(57)【要約】      （修正有）【課題】ブルーライトの目及び皮膚に対する影響を低減した照明及び画像表示装置を得ること。【解決手段】照明、及び画像表示装置を青色表示(RGB値で0:0:255で指定)したものを、スペクトルアナライザーで計測した場合に、波長380〜500nmの範囲のブルーライト成分を含み、かつ同波長の範囲において、光の強度を1nmごとに積算した値に対して、波長428〜451nmの範囲の積算した値の比率Bが、0〜3.0%の範囲にあり、白色光を発光してなることを特徴とする照明及び画像表示装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明を青色表示(RGB値で0:0:255で指定)したものを、スペクトルアナライザーで計測した場合に、波長380〜500nmの範囲のブルーライト成分を含み、かつ同波長の範囲において、光の強度を1nmごとに積算した値に対して、波長428〜451nmの範囲の積算した値の比率Bが、0〜3.0%の範囲にあり、白色光を発光してなることを特徴とする照明。
【請求項２】
画像表示装置を青色表示(RGB値で0:0:255で指定)したものを、スペクトルアナライザーで計測した場合に、波長380〜500nmの範囲のブルーライト成分を含み、かつ同波長の範囲において、光の強度を1nmごとに積算した値に対して、波長428〜451nmの範囲の積算した値の比率Bが、0〜3.0%の範囲にあり、白色光を発光してなることを特徴とする画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブルーライトの目及び皮膚に対する影響を低減した照明及び画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、非特許文献１〜４にあるように、ブルーライトの目に対する影響(網膜障害)が問題になっている。しかしながら、その原因については、諸説が入り交じっている状態であり、未だ定説となったものはない。特許においても同様で、例えば非特許文献４の説に対応した特許文献１のようなものもあるが、各文献それぞれの記載事項に対応していると、青色光は全てやめるべきとの主張になり、青色を除くと、白色光が得られず、照明や画像表示装置が成立しないというジレンマに陥る。
また特許文献２にはピーク波長470〜500nmの青色光を含む照明が記載され、特許文献３には、発光ピークが480〜500nmである青色蛍光体を備えた白色光源システムが記載されている。
さらに特許文献４には、表示装置等用としての発光装置として400〜490nmの範囲の波長を有する青色光を発光する光源を含むものが記載され、特許文献５には、420〜500nmの範囲の波長を有する青色光を発光する光源を含むものが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第９５２９１３３号明細書
【特許文献２】特開２０１７−２０８１５８号公報
【特許文献３】国際公開第２０１６／２０８６８３号
【特許文献４】特表２０１８−５０６６２５号公報
【特許文献５】特開２０１７−２１０５２９号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】尾花  明、日レ医誌、３２巻、４号、４３８−４４３頁、２０１２年
【非特許文献２】尾花  明、あたらしい眼科、３１(2)、１８３−１８９頁、２０１４年
【非特許文献３】大平明弘、環境と健康、２２、４１９−４２７頁、２００９年
【非特許文献４】小出良平他、日眼会誌、１０５巻、１０号、６８７−６９５頁、２００１年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の問題点が生じる原因を特許文献１及び全非特許文献からみると、これらの記載内容では、光源の分光特性がしっかり計測されていない。本発明者は波長が記載されている市販のLEDを各種購入し、スペクトルアナライザーで波長分布を確認したところ、青色光でも紫外線を含んでいるもの、含んでいないものや、波長が大幅にずれていたもの、ピークトップの波長を以てLEDの波長として記載しているものと、スペクトル分布の加重平均値をLEDの波長として記載しているもの、表示の波長が含まれていないケースなど、多様であった。従って、論文にはなっていても、スペクトルアナライザーを用いて検証されていないものは、波長との相関関係についての議論は信頼性が乏しいと考えられる。次に、原因は別にして、ブルーライトが目に網膜障害を与えること自体は定説となっており、目にばかり注目が集まるためか、他の臓器に関する論文の報告がほとんど見られないため、現象の解釈が目の実験から推測しやすいものに固まる傾向があることも問題である。
