LED電球のフリッカー(ちらつき)測定と考察

フリッカーの健康被害

 2010年、札幌市役所庁舎で入札により納入された直管型LEDランプ(いわゆるLED蛍光灯)のちらつきが原因で「目が疲れる」「体がだるい」「気分が悪くなる」などの声が上がり、大きな社会問題となりました。

 LEDは周期的に電圧が変動するAC(交流)からDC(直流)に変換されて点灯しますが、蛍光灯のような残光時間がありません。50Hzの場合1秒間に100回、60Hzの場合1秒間に120回の頻度で瞬時にオンオフをくりかえして点灯します(無点灯状態が存在する)。その結果「ちらつき」を感じやすくなり、上記のような症状を訴える人が現れたと言われています。
 
 そのようなこともあり、2012年に電気用品安全法(PSE)の改定が行われ、LEDを光源とする製品に安全性や雑音等に関する技術基準が設けられるようになり、フリッカー(ちらつき)に関しても一定の基準が設けられました。

フリッカーとは

 フリッカー(ちらつき)の周波数は一般的に、電源周波数(通常は50または60Hz)と等しいか、電源周波数の2倍のどちらかです。
 白熱電球、ハロゲン球、蛍光灯またはLEDであれ、日中の太陽光の下でない限り私たちは交流電源(AC)由来によるフリッカーに晒されていると言えます。
 LED光は、AC(交流)からDC(直流)に変換されて提供されますが(整流と平滑)、その際の脈流がフリッカーとなって現れます。フリッカーを低減するには、脈流を小さくする安定した回路が求められます。

フリッカーの指標 Flicker metrics

フリッカーを定量化するために、アメリカの照明工学協会(IES)が策定した二つの指標があります。

  • フリッカー率 Percent Flicker 
    光源の出力における周期変動の相対的な尺度(すなわち、変調率)。
    フリッカー率=100×(A-B)/(A+B)
    0%~100%。フリッカー率が低いほど、フリッカーは実質的に小さくなる。
  • フリッカーインデックス Flicker Index
    平均光出力レベルを上回る領域の、1サイクルの光出力曲線下の総面積に対する比率。
    フリッカーインデックス=Area1/Area1+Area2
    0〜1。フリッカー指数が低いほど、フリッカーは実質的に小さくなる。

Flicker metrics


電気用品安全法(PSE)の技術基準

『電気用品安全法』ではフリッカー(ちらつき)について以下の通り定めています。

一般照明用として光源にエル・イー・ディーを使用するものにあっては、光出力は、ちらつきを感じないものであること。
この場合、次に掲げるものは、「光出力は、ちらつきを感じないもの」とみなす。
a 出力に欠落部(光出力のピーク値の5%以下の部分)がなく、繰り返し周波数が100Hz 以上であるもの。
b 光出力の繰り返し周波数が500Hz 以上であるもの。


各種電球のフリッカー測定

 2018年7月、各社LED電球のフリッカーを測定しました。光出力の波形グラフ右横の数字が計測値で、上から2段目Percentage(IES)がフリッカー率、3段目Index(IES)がフリッカーインデックスです。

白熱電球のフリッカー

シリカ電球

シリカ電球

シリカ電球の波形と測定値


ミニクリプトン電球

ミニクリプトン電球

ミニクリプトン電球の波形と測定値

 シリカ電球57Wとミニクリプトン電球54Wを計測。共にフリッカー率6.0%前後。白熱電球は電圧が周期的に変動する交流電源で点灯しますが、フィラメント(タングステン)が熱せられて発光するため、電圧がゼロの時でも残光時間があるので消えずに点灯しています。

各社LED電球のフリッカー 

弊社製造LEDフィラメント電球G50-4D3.5W-E26。フリッカー率0.38%。今回計測したLED電球の中で最も低い。

G50-4D3.5W-E26

G50-4D3.5W-E26の波形と測定値


弊社製造LEDフィラメント電球A60-6D5W-E26。フリッカー率0.44%。

A60-6D5W-E26

A60-6D5W-E26の波形と測定値


弊社製造BRCHS5-3COT-E17。フリッカー率2.3%。

BRCHS5-3COT-E17

BRCHS5-3COT-E17の波形と測定値


弊社製造LEDクリスタルシャンデリア球CRC3W-E17。フリッカー率4.5%。白熱電球以下の低いレベル。

CRC3W-E17

CRC3W-E17の波形と測定値


A社LEDシャンデリア球。大手インターネットショッピングモールで販売。フリッカー率74.0%。光出力の最大最小値の差が大きくちらつきが大きい。

A社LEDシャンデリア球

A社LEDシャンデリア球の波形と測定値


家電メーカーB社LEDシャンデリア球。フリッカー率16.4%。

大手家電メーカーB社LEDシャンデリア球

大手家電メーカーB社LEDシャンデリア球の波形と測定値


家電メーカーC社LEDシャンデリア球。フリッカー率5.3%。

大手家電メーカーC社LEDシャンデリア球

大手家電メーカーC社LEDシャンデリア球の波形と測定値


家電メーカーD社ミニクリプトンタイプLED小型電球。フリッカー率12.1%。

大手家電メーカーD社ミニクリプトンタイプLED小型電球

大手家電メーカーD社ミニクリプトンタイプLED小型電球の波形と測定値


ランプメーカーE社ミニクリプトンタイプLED小型電球。フリッカー率25.1%。

中堅照明メーカーE社ミニクリプトンタイプLED小型電球

中堅照明メーカーE社ミニクリプトンタイプLED小型電球の波形と測定値


F社LEDシャンデリア球。国内の複数の大手インターネットショッピングモールで販売。フリッカー率99.8%。光出力の最小値がほとんど0の無電圧状態があり、電気用品安全法(PSE)で規定される光出力に『欠落部』が存在。電気用品安全法(PSE)に不適合の疑い有り。

