2013年5月6日 星期一

白光LED與看不見的藍光

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(註:
本文中的光譜曲線著重在光譜與光譜之間的「比對性」,請勿以「絕對性」視之。
實際曲線會因產品、色溫特性而異。)


PART I  白光LED

視覺與味覺一樣,都是感官受體與大腦交互作用後的「感知」。

像「糖」會讓舌頭與大腦有「甜」的感覺;而「全光譜」的太陽光讓眼球與大腦有「白」的感覺。

眼球與大腦對「白色」的感知可以來自全光譜,也可以來自紅、綠、藍三種波長的混合,甚至只要一對互補色,例如藍和黃

不是糖的「糖精、甜精」一樣可以讓舌頭與大腦有「甜」的感覺;

不是 「全光譜」的人工光源一樣可以讓眼球與大腦有「白」的感覺。

如果「糖精、甜精」可以說是「假糖」,我就不知道可不可以用「假白光」來形容目前的一些人工白色光源。

人工白色光源主要運用在「照明」與「顯示器背光源」兩大領域。

而目前的白色光源又以 LED 最夯,所以我們就來多認識一下白光 LED 的光譜?



WLED

LED 的發展從紅光、黃光、綠光一路挺進到藍光、紫外光。

而白光則是首度由日本人以「藍光LED加螢光粉」的技術來克服,它以藍光LED讓螢光粉產生黃光來讓眼睛「感覺」看到白光。「藍光LED加螢光粉」的技術也是目前白光LED(WLED)的主流,最大優點就是便宜。而螢光粉的配方則持續還在發展中。

WLED的光譜大概是這個樣子:(圖片來源: wiki)




























RGB-LED

另外一種產生白光的技術是使用三顆獨立的紅綠藍LED。

RGB-LED  的光譜:(圖片來源: wiki)































從光譜特性來看,RGB-LED 優於 WLED,但製作成本相對較高。因此只會運用在較高價的機種上。

當 WLED 與 RGB-LED 的白光讓您的「眼球錐細胞、桿細胞加大腦」感覺到一樣白、一樣亮
時,事實上,你的眼球會從 WLED 接收到相對較高的「看不見的藍光」能量。

所謂的「LED藍光傷害」指的就是這種「看不見的藍光能量」,不是指像藍色天空或電腦螢幕底色的那種藍色。

「看不見的藍光能量」會怎樣傷害水晶體或眼底的黃斑部,當然還是交給眼科醫生來說明較為妥當。


另外,這件事應該也值得大家多加斟酌:隨便就買個廉價的 WLED 給小孩當書桌照明,是否明智?

「非洲一盞燈 」也是 WLED燈具。真希望「非洲一盞燈 」的品質夠好,好到不會傷害非洲用功學童的眼睛。善哉、善哉。

還有,生活上,很多人都有「街燈改成WLED燈後,顏色變的很怪」的體驗。

這就是「 WLED光譜」惹的禍,因為它不是全光譜、它的藍色成分太高,它的紅色成很低,這樣反射回來的場景就是「很怪異」。

如果整個城市都換上「官商勾結」的低品質WLED路燈,真不敢想像最後會變成什麼光景?


暖白色的LED應該對眼睛比較好

如果您買的暖白色LED有像這樣的光譜:(圖片來源: 日亞光)



























應該會對眼睛比較好。

目前的暖白色LED的發光效率大約還低白光LED一到兩成之間。有一說到2020年會大約打平。




平板、筆電、顯示器、電視會不會有像WLED光譜中那樣的「藍光凸起」?

背光經過LCD面板上的RGB pixel才能產生一個顯示單元,並不像 WLED 照明可以直接射到您的眼球。

那,採用「背光+LCD」架構的平板、筆電、顯示器、電視會不會也有「藍光凸起」?

我沒有光譜儀,也沒有那麼多平板、筆電、顯示器、電視可以來一一幫大家測量,因此只能從網路上找一些資料供您參考:

1.
Macbook 2009
http://rhogammabeta.files.wordpress.com/2010/08/macbook31.png

2.
iPhones 3Gs
http://rhogammabeta.files.wordpress.com/2010/08/iphone1.png

3.
iPad mini,Nexus 7,Kindle Fire HD
http://www.nikkei.com/content/pic/20130408/96958A9C93819499E2E0E2E3938DE2E0E2E6E0E2E3E1E2E2E2E2E2E2-DSXZZO5350266002042013000000-PN1-23.png
(已失連,可惜沒將圖存起來。還好又找到類似的連結,如 4.)

