119B-V1

NCSR119B-V1

NCSC219B-V1

NCSB219B-V1

NCSE219B-V1NCSG219B-V1

NCSA219B-V1

NVSA219B-V1

NCSR219B-V1

外形寸法

3.5×3.5×2.0 mm

定格電力

1.0 W

用途・特徴

出力が高く高輝度なので投光器などで使用されます。
色純度が高いため鮮やかな色表現が可能です。

※4757G/757H

型番

NE2B757G

外形寸法

757G: 3.0×3.0×0.65 mm

定格電力

0.3 W

用途・特徴

間接照明などの屋内照明やサイン照明など低輝度での使用

NF2E757GR

NF2E757H-F1

NE2G757G

NFSY757G

NE2R757G-P6

757H: 3.0×3.0×0.8 mmに適しています。

E17A

※4

型番

NCSCE17A

外形寸法

1.7×1.7×0.35 mm

定格電力

1.0 W

用途・特徴

LED サイズが小さいので照明器具の小型化が可能です。

NCSBE17ANCSEE17A

NCSGE17A

NCSGE17ANCSAE17A

NCSRE17A

NCSRE17A

またすべての色で順電圧(Vf)を統一しています。
※1．赤、緑、青など色純度の高い発光色を有する LED です。
※2．例として、RGB（赤、緑、青）の三光源を使用して一色あたり 256 段階の調光を行う場合、表現色は 256×256×256=1677 万色になります。
※3．フルカラー調色の点灯イメージです。
※4．弊社製品型番では先頭から 4 桁目の文字で発光色を表します。R：赤、 G：緑、 B：青、 C：青（ロイヤルブルー）、 E：青緑、 A：橙、 Y：黄This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
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3. LED の色再現性
図 2 にカラーテレビや PC 関連の色域規格を示します。
① NTSC（National Television System Committee）
アナログテレビ放送のコンポジット映像信号および放送方式の仕様を策定した規格です。規格における色域範囲は広いですが、当時の一般的なアナログテレビではその色域を 100%再現することは難しく「NTSC比 xx%」などの表現方法で色域性能をアピールしていました。
② sRGBIEC が定めた国際規格です。モニターやプリンタ、デジタルカメラなど多くのデジタル機器で対応しており対応機器同士を接続すれば機器間の色の差を小さく出来ます。表示可能な色の範囲は狭く「NTSC 比 72%」となりますが、現在広く普及している HDTV(ハイビジョンテレビ)や BD(ブルーレイディスク)の規格 BT.709 もほぼ同じ色域範囲となっています。
sRGB よりも色域は広くなり NTSC に近づきますが、僅かに異なります。国際規格ではないものの出版や印刷業界のデファクトスタンダードとなっており、モニターやデジタルカメラなどのデジタル機器でも多くの対応機器が見られます。
④ BT.2020
次世代の 4K/8K 放送や UHD BD(ウルトラ HD ブルーレイディスク)のための HDR(ハイダイナミックレンジ)
規格で色域はかなり広くなります。従来の HDTV 規格 BT.709 では自然界に存在する物体の色の 74.4%しか再現できませんが、BT.2020 は規格上 99.9％の色再現が可能となります。
上記の色域範囲に LED（RGB の 3 色）で表現可能な色域範囲を重ね合わせると、NTSC や Adobe RGB 以上の広さであることがわかります。このことから LED の色表現の幅はカラーテレビや PC 関連の身近なフルカラー表示機器と比較しても遜色ないことがわかります。
0.90.80.70.6― ①NTSC

0.5― ②sRGBy

Light Emitting Diode③ Adobe RGB― ③Adobe RGB

0.4― ④BT.2020
0.3… LED（x19B-V1 タイプ）

0.20.1000.10.20.30.4
x0.50.60.70.8

図 2. 色域規格This document contains tentative information, Nichia may change the contents without notice.
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4. 混色について2 種類以上の色（原色）を混ぜ合わせることを混色と言います。組み合わせる色や割合によって任意の色を作り出すことができます。混色の考え方は大きく分けて次の 2 つに分類されます。
4.1. 加法混色
照明やモニターなど、光の足し合わせによる色の表現方法であり RGB（赤、緑、青）の光の三原色を使用します。光を重ねていくほど明るくなり、すべての色の光を足し合わせると白色光になります。（図 3 参照）
例：
赤と青の光を重ねると混色光は赤と青の両方の発光スペクトルを持った赤紫色（マゼンタ色）の光となります。
（図 4 参照）
GＢ＋Ｂ

＝強度Ｒ

波長波長

図 3. 加法混色のイメージＲ強度B

強度Light Emitting DiodeR

波長

図 4. 加法混色の例

4.2. 減法混色
印刷インクやカラーフィルターなど光を吸収する物質の重ね合わせによる色の表現方法であり、CMY（シアン、マゼンタ、イエロー）の色の三原色を使用します。加法混色とは逆の考え方で、光の吸収特性の重ね合わせなので色を重ねるほど暗くなり、全ての色を重ねると黒（全ての光を吸収）になります。（図 5 参照）
例：
赤色光を吸収するシアンのフィルターと、青色光を吸収するイエローのフィルターを重ねると赤と青の両方を吸収し、緑色光のみを透過するフィルターとなります。（図 6 参照）
白色光C
MYＲＧＧＢ

