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LED講座:UV≠紫外線?

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大阪府のペンネーム『UVカット』さんからのお便り。

最近、サンゴ用のLEDにもUV UV言ってますけど、
でもメタハラの球とかは大抵UVカットなのに、
どうしてLEDにわざわざUVを足すんですか?
メタハラ同様、LEDもUVは要らないのでは?
周りの人もUVは不要って言ってますよwww

* フィクションです(笑)

と言う訳で、今回は初心者にも判るLED講座:UV≠紫外線?をお送りします。
先日の大阪でのMACT LED講座から、お裾分けウェブ版!みたいな感じで(笑)
全然難しくないので、この機会にLEDのUVのことをバッチリ覚えて、恥よサラバしましょ♪

マリンアクアリウムに於ける光合成色素と蛍光タンパクの要求スペクトル

まず、マリンアクアリウムに於ける光合成色素と蛍光タンパクの要求スペクトルから。

光合成色素の吸収波長と蛍光タンパクの励起波長

これはあくまでも海藻の主要色素ですが、サンゴも含め海洋全体で見ると、もっと複雑な色素群の存在が予想されます。また、光合成色素だけではなく、サンゴ特有の蛍光色を司る蛍光タンパクは色素以上に多岐に渡り存在していますので、いずれにしても端折って良い波長なんてひとつもないことが判ります。

光合成に必要な波長と不要な波長

一般的に光合成色素は、下は400nmから、上は700nmまでの波長を光合成に利用しています。これはおよそ人間の目に見える可視光線とも一致しています(人間の場合の感度特性は黄緑555nmにピークがあり青(短波長側)や赤(長波長側)は低感度)。また、およそ400nm~600nm程度の波長が、蛍光色を発色させるための励起波長(励起波長:発色に必要な光の波長)として特に必要になります。これらの蛍光タンパクは、紫外線から身を守るための防御として働いたり、また海中の限られた波長の中から新たに別の波長の光を生み出して光合成に役立たせる働きがあります。

太陽光線の波長の分類

しかし、太陽光のスペクトル分布には、光合成にはあまり必要ではない波長も多く含まれています。例えば、紫外線は光エネルギーがとても強く、日焼けを引き起こしたり活性酸素を生成したり、また赤外線の熱線は水温を上昇させる作用があり、いずれも水槽では敬遠されます (紫外線の効果や赤外線のエマーソン効果等の作用は割愛します)
そのため、ハロゲンランプに比べ比較的赤外線量が低く、紫外線もUVカット処理により低く抑えることが出来るメタハラランプが、水槽照明としても従来から重宝されてきました。

ここで注意したいのは、メタハラのUVカットが指す「UV」とは、俗に言う有害な紫外線領域の波長で、400nm以下のUV(UV-A/UV-B/UV-C)のことです。
(上の図左のUV 400nmより左側全ての波長領域)

一方、近年のアクアLEDライトには、およそ以下の波長のLED素子が採用されています。

マリンアクアリウムに用いられるLEDの種類

これらのLED素子により、先に示した光合成色素の要求や蛍光タンパクの要求は、すべて完全に満たされるようになりました。

次に注意したいのは、一般的にLED業界でUV素子と呼んでいる「UV」とは、先に挙げた有害な紫外線のことではなく、単なる可視光線の下限に位置する400nm(バイオレット色)そのものを放つLED素子だと言うことです。

次に注意したいのは、アクアでお馴染みのLED製品が採用しているUV素子の「UV」とは、先に挙げた有害な紫外線のことではなく、単なる可視光線の下限に位置する400nm(バイオレット色)そのものを放つLED素子だと言うことです。

この部分は、かなりの方が勘違いしているようです。
メタハラのUVカットがカットしている紫外線は400nm以下の有害な紫外線全域
一方、LED業界アクアLED製品のUV-LEDが指す紫外線は、400nm自体の可視光線です。
もちろん400nmは420nmと並んで紫色の光の波長のことであり、青系の蛍光タンパクを励起させる重要な波長ですから、サンゴに不要なはずがありません。
ちなみに、UV-LEDで400nm以外の波長を示す場合は、「375nmのUV-LED」とか「385nmのUV-LED」等と言い表します。要するに、LED業界アクアLED製品で特に注釈なく単にUVと言えば、400nmを指すと言うことです。