また特許文献２〜５によれば照明や表示装置用の光源として、青色光も使用することはわかるが、具体的にどのような波長の特性を備えた青色光を使用するのかまでは明記されていない。また上記のように目等の身体に与える影響までを考慮していない。
【０００６】
そこで、本発明者は、光源の分光特性を計測した上で、ブルーライトのヒトへの障害について、目の網膜障害とは全く異なる観点から試験方法を起案し、試験を行った。具体的には、ヒトの皮膚、例えば手の第一指と第二指との間にある「指間みずかき」の片側から青色(405nm)、緑色(532nm)、赤色(650nm)のレーザーを照射すると、緑色と赤色の透過してきた光の色はそれぞれ緑色と赤色であるが、青色については、個人差はあるものの透過色は青色ではなく、おおむね赤〜赤黄色に波長変換される現象を見いだした。これは405nmの波長が変換されて600nm前後に発光が生じたものであり、照射波長が長くなれば、赤外線領域まで到達する可能性が考えられた。但し、緑色では変換が生じていないため、それよりは短い波長ということになる。その間で赤外領域まで到達する変換が生じていた場合は、生体に何らかの影響が発生する可能性がある。
【０００７】
そこで、波長の異なるLEDを用意し、目ではなく、前腕内側部に光を照射した時の皮膚の温度変化をサーモカメラにより計測した。その結果、ブルーライトの特定波長に有意な温度上昇がみられた。一方、ブルーライトであっても、温度上昇が見られない波長も存在していた。そこで、温度上昇が見られた特定波長のLEDを用い、強いエネルギー量の光を皮膚に照射したところ、痛覚の消失、肝斑状の皮膚の黒化、弾力の消失といった侵襲的な変化が観察され、これらは時間と共に回復することを見いだした。これらの現象は過去知られていない。生体内の波長変換物質で、赤外領域にまで発光が生じるのはリポフスチンが第一に想定されるが、特定波長のブルーライトがリポフスチンに作用し、そこで温度上昇やラジカルの発生が生じ、細胞内に何らかの作用を及ぼした結果、エネルギー量が多いと、細胞のアポトーシスを惹起し、たまたま神経細胞が死ぬと、修復機構が働いて修復されるまでの期間、神経伝達が阻害されることが推定される。また、皮膚の弾力への変化が観察されていることから、神経組織だけでなく、線維組織などもダメージを受けることが判る。皮膚の黒化については、外観が肝斑に似ていること、皮膚を斜めから見た方が色が濃くなることから、着色は皮膚に水平ではなく、垂直方向に分布している可能性があることなど、A波紫外線による皮膚の黒化機構とは異なる機構が働いている可能性がある。
【０００８】
同様の機構により、ブルーライトの特定の波長で網膜の細胞内のリポフスチンが発光して障害が生じ、細胞の修復が充分に行われないと、網膜障害が生じると考えると、従来はっきりしなかった網膜障害の原因をうまく説明できることになる。従来、網膜障害で発光や赤外光との関係は議論されていない。この原理を用いると、特定波長以外のブルーライト光を使用すれば、照明や画像表示装置も問題無く使うことができることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は以下の照明及び画像表示装置に関するものである。
１．照明を青色表示(RGB値で0:0:255で指定)したものを、スペクトルアナライザーで計測した場合に、波長380〜500nmの範囲のブルーライト成分を含み、かつ同波長の範囲において、光の強度を1nmごとに積算した値に対して、波長428〜451nmの範囲の積算した値の比率Bが、0〜3.0%の範囲にあり、白色光を発光してなることを特徴とする照明。
２．画像表示装置を青色表示(RGB値で0:0:255で指定)したものを、スペクトルアナライザーで計測した場合に、波長380〜500nmの範囲のブルーライト成分を含み、かつ同波長の範囲において、光の強度を1nmごとに積算した値に対して、波長428〜451nmの範囲の積算した値の比率Bが、0〜3.0%の範囲にあり、白色光を発光してなることを特徴とする画像表示装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、発光生体の温度上昇を伴う波長の範囲の光の強度を削減することで、目や皮膚に対するダメージを低減する照明及び画像表示装置を得るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】用いたLEDの分光分布を示す図。
【図２】ピークトップ399nmのLEDの分光分布を示す図。
【図３】市販のLED照明の下1.2mの分光分布を示す図。