4.
iPad mini, new iPad, Kindle Fire HD, and Nexus 7 
http://www.displaymate.com/Spectrum_11.html

5.
iPad mini, Kindle Fire HD, and Nexus 7 
http://trendy.nikkeibp.co.jp/article/pickup/20130228/1047770/?P=3&rt=nocnt

6.
廉價白牌平板
等待同學們用學校的光譜儀來測量









藍光會不會擾亂生理時鐘?

這部分請自行搜尋:藍光 生理時鐘。

我是有看過國外部落格有一位老外懷疑WLED照明是造成她老婆失眠的元兇。


哈佛大學醫學院也有一篇文章---藍光的黑暗面,在講藍光會擾亂生理時鐘:

http://www.health.harvard.edu/newsletters/Harvard_Health_Letter/2012/May/blue-light-has-a-dark-side/

該文重點:
白天大自然的藍光對生物有益,但是夜間照射過多電子裝置與節能燈泡發出
的藍光會擾亂生理時鐘,進而影響健康。




PART II 其他光源

CCFL


 CCFL 的光譜涵蓋範圍稍廣(相對WLED),但綠光成分比較凸起,請參考底下示意圖:

























自體發光:OLED 與 電漿


電漿電視與 OLED都屬自體發光,音次不需要像 LCD 顯示器那樣的背光技術。

電漿電視 與 OLED 的光譜特性都 優於 WLED、RGB-LED 與 CCFL。

OLED 將來若能克服生產成本問題,應該也是不錯的照明設備。


電漿

Panasonic 50PV700 電漿電視的光譜:
























以前,不是就有「金眼睛」說過電漿電視的顏色比較漂亮嗎?看來「金眼睛」們可不是隨便說說的。


OLED

 OLED 的光譜:
 


























未來,大家都有可能買「電燈片」(不是電燈泡)回家貼在天花板上。


所有的發光源當然都要跟太陽比


太陽光譜:(可見光範圍)




















一比就有概念:發光技術還有一段路可走。

總有一天,我們會有「真色彩」的顯示器與照明。






《以下是我個人的經驗,只供參考》

晚上只要使用 WLED背光筆電(世界大廠的低價機種)一段時間,隔天早上醒來,就會感覺眼睛又酸又澀。

長時間使用一台17吋 pentium-m 老CCFL背光筆電(當年算是相當貴的)則無此現象。

這台WLED背光筆電的螢幕明顯偏藍,「偏藍」是指應該白的地方會感覺有點藍。整個感覺就是欠缺「溫暖感」。


用 WLED背光筆電逛 PCHOME 一段時間,再用CCFL背光筆電看同樣網頁上的商品,可明顯察覺CCFL背光筆電的顏色比較漂亮,感覺也比較舒服。

朋友客廳中的 LED背光電視也有「偏藍」的感覺 (相較我的CCFL背光電視)。

我在想:

發揮 DIY 精神,來改造LCD顯示幕或電視的背光光源,是不是可以提升LCD顯示幕或電視的畫質?

畫家能夠接受可以照射在他們畫作上的光源,應該就是理想的背光光源。





相關報導

整天低頭盯螢幕 近視性白內障激增
http://www.libertytimes.com.tw/2013/new/aug/5/today-health1.htm


WLED中的藍光會對視網膜造成不可逆的傷害
http://news.in.msn.com/international/article.aspx?cp-documentid=253019725

2013.05這篇西班牙研究報告被歐美媒體報導後,照明業者也趕緊發表LED對眼睛無害的聲明。

這是公說公有理,婆說婆有理嗎?



其實,以我一個行人的角度來說,走在路上,對迎面而來的腳踏車、機車、汽車上的LED慘白色
燈光總是覺得十分刺眼。並不覺得它特別亮,但就是覺得刺眼。

相對之下,機車、汽車上的傳統燈泡色燈泡就不會覺得那麼刺眼。

會刺眼的照明怎麼會是好照明呢?