蛍光タンパクの発色に関わる励起波長の種類・スペクトル

実際にUV 400nmやBlueViolet 420nmを含め、各LEDの波長で蛍光タンパクがどのように発色するのか、このイメージを参考にしてください。

LEDの波長に対するサンゴの蛍光タンパクの発光強度

VFP:バイオレット蛍光タンパク (Violet Fluorescence Protain)
BFP:ブルー蛍光タンパク (Blue Fluorescence Protain)
CFP:シアン蛍光タンパク (CyanFluorescence Protain)
GFP:グリーン蛍光タンパク (Green Fluorescence Protain)
YFP:イエロー蛍光タンパク (Yellow Fluorescence Protain)
RFP:レッド蛍光タンパク (RED Fluorescence Protain)
*各発光強度はあくまでも一例です

上記のうち、これまでLED製品に一般的に使用されてきたLED素子は、ほぼRoyalBlue 450nmとBlue 475nmだけなので、スギノキのライトブルー(水色に近いシアン蛍光)はなんとか維持できても、本当に濃いブルー蛍光や、ましてやバイオレット蛍光は到底お目にかかれなかったはずです。

また、各蛍光タンパクの励起/発色の一例を描きましたので、参考にしてください。

蛍光タンパクの代表的な励起・発光スペクトル

破線が励起波長、実線が発光波長です (破線の波長を浴びて実線の波長を発光)
*各スペクトルはあくまでも一例です
*蛍光タンパクは数え切れない種類があるので、興味があれば検索してみてください
蛍光タンパクのスペクトルデモが見られるサイト (青いバーをクリック)
→ 以前のサンゴと蛍光タンパク質の記事も参考にどうぞ

LED製品アクアLED製品に於いてのUVとは、400nm周りの紫色の波長のこと

以上のことを踏まえて、巷の各アクアLEDライトのスペクトルを吟味してみましょう。

アクアLEDライトのスペクトル

* Illumagicの修正したスペクトルについては後日詳しく解説します

もしLEDライトのUV 400nmを否定するなら、メタハラにどんだけ入っとる思とんねん!という話になります(笑)
メタハラでバイオレット蛍光もブルー蛍光も綺麗に発色する理由がお判り頂けたかしら?
あなたのLEDライトは、本当にサンゴに必要なスペクトルを十分に備えていますか?

最後に、口が酸っぱくなるほどに、いつものスペクトル比較です(笑)
スーパークールで飼えるんならフルスペでも飼えるよね?
と言う単純明快な文句です♪

スーパークールとKR93SP白chのスペクトル

もう、既に多くの方が体験し、そして多くの方が感嘆の声を漏らしていることと思います。

「わずか一週間でミドリイシの先端にブルーやパープルが乗ってきました!」

そこで疑問なのは、

「どうしてKR93SPは、そんなに速やかに確実にサンゴが色揚がりするの!?」

それは、バイオレット蛍光・ブルー蛍光に作用するUV 400nm / BlueViolet 420nmを、大盛りてんこ盛り(相対比でメタハラの倍近くの量)で実装しているからです♪
(もちろん水質や低栄養塩など必要な環境が最低条件として満たされている前提で)
逆に言えば、他社の製品でも例え弱くてもUVが入っていれば、時間は掛かるけどある程度の色揚がりは得られるでしょう。でも、もしUV自体が入ってなかったら・・・その時は、BHが予定しているバイオレット・スポットとシアン・スポットの発売をお待ちください♪

あとは、あなたの目で実際に確かめてみてください。
応援市場 > ブルーハーバー > KR93SPフルスペクトルエディション
24インチがあと少し在庫あるっぽいです♪