【図４】青色表示させた液晶モニターの前20cmにおける分光分布を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の照明及び画像表示装置による光は、照明及び画像表示装置用として十分な明るさを有することを前提として、波長380〜500nmの範囲のブルーライトといえる波長の成分を含み、さらに他の波長の光を合わせて、白色光とすることができ、または必要により白色光以外の光とすることができる。なお、照明及び画像表示装置のいずれにも使用される白色光とは、ＪＩＳ  Ｚ  ８７０１ＸＹＺ表色系の色度座標において「系統色名の一般的な色度区分」として定められた中において、白、及び白の周囲に位置する（青みの）白、（紫みの）白、（黄みの）白、（緑みの）白、（うすい）ピンクに区分される色である。
また、特に照明に使用される上記白色光以外の光としては、青色光とすることができる。このときの青色光とは、ＪＩＳ  Ｚ  ８７０１ＸＹＺ表色系の色度座標において「系統色名の一般的な色度区分」として定められた中において、（うすい）青、（うすい）青紫、（うすい）紫、及び（うすい）青緑に区分される色である。
【００１３】
本発明における波長380〜500nmの範囲のブルーライト成分は、この範囲に強度のピークを有する光を示している。そのピークは１つでも良く、複数でも良い。加えて他の色の成分と共に白色光等とすることができ、かつその白色光は室内外等の照明や表示装置のバックライト等として十分な照度を有することができる強度であることが必要である。
また、他の色の成分と共に青色光とすることができ、かつその青色光は室内外等の照明として十分な照度を有することができる強度であることが必要である。
【００１４】
本発明の照明及び画像表示装置は次の通りである。 
照明、及び画像表示装置を青色表示(RGB値で0:0:255で指定)したものを、スペクトルアナライザーで計測した場合に、波長380〜500nmの範囲のブルーライト成分を含み、かつ同波長の範囲において、光の強度を1nmごとに積算した値に対して、波長428〜451nmの範囲の積算した値の比率Bが、0〜3.0%の範囲にあり、白色光を発光してなることを特徴とする照明及び画像表示装置。  
【００１５】
図１に本発明で実施したヒト試験において用いたLEDの分光分布を示す。また、表１に各LEDのピークトップの高さの1/2の相対強度の波長を示す。尚、LEDは全てホルキン社より購入した。出力は、スペクトルアナライザー(SEKONIC社製C-7000型)の計測部にLEDを直付けした際の出力を示した。
【表１】
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本試験では、ピークトップ値433nmのLEDに特異的に生体の温度上昇が観察された。一方、ピークトップ値417nmと519nmのLEDでは温度上昇は観察されず、464nmでは僅かに温度上昇した例がみられた。このことから、少なくともピークトップ値417nmのLEDの1/2値(長波長側)428nmより短波長側の光では生体は温度上昇を生じないことが判る。また、ピークトップ値464nmのLEDも同433nmのLEDと比較するとわずかしか温度上昇の効果が示されなかったことから、ピークトップ値464nmの1/2値(短波長側)の451nmより長波長側の光を使えば、生体はほとんど温度上昇しないことになる。すると、少なくともその間の428nm〜451nmの範囲には温度上昇を惹起する波長が含まれていることになる。
【００１６】
ここで、前腕内側部の皮膚の温度の測定は、高度な技術が必要であるため、実施方法を示す。まず、測定室の温度を管理し、測定前にパネラーを１５分以上環境に馴染ませる必要がある。皮膚が冷たい部位などに接触すると、温度変化が大きくなり、外界の影響による変動で正確なデータがとれなくなる。接触しないように、腕を浮かしていても、筋肉の緊張で温度変化が大きくなる。そのため、タオルなどの上に腕を置いて測定することが好ましい。関節の周辺部は温度変化や血流の影響を大きく受けるため、測定部位としては不適である。測定に関しては、光照射部の温度変化を連続的に計測することも無意味である。
