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March 11, 2013

ブルーライト対策商品はインチキ商品

一部で話題になっている「ブルーライト対策商品」だが、これは典型的なインチキ商品だ。その理由はいくつかある。

まず、「有害なブルーライト」を遮断すると言う主張だが、対象となる「ブルーライト」の範囲がまちまちで、人が青く感じる波長の全域(360~500nm)が有害だというものから、紫外線に近い420nm付近より短い波長域が有害だというものもありまちまちだ。

しかしながら市販商品を見るとごく薄い黄色に着色しているものばかりで、一般的な紫外線吸収フィルターにしか見えず、目に見える青色光全域を数十%単位でカットしているようには見えない。青色光全体をカットすれば濃い黄色に着色するからだ。三原色の一つを減らしてしまうのだから当然だ。(追記19参照)(ページ内のリンク先からはブラウザの「戻る」ボタンで戻ってください)

それならば何を遮断するのか?色に影響しない青色光を遮断するとでも言うのだろうか?そんな光は青色光とは言えない。それは目に見えない短波長の光で、近紫外光と言うべきだ。しかしその波長域の光は、LCDに使用されている青色LEDの光にはほとんど含まれていない。(追記参照)

さらに言えば、LCDに用いられている青色LEDは基本的に照明用白色LEDと同じ物で、照明用LEDは同じ波長域の青色光を蛍光体に当てて一部を補色の黄色光に変換している。つまり同じ光は照明用LEDにも含まれているのだ。色変換用蛍光体は黄色を中心として可視光の全波長域の光を出しているので、むしろ照明用白色LEDの方が紫外線に近い波長域の成分は多い。また、色調可変型の照明用LEDはLCD用の三原色LEDと同じに赤色、緑色、青色の三原色を発光している(訂正参照)。それなのに、LCDのみを有害だと騒ぐのは矛盾している。

また、青色光は波長が短いので紫外線に近い有害性があるはずだと言う主張がなされているようだが、紫外線に近い400nm付近の光の比率は自然光(太陽光など)の方が高い。450nm付近のごく狭い範囲の光のみを放っている青色LEDより、400nm以下の紫外線領域までの波長を連続して含んでいる自然光の方が紫外線に近い領域の光を多く含んでいるのだ。それを考えれば、自然光よりもLCDの光の方が有害であると言う理屈は成り立たない。

また、蛍光灯は水銀蒸気中の放電で発生させた紫外線(主に255nmと365nm、他にも青紫から緑の領域に何本かの強い輝線がある)を蛍光体に当てて可視光に変換している。その紫外線の一部は管球の外にも放射されている。目に有害な波長成分はLEDよりも蛍光灯の方が多いのだ。現実に、光に対する耐久性(耐光性という)が低い染料や顔料で着色した製品を蛍光灯の光にさらしておくと、同じ強さの自然光より早く色あせることは染料や顔料を扱う者の常識になっている。これは蛍光灯から漏れ出てくる紫外線が原因である。(追記13参照)

さらに付け加えると、従来型のLCDや液晶テレビの光源として使われてきた冷陰極(放電)管は、点灯時に電極を加熱する必要がない点が異なるが発光原理は蛍光灯と同じだ。

それやこれやを考え合わせると、LCDのみを取り上げたブルーライト有害論は矛盾だらけでつじつまが合わない。従って、ブルーライト対策と称する商品は風評を利用したインチキ商品だといえる。(追記参照)

関連記事;「ブルーライト対策ソフト

追記(2013/03/12)1;
もし本当に青色LEDの主成分の光が有害だというのであれば、LCDの色調整機能を使ってB成分を弱くしてしまえばよい(調整はパソコン側からも可能。コントロールパネルのディスプレイを開くと「色の調整」という項目がある。)。「ブルーライト対策商品」などの必要はない。ただし画面の色が著しく黄味になる。だがそれが正しく青色光を減らした状態だ。