飛利浦的官方說法


以下是摘錄自台灣飛利浦官方網站的Q&A:




















http://www.deco.philips.com.tw/led/?utm_campaign=led&utm_source=Google&utm_medium=display&utm_content=&utm_term=17_04_300x250
(2013.08.18)


飛利浦的這段話
其實,藍光是自然界一直存在的光,也是太陽光的重要組成部分,
在各種白光光源中也必然存在(包括傳統光源)。

完全沒有錯,但是它忽略了「藍光能量強弱」的問題。

若把太陽光譜中的「藍光能量」量化為 1 來看,它還會混合更多的紅、橙、黃、綠等能量,
總合之後讓您的眼球與大腦覺得看到白色的亮光:



















如果我們把 WLED 中的「藍光能量」也降到 1,那麼由藍光誘發的黃光能量也會大幅下降,
最後由眼球與大腦感覺到的白光亮度也會降到很暗:





















要讓 WLED看起來覺得一樣白、一樣亮,您就非得把「藍光能量」抬高,而,這就是問題的核心。



我個人覺得,WLED 會讓眼睛覺得刺眼,應該是生物上的一種自我保護,大腦告訴眼球:藍光能量太多。


簡單規則:會覺得刺眼就不要用。




補充說明:什麼是「看不見的藍光能量」

什麼是「看不見的藍光能量」

如果把紅光與綠光同時照射到您的眼睛,您會「看到」黃光。
(此時您不會覺得有看到紅光 也 不會覺得有看到綠光)

如果再加一道藍光,您會「看到」白光。
(此時您的眼球有接收到「藍光能量」,但是不會感覺有看到藍色光)


當您的眼睛對一個 WLED光源 與 自然白光源 感覺「一樣白一樣亮」時, WLED光源會讓您
的眼球接收到比較高的「藍光能量」。

例如
0.3藍光+1.0綠光+0.6紅光 讓您覺得看到 「十分的白光」,
為了要讓LED也能發出「十分的白光」,可能就需要 1.x藍光 + 0.4黃光的wled。



也就是說:
把ccfl背光 與 wled背光的兩個螢幕設為白色並調到一樣亮,然後先後盯著螢幕各看一分鐘。
wled背光的螢幕會讓您的視網膜接收到比較多的「藍光能量」。

在這個過程中,您的眼球有接收到「藍光能量」,但您完全感覺不到您有看到藍色光。

這種發自wled,「感覺不到藍色的過高藍光能量」,不是眼睛能自然承受的。


(長時間盯著wled背光螢幕,我是認為 白色背景的論壇 會比 藍色背景的論壇 來的傷眼)




改善背光的技術持續在進步

我們再來看這兩台平板的光譜比較



















圖片來源
http://www.phonearena.com/news/Smartphone-and-tablet-displays-expected-to-improve-hugely-in-2014-with-Quantum-Dot-LCD-tech_id52199

以上圖 紅色曲線的光能量 與 藍色曲線的光能量 來照射眼睛,人眼會覺得 HDX 7 這台
比較亮,當它調到與 ipad mini 一樣亮時, HDX 7 藍色高峰能量就會相對變低。






圖片來源
http://www.electronicproducts.com/Optoelectronics/Displays/Quantum_dot-equipped_LCDs_A_workhorse_of_a_different_color.aspx







補充

下一階段的白光 LED

http://electronmania.blogspot.tw/2015/09/led.html





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6 則留言:

  1. 請問作者,那使用燈泡色的led就可以不用擔心藍光傷害眼睛了嗎?

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    1. 從光譜能量的角度來看,燈泡色led與白色led 的藍光能量都比自然光多。

      燈泡色led品牌很多,若公益單位能為大家量一量,有數據大家才好判斷。

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    2. 请问,相同亮度的橙灯泡色的led和白色灯泡色的led,是不是橙色灯泡的led含有的蓝光能量比较低呢?

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    3. 會比較少,但也比較不亮(或說"比較暗")。

      跟"低藍光"電視有點像,"低藍光"電視全亮時,與一般LED電視無異。而調到"低藍光"模式,
      就變得比教黃、比較暗。

      我個人是認為:廠商一昧壓低成本採用便宜的白光LED,就會有藍光成分過量的問題。
      若眼睛不適,就不要用。

      我是很期待,更接近自然光光譜的LED能早日普及。






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    4. 谢谢你的回答。关于自然光光谱的led,我认为现阶段最接近自然光谱的就是白炽灯灯泡。

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    5. 鎢絲燈的溫暖感最接近傍晚的陽光。

      期待LED燈早日有相同的溫暖感。


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