これは血流により、光非照射時でも温度は大きく上下するため、照射部位だけの温度を計測しても、それが光による影響なのかの判断がつけられないためである。そこで、照射部位の左右と上部の光の当たっていない部位と、光照射部の中心部との温度差を逐次観察することにより、相対的に温度が上がっているかどうかを確認する方法が好ましい。細かい部位の温度測定になるため、ピンポイントの温度測定が可能なサーモカメラを用いて、画像の位置を確認しながら、測定を進めることが必要である。これにより、相対的に温度が上昇しているのか否かで、生体の温度上昇の有無を判断する。LEDは直接接触させると、LEDの温度で生体の温度が影響を受けてしまうため、照射口から照射中心までの距離として15mm〜20mmを設定することが好ましい。LEDはクランプなどで固定し、皮膚にもマジックで印をつけて試験中に動いた場合に補正できるようにしておく必要がある。上記ピークトップ値433nmのLEDの場合では、温度上昇し始めるまで、８〜１２分程度かかっていたため、試験時間は１５分で実施した。また、パネラーには光を見つめさせないように、腕とは別のところに視線を向けてもらうことが好ましい。次に、測定室の光にも照射光に近い波長の光が含まれるため、暗室にて、実験に最低限必要な光量まで光量を下げて試験することが好ましい。
【００１７】
また、強いエネルギー量の光を皮膚に照射する際の実験方法として、ピークトップ値433nmのLEDを前腕内側部の皮膚に軽く当てて固定した状態で、連続照射した。照射後、0.5mmのシャープペンを用いて、針を出した状態で、照射部と非照射部を突いて、痛みを感じるか否かを痛覚の判断基準として調べた。皮膚の弾力は皮膚専門家が皮膚の表面を触って確認した。皮膚の着色の確認は同じ光源下で、皮膚に垂直方向と斜め30度(垂直方向から60度)の方向から目視とカメラ観察により実施した。照射時間が１時間の場合、前記の課題の項に記載のように、感覚障害、皮膚の弾力の変化、皮膚の着色が生じた。
照射時間が30分間の場合には弾力のみがやや変化し、感覚障害、皮膚の着色は生じなかった。照射時間が15分間の場合には変化がなかった。計測の結果、ピークトップ値433nmのLEDの場合、428nm〜451nmの範囲の光の強度の値は、325W・m-2・sであった。30分間から生体への影響が見られたので、安全係数として0.1をみると、生体に対して確実に安全といえる30分間では、積算の光の強度は325W・m-2・s×60秒×30分×0.1＝58.5KW・m-2となる。
【００１８】
室内照明に用いられる市販のLED照明（昼光色、NEC製）の下1.2mの428nm〜451nmの範囲の強度は0.48 W・m-2・sであったので、上記30分の58.5KW・m-2に到達するのに必要な時間は33.8時間と計算される。また380〜500nmの範囲の強度は1.66W・m-2・sである。
さらに、27型液晶モニタの表面にマイクロソフト社製パワーポイントを用いて、青色表示(RGB値で0:0:255で指定した)した画面の表面から20cm離れた部位の、428nm〜451nmの範囲の強度は0.028W・m-2・sであり、380〜500nmの範囲の強度は0.063W・m-2・sである。
その結果、急性的な生体反応に関しては、安全率を考慮すると、既存の照明や画像表示装置を日常用いても、問題になるようなことはないと思われる。一方、眼科で報告されているような、ブルーライトの長期間の慢性的な曝露による影響は確実に存在していると思われる。
【００１９】
ブルーライトは、ブルーライト研究会(http://blue-light.biz/about_bluelight/)によれば、380〜500nmの光と定義されている。428nm〜451nmの範囲の光の強度の積算値の380〜500nmの範囲の光の強度の積算値に対する比（428nm〜451nmの範囲の光の強度の積算値／380〜500nmの範囲の光の強度の積算値の値）は、上記室内照明の場合で0.48W・m-2・s／1.66W・m-2・s＝0.29、上記液晶モニタの場合で0.028W・m-2・s／0.063W・m-2・s＝0.45であった。この比が、既存の照明や表示装置の発光の色調を大きく変更しない範囲において、長期曝露で問題が生じうる限界の閾値又はその閾値以下であるといえる。しかしながら、実際の照明の強度が強かったり、画面の色調の変化や眼との距離が短い場合を考慮して安全係数を設け、その安全係数として0.1を乗じて、積算値の比は0.03以下とし、0〜0.03(0〜3.0%)の範囲とするのが合理的である。また、強度としては、室内照明やディスプレイの長期的な影響が想定されることからみても、上記ディスプレイの428nm〜451nmの範囲の値に安全係数として0.1を乗じると、0.002W・m-2・s(但し、使用時の目や皮膚に入る段階の強度)となることから、例えば0.002〜5W・m-2・s付近の範囲が問題になると思われる。
【００２０】
このように安全係数を乗じるのは、同じ照明や表示装置であっても、人による使用の状況は全く異なり、この人による使用状況の違いを考慮するためである。よって、積算値の比が3.0％を超えると、使用状況によっては人体に影響が出る可能性がある。