下に画面でそれを行った状態を示す。左側はR(赤)・G(緑)・B(青)の全てが100%の状態。右側はB(青)を50%カットした状態。


ブルーライトを50%カット

さらにまた、目に有害なほど強い近紫外光が含まれているとすれば、カラー表示に不可欠なカラーフィルターの色素がすぐに変色してしまう。その理由は上に述べた通りだ。

追記(2013/04/12)2;LCDと液晶テレビ
一つ書き忘れていた。パソコン用のLCDと液晶テレビは本質的に全く同じものだ。違いは放送を受信する為のチューナーの有無だけと言って良い。それが証拠に、液晶テレビでもパソコン画面が表示できるし、然るべきべきインターフェースを介せばパソコン用LCDで放送番組を表示できる。現に、パソコンとその表示装置でテレビ放送を視聴したり録画するためのアダプターが市販されている。

にもかかわらず、液晶テレビは目に有害だと言わない。これもブルーライト対策商品がインチキである証拠だ。(2013/10/23現在液晶テレビ売り場でブルーライト対策商品は見たことがない。もっとも、PCモニター用商品の価格から推定すると、50型液晶テレビ用ブルーライトカットフイルムは10万円を越える価格になるだろうから出しても売れないと言うことだろうか?)

もっとも、どうしてもブルーライトを減らしたいというのであれば、カラーテレビには必ず付いている色調整機能を使って色温度を下げるか、三原色毎の調整ができるのであればブルー成分を減らせばよいだけのことだ。ブルーライトカットフイルムや眼鏡などもともと必要がない。色温度を大きく下げたりカット率を上げると、追記1で示した図のように画面の色調が黄ばんで汚くなるが、これはブルーライトカットフイルムでも同じ事。

疲れ目やドライアイはCRT時代から端末作業における問題となっていた。テレビとパソコン画面との眼の疲れ方の違いは、凝視の程度の違いが原因だ。

追記(2013/04/12)3;
LCDや液晶テレビ用のバックライト用LEDに関する技術資料をシャープが公開している。
タイトル; 「技術解説 液晶TVバックライト用LEDデバイス」

追記(2013/05/11)4;
日経BPのサイトTech-onに、LEDの発光スペクトルを蛍光灯や自然光と比較した図表がある。
タイトル;発光スペクトルとは

また、「特定非営利活動法人LED照明推進協議会」のサイトにLED全般に関する技術解説があり、ここにはLEDの原理や構造に関する解説とともに発光スペクトルの図表がある。内容はやや専門的だが、理科好きの高校生ならば理解できるだろう。
タイトル;「LEDハンドブック第1章基礎編

ごく簡単な説明は、Panasonicのウエブサイト「LEDの発光原理」にもある。わかりやすい図があるので、理科が苦手な方にはこちらの方がおすすめかも。

追記(2013/05/13)5;
太陽光のスペクトルデータを掲載しているサイトはいくつもあるが、下記にもASTMの標準に基づく図表が掲載されている。
タイトル;Reference Solar Spectral Irradiance:Air Mass 1.5

ASTMは、日本のJIS(日本工業規格)に相当する米国の民生品についての標準規格だ。ASTMでもJISと同様に、各種の基準や標準、それについての試験方法、品質管理法などが定められている。軍用品に関する基準や試験方法はASTMとは別にMILで定められている。

追記(2013/05/14)6;
波長と色との関係は「x-y色度図」をみるとわかりやすい。「x-y色度図」は多くのサイトに掲載されているので検索してみると良い。

x,y(およびz)は、三原色のそれぞれをどのような比率で感じているかを示すもので、それによって色合いが決まる。(追記14参照)

追記(2013/05/14)7;
市販されている「ブルーライト対策眼鏡」や「ブルーライト対策フィルム」はごく薄く黄色に着色しているようだ。恐らく写真用「UVカットフィルター(ほとんど無色かごく薄い黄色)」か「スカイライトフィルター(ごく薄い赤紫)」の材料が使用されているものと思われる。これらのフィルターの透過率特性は「ケンコー」や「マルミ光器」などの写真用フィルターメーカーのサイトやカタログ(ケンコー社フィルターカタログフジフイルム社フィルターハンドブック[ダウンロード可能なpdf文書へのリンクがある])に掲載されている。その他の光学機器用のフィルターについては光学ガラスメーカー(「オーエムジー株式会社」など)のサイトに特性が掲載されている。