シアン色フィルター
（赤を吸収）

図 5. 減法混色のイメージ

イエロー色フィルター（青を吸収）

図 6. 減法混色の例

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5. カラーLED による調色設計
5.1. 加法混色による計算方法
カラーLED の混色によりカラー調色する場合は光の混色、すなわち加法混色として考えることができます。
XYZ 表色系※5 における三刺激値(X, Y, Z)で加法混色を考えた場合、混色光は原色光の成分の和で表現できます。LED1 の三刺激値を（X1 , Y1 , Z1）、LED2 の三刺激値を（X2 , Y2 , Z2）、LED3 の三刺激値を（X3 , Y3 , Z3）、・・・
LEDn の三刺激値を（Xn , Yn , Zn）とした場合、混色後の三刺激値（X , Y , Z）は以下の式 1 で表すことができます。
𝑋 = 𝑋1 + 𝑋2 + 𝑋3 + ・・・ + 𝑋𝑛
𝑌 = 𝑌1 + 𝑌2 + 𝑌3 + ・・・ + 𝑌𝑛

・・・(式 1)𝑍 = 𝑍1 + 𝑍2 + 𝑍3 + ・・・ + 𝑍𝑛

Light Emitting Diode

また、三刺激値(X, Y, Z)と xy 色度座標における色度(x,y)および明るさ Y の間には式 2 の変換式が成り立ちます。

𝑋=𝑌𝑥𝑦

𝑌 = 𝑌 ※明るさ（光束または輝度）
𝑍=・・・(式 2)𝑌(1 − 𝑥 − 𝑦)𝑦

このことから、原色光の色度(x,y)と明るさ Y がわかれば混色後の色度と明るさを計算で求めることができます。
またこの逆も可能で、混色で得たい色度と明るさが決まれば LED の明るさを各々いくらにすればよいのか計算で求めることができます。
5.2. 加法混色の計算例
5000K狙い100 [lm]

弊社の E17A タイプを例に、混色で狙いの色度と明るさを得るための計算方法をご紹介します。試算条件として、NCSRE17A(Red) 1

Y1[lm]個、NCSGE17A(Green) 1 個、NCSCE17A(Blue) 1 個の 3 色の LED

Y2[lm]Y3[lm]を使用し、混色後の狙い色度は(x,y)=(0.345, 0.355)、光束は 100 lm とします。（図 7 参照）

図 7．試算条件

E17A タイプの各色の代表色度 x,y を表 2 に示します。また各色の明るさは変数 Y1～Y3 としておきます。
表 2．E17A タイプ代表特性色度

明るさｘｙYNCSRE17A（Red）

0.683

0.313

Y1

NCSGE17A（Green）

0.252

0.651

Y2NCSCE17A（Blue）

0.157

0.021

Y3混色後（5000K 狙い）

0.345

0.355

100 lm※5．詳しくは CIE（国際照明委員会）の規格「CIE 1931」における XYZ 表色系を参照ください。

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これらの値から式 2 の変換式を使用して各色の三刺激値(X, Y, Z)を求めます。
表 3．三刺激値への変換
三刺激値
XYZ

NCSRE17A（Red）

2.182Y1

Y10.013Y1

NCSGE17A（Green）

0.387Y2

Y20.149Y2

NCSCE17A（Blue）

7.476Y3

Y3

39.143Y3（5000K 狙い）

97.18310084.507

得られた三刺激値（表 3）を式 1 に当てはめると以下の連立方程式が成り立ちます。

Light Emitting Diode97.183 = 2.182𝑌1 + 0.387𝑌2 + 7.476𝑌3
100 = 𝑌1 + 𝑌2 + 𝑌3・・・(式 3)84.507 = 0.013𝑌1 + 0.149𝑌2 + 39.143𝑌3
この連立方程式を解くことで、各 LED の明るさ Y1、Y2、Y3 を求めることができます。今回の例では、Y1(赤)：25.2lm、Y2(緑)：72.9 lm、Y3(青)：1.9 lm となります。
今回は RGB の 3 色で試算しましたが、白色光の色温度制御のように高色温度の白色と低色温度の白色の2 色による調色も同様の手順で計算することができます。ただし 4 色以上で調色する場合、解が複数存在する
ためいずれか 1 色以上の明るさを事前に決めておき変数（求めたい明るさ）を 3 つ以下にしておく必要があります。

6. LED 使用上の注意点
以下に LED 使用上の注意点を示します。
‧ いかなる駆動条件においても、すべての LED で絶対最大定格順電流を超えないことを確認してください。
‧ いかなる駆動条件においても、すべての LED で絶対最大定格ジャンクション温度を超えないことを確認してください。
‧ 電流特性や温度特性などにより光束および色度の実測値が設計値からずれる可能性があります。
‧ 製品タイプによっては色毎に順電圧が大きく異なります。電源回路および LED 回路設計時はご注意ください。
‧ 使用条件によっては照射面で色ムラが発生する場合があります。実機にて問題ないことを確認してください。
‧ 実装時の注意点については各製品タイプに対応する実装技術資料を参照してください。

7. まとめ
今回ご紹介した内容は調色設計の一例であり LED の調色性能を保証するものではありません。必ずお客様ご自身で設計・検証を行い、実機にて問題のないことを確認してください。

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