以上、メタハラ含め一般に言う「UV」と、LEDで言う「UV」の差が理解できましたか?
これさえ知れば、もうUVを否定する理由は無くなりますね♪

あとは、まだ要らないと思ってる人がいたら、バッチリ教えてあげてくださいね♪

追記:2012/01/28
メタハラのUVカットが対象とするUV波長領域と、アクアLED製品が採用しているUV素子の波長領域は、根本的に別次元であると言う説明のためのイラストを描きました(笑)
要するに、UVカットしているメタハラでさえ、UV-LEDの領域はカットされず山盛りで含まれていると言うことです。そしてそれはサンゴの色揚げに不可欠なものです。だからLED製品にも率先して入れている訳です。

メタハラのUVカットとLEDのUVの区分け

ついでに、アクアLED製品にも一部採用されている、UV-LEDを作ってるメーカーと素子の情報をまとめておきました。これを見れば、アクア製品に採用されているUV-LEDの「UV」とは400nmのことを指していると言うことが判ります。例えばLedEnginの場合、400nmのことを「UV LED」と呼びますが、365nmのことは「365nm UV LED」と呼んでいます。

LED素子メーカー UV-LED呼称 モデル例 波長例
日亜化学 紫外線LED
UV-LED
NC4U133
NC4U134
365nm
385nm
ナイトライド UV Power LED NS365M
NS375M
NS385M
NS400M
365nm(363-370)
375nm(370-380)
385nm(380-390)
400nm(395-405)
LedEngin UV LED
365nm UV LED
LZ1-00UA05
LZ1-00U605
400nm(390-410)
368nm(365-375)
SiBDI UV light LEDs S35L-U
(U50/U60/U70)
U50(390-400)
U60(400-410)
U70(410-420)
Edison UV
Ultraviolet
EDEV-1LS1
EDEV-SLC1-03
405nm(395-410)
HELIO UV
Ultraviolet
HMHP-E1LU 405nm(395-410)
LEDチップメーカー UV-LED呼称 モデル例 波長例
SemiLEDs High Power UV LED SL-V-U40AC 375-420nm
Epileds UV LED Chip EP-U4545V-A3 390-430nm
TEKCORE UV Power Chip FU2T 370-430nm

尚、クニさんによれば、大手LEDメーカーなどから、400nmの表記をUVからVioletへ変更する動きが出てきているそうです。もしそのようなメーカー・製品をご存知の方は、また教えてください。混乱防止のためにも、僕もその変更には賛成です♪
365nm:UV365 / 365nm
380nm:UV380 / 380nm
400nm:Violet / 400nm
420nm:BlueViolet / 420nm
450nm:RiyalBlue / 450nm

みたいになれば判りやすいかなぁ?

こちらのエントリーもどうぞ♪

KR93SPフルスペ、演色性の話

この記事を含むタグの全記事リスト: eco-lamps KR93SP LEDうんちく LEDライト

あくまでも重要なのはスペクトル(波長)であってアレじゃないよ。
アレはあくまでもスペクトルのお陰で得られるものだから。。。

と言う意味もあって、今まで特に触れてこなかったかも?なアレですが、なんかスペクトルとアレを独立して考えてる方も見受けられそうなので、軽く触れておくことにしました。

KR93SPに限りませんが、今回はLEDの演色性のお話です。

まず、とても判り易いページがあるので、軽く予習してみましょう。

LED照明|シーシーエス株式会社

このページを見ると、こんなグラフがあります。ちょっと拝借。

一般白色LEDと3波長型蛍光灯の演色評価数

一般的に演色性Ra(CRI)と言うと、このグラフでいうところのR1~R8までの平均演色評価数を指します。この場合、一般白色LEDは75、3波長型白色蛍光灯は80となってます。更にこのグラフでは、特殊演色評価数のR9~R15までも記してあり、これは更に厳格な色の再現性を示す指標となっています。もちろん、これらの評価の元となる基準は太陽なので、太陽の演色評価はオール100となります。

ちなみに、一般LEDでも、緑色蛍光体と赤色蛍光体を混ぜたニュートラルホワイトやウォームホワイトなどは、黄色蛍光体のみのクールホワイトよりも、スペクトルがフラットで且つ赤成分も多いため、演色性は高くなっています。例えば、一般白色LEDのRaが約70~80に対して、高演色LEDのRaは軽く80~90は確保されています。