追記(2013/06/14)8;
上記のフィルター特性(波長ごとの透過率)とLEDの発光特性(波長ごとの光の強度)を掛け合わせると、フィルターを通過した光の波長分布が分かる。フィルターなしとありの場合の波長分布を比較すると、どの波長の光がどのくらい減少したのかが分かる。

さらに、これに三原色の視感度特性(追記14)をかけ三刺激値(X,Y,Z)を求めると、これを用いてフィルター有無での目に感じる色の違い(色差)も計算できる。

これらの情報を考え合わせると、「ブルーライト対策商品」は「青い光」全般をカットするのではなく、自然光と比較するとLEDにはごく少ない400nm付近以下の短波長光(近紫外線[UVA]領域の光)を「有害なブルーライト」としてカットしていると判断できる。

追記(2013/06/14)9;
テレビの特集番組を見ると、青色LEDの発する光が有害であることの検証として、マウスの目に青色LEDの光を直接に長時間照射する実験が紹介されていた。しかし、こんなことをすればどの色のLEDでも目に有害だ。

その理由はレーザーほどではないがLEDも指向性の強い高輝度の点光源であることだ。波長によらず、このような高輝度の点光源を長時間直視すれば網膜を損傷する(白熱電球でも透明なものは同じ)。これが、チップ型のLEDを拡散版なしに使用している懐中電灯などの使用説明書に、「警告」として「目を痛める恐れがあるので直視してはいけない」と書かれている理由だ。実際問題として、照明として利用できるほどの輝度があるLEDは、色にかかわらず短時間でも直視すれば目が眩んでしばらくは物が見えなくなる。

この危険を軽減するため、指向性が高くなくても良い用途に向けた物や拡散させる方が好ましい製品では、光を広い角度に拡散するようなレンズを付けたり、拡散するような形状の樹脂や半透明の樹脂への埋め込みが行われている。

この理由から、家庭用LED照明器具のカバーを外した状態で使用してはいけない。カバーの内部には多数のチップ型LEDがあり、それぞれの輝度が高いため頻繁に直視すると目を痛める可能性があるからだ。販売店では、カバーを外して展示されていることもあるが、点灯状態で直視するのは目のためによくない。

訂正1(2013/06/07);
一般的な白色LEDは、青色LEDの青色光を、補色である黄色を中心として広い波長帯で発光する蛍光体に当てて白色に変換している。ただこれとは別に、それぞれ緑色と赤色に発光する2種の蛍光体を用いて色を変換する、三原色蛍光発光タイプの白色LEDがあるようだ。

また、一般に三原色発光タイプと呼ばれるLEDには、一つのユニットの中に青色LED、緑色LEDおよび赤色LEDを持つものがあり、これは各色のLEDに流す電流量(電圧で制御する)を変えることによって自由に発光色を変えることができる。

ブログ内の関連記事;「マクロ撮影用LED光源」(2011/10/11)

追記(2013/06/25)11;
日亜化学の資料「光測定と単位について」にも白色LEDの発光スペクトルが記載されている。

追記(2013/07/17)12;
最近、博物館や美術館の照明に白色LEDが用いられる例が増えている。これは蛍光灯に比べて白色LED光には美術品を傷める有害波長成分(紫外線)が少なく、また白熱灯に比べると放熱(赤外線)が少ないので展示物の温度上昇がほとんど無いと言うことが、消費電力の少なさとともに大きな理由となっている。

追記(2013/07/22)13;ブラックライト
飲食店やクラブなどでデコレーションに用いられる蛍光塗料は、紫外線を照射することによって蛍光を発して光る。その紫外線源として使用されるブラックライトは、蛍光灯から蛍光体を省き紫外線がそのまま放射されるように作られている。内部に封入する水銀蒸気の圧力などを変えることにより、主に365nmの近紫外線を放射する長波長型と、主に255nmの遠紫外線(中紫外線と呼ぶ場合もある)を放射する短波長型の2種類がある。