そのため、本発明において、照明による光は、光源の正面から120cm離れた場所において、428nm〜451nmの範囲の強度が1.0W・m-2・s以下、好ましくは0.5W・m-2・s以下、より好ましくは0.3W・m-2・s以下、さらに好ましくは0.1W・m-2・s以下である。また380〜500nmの範囲の光の強度は3W・m-2・s以上であることが好ましく、好ましくは10W・m-2・s以上、さらに好ましくは15W・m-2・s以上が挙げられる。
【００２１】
さらに、画像表示装置による光は、表示面の中心の正面から表示面に垂直方向に20cm離れた場所において、428nm〜451nmの範囲の強度が0.025W・m-2・s以下、好ましくは0.015W・m-2・s以下、さらに好ましくは0.010W・m-2・s以下である。また380〜500nmの範囲の光の強度は0.10W・m-2・s以上であることが好ましい。日常生活において照明による光は、眼と光源の距離が離れており、かつ照明を凝視するものではないが、表示装置における光は眼と光源との距離が近く、かつ光源を凝視する。そのため、上記のように照明と表示装置との間において、光の強度の範囲に違いを有する。
これに加えて、上記の照明と表示装置との間にてそれぞれの波長の範囲の強度が異なるのは、狭い面積の光源から強い光を照射する照明から１２０ｃｍ離れた場所にて測定することと、広い面積の光源から弱い光を照射する表示装置から２０ｃｍ離れた場所にて測定することの違いを反映している。より広い面積の光源から出た光は、その光源の表面の時点において既に拡散されたように拡がった光となっているために、上記のように光の強度に違いを有する。
このような特性を備えた照明及び表示装置とするために、青色ＬＥＤ等の光源に対して１種以上の光学フィルターを使用する等して、上記の光の強度となるように調整することができる。このとき使用する光学フィルターとしては、公知のものを採用することができる。
【００２２】
赤外域の発光についての推察
本発明者は、皮膚の温度上昇を計測した際に、ピークトップ値433nmのLEDに特異的に生体の温度上昇(数℃)を観察したが、その際に、温度上昇は光を照射してから直ぐに始まるのではなく、１０分前後経ってから温度が上昇してくる現象を観測した。温度上昇の程度はヒトにより異なるが、年齢、性別での顕著な差は認められなかった。皮膚表面に近いところでの発熱が主であれば、毛細血管による冷却効果を考慮しても、比較的短時間に温度上昇が観察されると思われるが、そういうケースはどのパネラーにも見られず、理由は不明であるが、皮膚深部や筋肉組織などで発熱したものを観測したと考えた方が現象の説明が容易である。
【００２３】
実際の照明や画像表示装置においては、428nm〜451nmの範囲を除いた残りの波長を使って、青色の発光を行えば、ヒトの目には白色光を感じさせることができる。例えば、ピークトップ値399nmの素子を用いて白色光を作れば、人体に影響の少ない照明及び画像表示装置を得ることができる。
【００２４】
〔実施例〕
(実施例１)
青色LEDからの発光を光学フィルターにより調整し、図２の分光分布を持ち、かつピークトップ値399nmとした青色光源と黄色LEDを並べて照射し、光源から120cmの距離における380〜500nmの範囲の強度が25W・m-2・s、同じく 428nm〜451nmの範囲の強度が0.7W・m-2・sで、比率Bが1.1%の照明を得た。この照明は、外観が白色であり、白色照明として成立していた。
【００２５】
(比較例１)
室内照明に用いられる市販のLED照明（昼光色、NEC製）の下1.2mの分光分布を図３に示す。ピーク波長は455nm、比率Bは29%であった。
【００２６】
(比較例２)
27型液晶モニタ(Dell社製U2713HM)の表面にマイクロソフト社製パワーポイントを用いて、青色表示(RGB値で0:0:255で指定)した画面の表面から20cm離れた部位の分光分布を図４に示す。ピーク波長は454nm、比率Bは0.31であった。
【００２７】
(比較例３)
２０１８年に市販された各種の電球型LEDのピーク波長と比率Bを表２に示す。いずれの市販品も比率Bは大きく、本発明で言うブルーライトの生体への影響が考慮されていないことが判る。また、LEDの色を変えた場合は、波長の組み合わせが変化するが、いずれも生体への影響という点では大きな差はないことが判る。
【００２８】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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