LED燈光譜對(duì)人體的影響

1、LED燈光譜對(duì)人體的影響新型LED（lightemittingdiodes，發(fā)光二極管）照明光源以其節(jié)能、環(huán)保、耐用的特點(diǎn)，正逐漸取代常規(guī)照明光源大有成為主流世界照明的發(fā)展趨勢(shì)。隨著LED產(chǎn)業(yè)的擴(kuò)大,應(yīng)用的廣泛，LED對(duì)人體的影響開始受到關(guān)注。然而，全球?qū)ED照明的光生物安全評(píng)估至今未有定論。僅僅以節(jié)能環(huán)保為宗旨大力推行LED照明可能為未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中埋下隱患，如LED照明存在人體生物安全方面的風(fēng)險(xiǎn)將使未來(lái)這一新興戰(zhàn)略型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到質(zhì)疑和重創(chuàng)。有必要集合政府、學(xué)術(shù)界、商界力量開展LED光生物安全戰(zhàn)略研究?？茖W(xué)理性地進(jìn)行產(chǎn)業(yè)發(fā)展的時(shí)空布局，從技術(shù)角度尋找減除LED生物危害的解決方案，不僅關(guān)乎L

2、ED光照明產(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展，而且可以通過(guò)LED光照明國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)之謀劃以及相關(guān)專利之布局，爭(zhēng)取標(biāo)準(zhǔn)制定之話語(yǔ)權(quán)，對(duì)于整個(gè)新型半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)突破專利壁壘，培育自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代照明核心技術(shù)都具有至關(guān)重要的戰(zhàn)略意義。LED（LightEmittingDiode，發(fā)光二極管），是一種固態(tài)的半導(dǎo)體部件，它可以直接把電能轉(zhuǎn)化為照明光。LED是一種綠色光源：工作電壓低，耗電量少，供電電壓在6-24V之間，根據(jù)產(chǎn)品不同而異，消耗能量較同光效的白熾燈減少80%；性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)（一般為10萬(wàn)小時(shí)）；抗沖擊，耐振動(dòng)性強(qiáng)oLED照明產(chǎn)品能提升照明系統(tǒng)的光效，顯色性高并且具有很強(qiáng)的發(fā)光方向性；調(diào)光性能好，色溫變化時(shí)

3、不會(huì)產(chǎn)生視覺誤差；冷光源發(fā)熱量低，可以安全觸摸；改善眩光，減少和消除光污染。盡管LED照明技術(shù)在節(jié)能及高效照明方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)，LED光源對(duì)視網(wǎng)膜的危害以及對(duì)生物日常生活節(jié)律的影響也在提示我們要清醒地看到LED照明對(duì)人體生物安全方面的風(fēng)險(xiǎn)。在光輻射波段中，紫外線及藍(lán)光波段對(duì)人體的危害尤為明顯。LED的光譜中有不同比例的紫外及藍(lán)光譜段，其中可見光藍(lán)光部分會(huì)對(duì)視網(wǎng)膜色素層產(chǎn)生損傷。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的幾種主要光輻射危害有：光致角膜炎和光致結(jié)膜炎、白內(nèi)障、視網(wǎng)膜灼傷、視網(wǎng)膜藍(lán)光損害、皮膚曬黑、紫外紅斑、皮膚老化、皮膚癌等。多芯片集成及二次光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展，令LED芯片功率及外量子效率日益提高，紫外

4、和藍(lán)光波段的短波LED芯片被廣泛應(yīng)用，技術(shù)與市場(chǎng)占有率的提高均使得LED的危害性更加顯著。有別于日光，LED是利用特定波長(zhǎng)組分單色光通過(guò)配光方案模擬自然光，光源光譜具有不連續(xù)，特定組分單色光高亮度的特點(diǎn)。短波段藍(lán)光除了對(duì)人眼尤其是視網(wǎng)膜有潛在損傷威脅外，對(duì)松果體產(chǎn)生的褪黑素比其他類型人造光源有更明顯的降低作用。有研究指出LED照明光源連續(xù)輸出光譜中的藍(lán)光成分對(duì)正常的恒河猴的視網(wǎng)膜具有損傷作用；過(guò)強(qiáng)的短波藍(lán)光容易引起視網(wǎng)膜上感光細(xì)胞的光化學(xué)損傷和色素上皮功能的退化，過(guò)強(qiáng)的輻射還會(huì)引起視網(wǎng)膜的熱損傷。隨著光生物學(xué)研究的快速發(fā)展，近幾年LED的光生物安全日益引起國(guó)際社會(huì)的關(guān)注。從2002年開始，有關(guān)