長波長型が放射する近紫外線は蛍光顔料や蛍光染料を光らせるのに好適なため、蛍光検査薬を光らせる目的や装飾の蛍光塗料を光らせる目的で利用される。短波長型が放射する遠紫外線は化学作用が強いので殺菌力があり殺菌灯として用いられ、また感光性樹脂の硬化にも用いられる。ただし、感光剤を添加した感光性樹脂は近紫外線でも硬化できる。

このようなことからブラックライトが目に有害なことは明らかで、蛍光顔料(塗料)による装飾を光らせるためにブラックライトを使用している場所に長くいることは避けるべきだ。さらにこのような場所は、通常暗くしてあるため瞳孔が開いており、明るい場所よりも目に入る紫外線量が多くなる。このため明るい場所よりも被害を受けやすいことにも注意が必要だ。

追記(2013/08/16)14;
三刺激値とは人の目がR(赤)、G(緑)、B(青)の三原色をどのような強さで感じているかを示す指標(相対感度といってもよい)で、それは波長によって異なり、それぞれ強く感じる波長がある。それを示したものが下図だ。


三刺激値


作図には理科年表による10nm間隔の数値を使用した。この数値は国際照明学会のものと較べるとわずかに短波長側にずれているように思えるが、手元に持っていた資料が行方不明なため理科年表の数字を使用した。

各波長の光の強度にこの数値をかけてそれぞれを合計すると、三原色の各成分をどのくらいの強さで感じているかが計算できる。数値はそれぞれの曲線の下側の面積が等しくなるよう調整されているため、それぞれの合計値が等しければ無彩色(白や灰色など、色味がないもの)となる。これは、光の強さが可視域全体にわたって均一であれば白色光であるからだ。別の言い方をすると、光源の三刺激値それぞれの合計が等しくなければ物体の色が正常には見えない。

ただし、人間には色順応という性質があり多少の幅は許容される。色順応があるので、白熱灯でも蛍光灯でも、自然光でも白を白いと認識する。デジタルカメラのホワイトバランス調整機能は、この色順応に対応するためのものだ。

各色のLEDや三原色発光型蛍光灯は、可能な限り三原色それぞれの感度が最大になる波長の近傍だけで発光するよう設計されている。これは発光波長の幅が狭いほど鮮やかな色の光となり、混合した時により広い範囲の色を表現できるためだ。また、それぞれの感度が高い波長付近に集中して発光させる方が、三原色光として利用する場合に電力の無駄が少なくてすむ。

ブルーライト対策商品の多くは、色合いを変化させないため感度が低い400~410nm以下の光をカットするフィルター材料を利用しているものと思われる。製造業者がカット率30%や50%と言っているのは、400nmや410nmでの透過率を言っているものだろう。透過率50%となる波長を、フィルターのカットオフ波長として表示している例も多い(追記7に記載のリンク先のデーターを参照)。

追記(2013/08/19)15;
R(赤)、G(緑)、B(青)の光の三原色を使って色を表示する仕組みも多数のサイトに解説がある。たとえばWikipedia(http://ja.wikipedia.org/wiki/RGB、表題「RGB」)には、ブラウン管や液晶をを使ったテレビや表示装置で、三原色を用いて色がどのように表示されるのかを解説している。

追記(2013/08/21)16;
安価な印刷法で平面照明やディスプレイを作れる可能性があるとして開発が進められている有機EL(注)の発光設計も、基本的にはLEDと同じで青色の光を励起光として有機蛍光体を利用して補色光に変換して白色化する、あるいは青、緑、赤の三原色を発光させて白色光を合成するかだ。目的とする機能が同じなので、LEDも有機ELも発する光の波長分布は概ね同じになる。

(注)ELとは電界発光(Electro Luminessence)の略号で、元々は2枚の電極間に交流電界(高周波の高電圧)をかけて間に挟んだ蛍光体を励起して発光させる方式だ。これに対し、いわゆるLED(発光素子;Light Emitting Device)は、n型とp型の半導体の境界で電子と正孔が出会って消滅する際に放出されるエネルギーを光に変換するもので、原理と構造が異なる。いわゆる有機EL(Organic EL)は後者に属するもので、電子と正孔が出会って消滅するときに発生するエネルギーを蛍光色素に伝えて発光させる。従ってELという言い方は厳密には正しくない。ただし有機ELのELは「Electronic Luminessence」だとする解説もある。(追記20参照)