ネット通販F社LEDシャンデリア球

ネット通販F社LEDシャンデリア球の波形と測定値


G社LEDフィラメントシャンデリア球。フリッカー率32.7%。

国内G社シャンデリア球

G社LEDシャンデリア球の波形と測定値


G社LEDフィラメント電球。フリッカー率55.6%。振幅が大きい。

国内G社のLEDフィラメント電球

G社LEDフィラメント電球の波形と測定値


電気用品メーカーH社LEDフィラメントシャンデリア球。フリッカー率11.4%。

大手電気用品メーカーH社のLEDシャンデリア球

電気用品メーカーH社LEDシャンデリア球の波形と測定値


電気用品メーカーH社LEDフィラメント電球。フリッカー率25.6%。

大手電気用品メーカーH社のLEDフィラメント電球

電気用品メーカーH社フィラメント電球の波形と測定値


中国大手Ledフィラメント電球メーカーI社。フリッカー率85.6%。光出力の最大値と最小値の差が非常に大きい。フリッカー率90%に達すると電気用品安全法(PSE)に不適合。

中国Ledフィラメント電球大手I社製品

中国Ledフィラメント電球大手I社製品の波形と測定値


中国大手Ledフィラメント電球メーカーI社。フリッカー率87.0%。光出力の最大値と最小値の差が非常に大きい。フリッカー率90%に達すると電気用品安全法(PSE)に不適合。

中国Ledフィラメント電球大手I社製品

中国Ledフィラメント電球大手I社製品の波形と測定値


台湾大手LEDフィラメント電球メーカーJ社。フリッカー率49.1%。

台湾Ledフィラメント電球大手J社シャンデリア球

台湾Ledフィラメント電球大手J社シャンデリア球の波形と測定値


中国輸出メーカーK社LEDシャンデリア球。フリッカー率99.8%。光出力の最小値がほとんど0の無電圧状態があり、電気用品安全法(PSE)で規定される光出力に『欠落部』が存在。電気用品安全法(PSE)に不適合の可能性有り(その場合日本での販売は不可)。

中国輸出メーカーK社のLEDシャンデリア球

中国輸出メーカーK社のLEDシャンデリア球の波形と測定値


【総評】

 フリッカー率は、弊社製品0.38~4.5%、国内大手家電メーカー製5%~16%、国内メーカー製(中国OEMと思われる)11%~55%、ネット通販会社(中国OEM)74%~99.8%、中国輸出メーカー製49%~99.8%という結果でした。

 今回のテストで、総体的にLEDフィラメント電球はフリッカー率が非常に高い傾向にあることが分かります。中には光出力最小値がほとんどゼロで、電安法(PSE)の技術基準に達していないと思われる製品がありました。LEDフィラメント電球のフリッカー率が高くなる原因については 今回ここでは触れませんが、弊社は当初からこの問題に着目し、その解消に向けて取り組んできました。そして今日、弊社製品は上記計測数値にあるような、ほとんどちらつきが無いレベルの『フリッカーフリー』を実現しています
※注:電安法(PSE)の技術基準に達していない製品(不適合製品)は、国内では販売することができません。

まとめ―フリッカーフリーを目指して

 人の目は50Hz以上のフリッカーを認識することができないと言われています。フリッカーによる健康被害が言われて久しいですが、目でとらえることができないフリッカーがどの程度人の健康に影響を及ぼすかは、まだ明らかになっていないようです。しかし人の脳は150Hzまでの点滅光に反応しているという研究結果もあるようです。

 フリッカーは照明だけでなく、液晶モニターから生じるフリッカーにも関心が高まってきているようで、数年前から液晶モニター大手メーカー「BenQ」がフリッカーフリー製品を販売しています。 BenQのWEBサイトへ
このサイトでは、フリッカーが目に与える影響について説明しています。
長時間フリッカーに晒されることで人の健康に悪影響を与えることは間違いないようです。

撮影に影響する『フリッカー』:
フリッカーの程度にもよりますが、フリッカーの強い光源下で写真やビデオ撮影を行った場合、激しいスジが現れるなど悪影響を及ぼす場合があります。フリッカーの有無を調べるには簡易的な方法として、スマホをカメラモードで光源に数cmの距離まで接近して確認する方法があります。激しいフリッカーを持つLEDランプの場合はスジのような縞模様がモニターに激しく現れます。※注:スマホで確認できない場合もあります。
そのためフリッカーフリーのランプは撮影スタジオやプロのカメラマンには必需品です。撮影機会の多いホテルや結婚式場、店舗などでもフリッカーフリーのLED照明は必要設備だと考えます。

 電気用品安全法(PSE)が規定するフリッカーの技術基準を、IESの指標である「Percent flicker-フリッカー率」で評価する場合、それが90%以内であればPSEに適合しているということになります。しかし項目aにおける「欠落部は最大出力値の5%以下」という数値設定は、電圧レベルがゼロに非常に近く、明暗差の大きいフリッカーを許容することになるので、この数値設定は非常に低いのではないかと考えます。
 弊社は白熱電球のフリッカー率が6.0%前後であることを鑑みて、オリジナルLED電球のフリッカー目標値を白熱電球と同等レベル、或はそれ以下とし、『フリッカーフリー』を追求しています。

 今回明らかに電気用品安全法(PSE)の技術基準に適合していないと思われる製品がありました。この製品はPSEマークを付けて販売されていましたが、この会社のネット通販での品揃えの多さを見ると他の製品はどうなのか非常に気になるところです。このような製品がネットで広く流通していることに注意が必要です。