これらのLEDは発光チップが青色なので、スペクトル分布はあくまでも青光+黄色、または青光+緑+赤で構成されますが、さらにUV光+RGB蛍光体の超高演色LEDになると、スペクトルにUV帯域も加わり、Raも軽く95を超えます。(上のCCSさんのLEDがそうですし、僕が以前製作した太陽光LEDシステムライトもこれを採用しました)

で、ここまで読んで既にピンと来た方もおられると思いますが、誤解と言うのは、『フルスペクトルは高演色』と言っても差し支えありませんが、『高演色は必ずしもフルスペクトルではない』と言うことです(一般Raと特殊Raにこだわらなくても)

フルスペクトル ≒ 高演色
高演色 ≠ フルスペクトル

その良い例として、今回デビューしたKR93SPフルスペと、以前製作した太陽光ブレンド(7W)の演色評価グラフを、さりげなく貼っておきます♪ さりげなく(笑)

まず、KR93SPフルスペクトルエディションの白チャンネルから。

KR93SPフルスペの演色評価数

青チャンネルを入れると当然演色どころの騒ぎじゃなくなる(汗)ので、KR93SP自慢の“太陽”の白チャンネルのみの演色評価グラフです。
なんと一般Ra95!
海水向けに赤を抑えた割に、巷のLEDや蛍光灯よりも赤が断然綺麗に発色されます♪
ちなみに特殊演色評価を加味しても、平均Ra92はあります♪

お次は、太陽光ブレンドの7W。今となっては懐かしい。。。笑

太陽光ブレンド7Wの演色評価数

太陽光ブレンドは、UVもBlueVioletも含まない一般LEDの組み合わせでしたが、このように超高演色並みのRa94が達成できてたんですよ!
ま、いまさらですが、太陽光ブレンドってめちゃんこ演色性高かったんです♪
そう、これが、フルスペじゃなくても高演色の良い例です。

さて。結局何が言いたいのかというと、
KR93SPは、フルスペだからこそ、超高演色なのだ!
ということです。
演色評価が得られるのは、その評価対象となる色を表す波長が含まれているからこそ。
含まれてなかったら、その演色評価は低い値にしかなりません。
そこんところ、よろしいでしょうか?
要するに、こゆことです。

× スペクトルばかり追い求めて演色性が悪けりゃダメじゃん!
○ スペクトルを追い求めると必然的に演色性もついてくる♪

前者は成り立たず、後者が正しい考察です。
ここんとこ、よろしいでしょうか?

とは言え、KR93SPは海中スペクトルに重点を置き、敢えて赤成分を抑えてありますゆえ、海水への適正度と比べれば、陸生植物や水草への適正度は低めです。
が、それでも我らがフルスペクトル、そんじょそこらの製品には負けません。
ま、淡水には青チャンネルは丸々不要だろうけど(汗)

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汎用パッケージで考える高演色LED

この記事を含むタグの全記事リスト: COB LED LEDうんちく スペクトル 自作関連 電気系

前回は、それ単体で十分にフラットなスペクトルが実現可能な、シャープ銭型シリーズのLEDモジュールをご紹介しました。しかし、このLEDモジュールは独自の形状であるため、スター基板等の汎用用途には適していません。うーん。。。出来れば汎用パッケージ型の高演色LED素子があれば良いのだけど。。。

あ、実はあるにはあるんです。。。実体が見えないけど(曝)
お時間があれば、EdisonのAやSシリーズの古いデータシートを漁ってみてください。但し、公式サイトにはもう置いてないみたいなので、ネットで拾ってください。白色LEDモデルに混じってDxシリーズと言うのが出てくれば、それです。Aシリーズならv6版、Sシリーズならv5版には載ってます。これ自体は2009年時点で既に存在していたので、特に新しい素子ではありません。ただ、ずっと声を潜めていつか巡り会えることを楽しみにしてきましたが、結局2年待っても影も形も見えなかったので、諦めてご紹介することにします(汗)
ま、どのみち日亜特許に睨まれるかも判らんし。。。