もっとも、発光素子という言葉自体は光を発する電子的素子全てに適用できる。

追記(2013/08/21)17;
照明用と表示(ディスプレイ)用では、好ましい発光スペクトルパターンが異なる。

表示用光源としては追記14に述べた理由で、三原色それぞれの最適波長付近の波長でのみ光ることが望ましい。しかし照明用光源としては可視部全域にわたって山や谷のない、自然光に近いなだらかなスペクトルパターンが好ましい。これは発光が不均一であると、光源のスペクトルパターンによって目に見える物体の色が変化する「演色性(メタメリズム;Methamerism)」が大きくなるためだ。

演色性の例としては、衣料品の色が太陽光下と蛍光灯下と白熱灯下でそれぞれ異なることを思い出してもらいたい。

追記(2013/09/01)18;
LCDに限らないが、テレビを含むディスプレイ全般のカラーバランス設定について忘れていたことがある。それは日本人が青みの強い白を好むので、ディスプレイ画面の色温度が高く設定されている事が多いということだ。

自然光の色温度は、青空からの光を含む場合でも5,500~6,500Kなのだが、日本向けのディスプレイは青空光に近い9,500~11,000Kに調整されている場合が多いという。この状態で写真を表示すると色が青くなってしまうので、最近では始めから6,500Kに調整してあるLCDも出始めているようだ。現在販売されているディスプレイ類には色温度を指定して調整できる物が多いので設定の変更は簡単だ。(通常、「設定」メニューに「色調整」と言う項目があるはずで、最近の商品ではここで色温度を指定できる物が多い。)

色温度が高くなると相対的に青色光の比率が増えるので、この高い色温度に調整されていると言う意味ではディスプレイからの光には自然光に較べると青色光が多いと言えるかもしれない。ただし、これも画面に表示している画像の色次第なので、平均的に言えばと言うことだ。

また、設定する色温度によって赤緑青三色の光のバランスが変化するのは、LEDをバックライトに使うLCD特有の現象ではなく、蛍光灯を使ったLCDでもブラウン管式の物でも共通で、これは人が色を感じるメカニズムに依存する。

訂正(2013/10/21)2;
調色機能付きのLED照明器具は昼光色(青白い)のLEDと電灯色(オレンジ色)のLEDを交互に並べたものが一般的なようだ。シャープの桜色はさらにピンク色(パステルカラーLEDとして市販されているものがある)のLEDを追加したものだろうか。

三刺激値
写真はカバーを外した調光機能付きLEDシーリングライト。青白いLEDと黄色いLEDが交互に並んでいる。この灯具では、両者の明るさの比率(光出力100%:0%~0%:100%)を変えることで色を変える。最大照度は両方を同時に100%(100%:100%=200%)点灯することで得られるので、調色している状態では最大照度より大幅に暗くなる(私の実測例では、昼光色側で最大照度の約60%、電灯色側で同約40%)。

追記19(2013/11/12);
最近ある店頭で見かけた「パソコン用ブルーライトカット眼鏡」の説明資料には、追記7で揚げた「フジフイルム社フィルターハンドブック」に記載のSC-42またはSC-41に類似した吸収特性が図示されていた。

追記20(2016/05/12);
いわゆる有機ELテレビで先行している韓国のLGは、有機EL(OEL)ではなく有機発光素子(OLED)と表記している。これは正しい表記法と言える。

追記21(2020/08/18);
先日のテレビでは、バイオレット光は近視を進みにくくするのでバイオレット光を多く含む太陽光を浴びるべきだと解説していた。 この研究については以前の記事「紫の光は目に良い?」で紹介したことがある。

 

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Comments

私はPC液晶画面の設定を変えて、青色を減らして使っています。画面がセピア色になるのが欠点ですが、目にはいいかと感じます。確かに、液晶モニターは画面を凝視するので、それだけで目に悪いですね。パチンコ店でもLEDは目が疲れるので、最近は使わない傾向です。ブルーライトカットのメガネが無くても、工夫すれば対策は取れると思います。

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