現在有望な高い色温度の高演色白色LED(青+赤緑蛍光体)のスペクトル比較。
青混ぜなくても、これ単体で十分に白いアクア照明になるよ、って奴です。

青発光+赤緑蛍光体 5000K

でもな~、日亜は専用基板が必要になるし、銭型も取り付けに難があるので、可能ならば汎用パッケージのEdisonが欲しい。。。でも、今まで売ってるの見たこと無い。。。うむむむむ。。。

で、少し色温度を落として、4000K程度で妥協すると、また顔ぶれが違ってきます。

青発光+赤緑蛍光体 4000K

とは言え、やはりLedEnginにしろLuxeon Rebelにしろ、専用基板が。。。
でも唯一、ソウル半導体S42180ニュートラルホワイトが汎用互換パッケージの救世主♪

但し、このS42180をこのまま使うと、緑~赤の不要成分が強すぎるため、見た目にも赤っぽさが目立ち、海水の青さとは程遠い色味になります。よって、通常のクールホワイトもブレンドしつつ、欠落しているシアンを補完することで、これぞ完璧なフラットスペクトルを実現することができます。そう、それが太陽光ブレンドです♪
そして、そのフラットなスペクトルは光学測定でも実証済みです♪
(但し、UV素子は入れてないのでスペクトルの立ち上がりは420nm以降となります)

あらら。前置きが長くなりました。。。
今回は、そんなソウル半導体のS42180ニュートラルホワイトについてお送りします。

多分、以前チラッと?触れたことがあるかも知れません。ソウル半導体の白3種を使う際は、新しいバージョンではなく古いバージョンを使え、と(厳密にはx42180Hではなくx42180を使え、ですけど)。でも、その後の製品改良により、遂には根本的なスペクトル自体が更新されてしまいました。
うーん。。。今後の太陽光ブレンドはどうすべきか。。。

と言うことで、スペクトルの互換を確認すべく、新旧合わせて調達してきました。

ソウル半導体P4シリーズ S42180 新旧NW

見た目は全く同一のパッケージなので、目視による区別は無理ですねぇ。。。

型番 旧S42180-S2 新S42180-06-T2
カラー Neutral White Neutral White
色温度 4000K 4000K
演色性 Ra93 Ra93
光束 72lm 76lm
ビーム角 124° 126°
定格電力 3.8W 3.28W
定格電圧 3.25V 3.3V
最大定格 800mA 800mA
通販例 秋月 450 MOUSER 617.6
Digi-Key 558

光束が少し伸びたようですね。ビーム角も微妙に広角になってるし。。。でもデータ的にはあまり変わりない印象です。

実は、少し前から秋月での価格が大幅に下がりまして、もしかして旧S42180から新S42180に替わったんかしら?とも考えたのですが、今回秋月から調達した方の素子を見てみたら、貼付のデータシートが旧のままだったので、単に在庫一掃の値下げかな?と思われます。

と言うことで、恐らく間違いなく、新旧比較が出来そうです。
さあ、お約束のビーム比較とスペクトル比較です。

ソウル半導体P4シリーズ S42180 新旧NW ビーム・スペクトル

うむ。やはり公称スペクトルを表したかのような光色とスペクトル分布です。
・・・なんか最近、分光器からスペクトル曲線が視えるようになってきたような。。。曝

で、データシートからトレースした公称スペクトルがこちら。

ソウル半導体P4シリーズ S42180 新旧NW 公称スペクトル比較

あぁ。。。これなら代替できますね。結構結構♪
実は、以前のS42180Hもこれと似たようなスペクトルでしたが、シアンの補完率が2割しかありませんでした。でも、今回の新S42180であればシアンは倍の4割も確保されてるし、文句なしで旧S42180から移行できそうです♪
それに、シアンの落ち込みピークも490nmから480nmに移動してるから、シアンの補完じゃなくて、青の480nm寄りの補完でもいけますね。いや、むしろその方が良いかも。Vertex Illumina 200のように。。。
あと、IR(赤外)側の伸びもすごいなぁ。。。いつかメタハラ並みの赤外線が。。。曝

興味があれば、是非お試しあれ!
但し、太陽光ブレンドのように、クールホワイトやシアン(無理なら青)を混ぜて使うと良いでしょう。あくまでもシアンが確保できるベース白色、と言う扱いでね。単体で使うには赤すぎますから。。。

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