5、人類第三種非視覺光接收器（細(xì)胞）、光輻射對(duì)生理節(jié)律及內(nèi)分泌系統(tǒng)的影響等基礎(chǔ)研究的進(jìn)展，為人們發(fā)現(xiàn)和研究人工光源在應(yīng)用過(guò)程中出現(xiàn)的潛在危害提供了有效分析工具和證據(jù)。Melanopsin是一種視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞表達(dá)的感光視蛋白，是哺乳動(dòng)物繼視錐和視桿細(xì)胞之外的第三種光感受性細(xì)胞，其功能是參與非視覺成像系統(tǒng)，參與調(diào)控生物節(jié)律、瞳孔對(duì)光反射的活動(dòng)?，F(xiàn)有研究表明，Melanopsin是感受周圍環(huán)境光輻射照度的，這種感光蛋白比較與于三種感光色素來(lái)說(shuō)對(duì)440-480納米譜段更敏感，這種光刺激對(duì)機(jī)體的生物節(jié)律調(diào)節(jié)機(jī)制是非常重要的。非哺乳脊椎動(dòng)物存在多種能感受光節(jié)律性變化的組織，如松果體及其周圍組織、皮膚黑色素細(xì)

6、胞等。哺乳動(dòng)物僅有melanopsin/pRGC系統(tǒng)能夠感受光節(jié)律變化。有實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)melanopsin對(duì)瞳孔對(duì)光反射的調(diào)節(jié)作用較視錐細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用大3倍。上述研究表明人類生物節(jié)律的調(diào)節(jié)有可能受到LED光輻射極大的影響，不規(guī)范的LED照明可能在人群中廣泛產(chǎn)生失眠，眩暈，頭痛，情感障礙等廣泛的神經(jīng)系統(tǒng)功能異常。目前市場(chǎng)上大多是高色溫、高亮度的LED產(chǎn)品。隨著芯片功率的提升，光子晶體等新技術(shù)的應(yīng)用，芯片射出光的輻射亮度大幅度提高，通過(guò)增大驅(qū)動(dòng)電流、多芯片集成，增大二次光學(xué)設(shè)計(jì)，如采用透鏡匯聚等，使得LED光束越來(lái)越窄，視網(wǎng)膜受到的損傷越來(lái)越大。與此同時(shí)，紫外及短波藍(lán)光LED被廣泛應(yīng)用，波長(zhǎng)在44

7、0nm左右的藍(lán)光輻射對(duì)人眼視網(wǎng)膜產(chǎn)生的光化學(xué)危害明顯提高，尤其是嬰兒和兒童，眼睛對(duì)短波長(zhǎng)光的過(guò)濾能力不如成年人。近50年來(lái)我國(guó)青少年近視發(fā)生率的顯著上升也與光源的不合理光譜組合和亮度配置有重要的相關(guān)性。老年人的視網(wǎng)膜黃斑區(qū)功能性退化與藍(lán)光輻射的傷害也有直接關(guān)系。值得注意的是，政府近年來(lái)逐年加大對(duì)LED照明產(chǎn)業(yè)的投入，各地LED企業(yè)正在建造一系列新型照明LED芯片生產(chǎn)線。在如火如荼的新型照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展背后，LED光源隱含的的生物安全技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)問題卻常被人們忽視。首先，LED光源自身的特點(diǎn)使其強(qiáng)度過(guò)大，易造成人眼損傷。LED照明光譜是較窄，所以具有低能耗，高亮度的優(yōu)點(diǎn)。但相對(duì)自然光的全光譜性，缺乏了全

8、光譜帶來(lái)的對(duì)眼睛的護(hù)目特性，過(guò)高的亮度，使其缺乏自然光的柔和性，對(duì)眼睛有較大的刺激性。其次，窄譜光顯色性差，易導(dǎo)致色弱。窄譜光顯色性差，不能還原真實(shí)顏色，雖然短時(shí)間內(nèi)光線本身未使視覺感受發(fā)生變化，但實(shí)際上是對(duì)人眼的欺騙”。LED的光譜不連續(xù)，波長(zhǎng)單一,而且短波長(zhǎng)的光譜能量很高，長(zhǎng)期在一種波段的強(qiáng)光照射下，必然會(huì)降低對(duì)其他顏色的分辨能力，導(dǎo)致色弱的可能性會(huì)很高。最后，長(zhǎng)時(shí)間使用易造成視覺疲勞。當(dāng)下的各種燈具在光源方面提出了各種改良方案，卻未考慮到近視物體，且長(zhǎng)時(shí)間暴露于非自然光下的人眼疲勞。這與視網(wǎng)膜微循環(huán)短期障礙，血供障礙造成的眼睛干澀疲勞有密切關(guān)系。由于LED屬于窄光譜光，與自然光的連續(xù)光譜

9、有很大區(qū)別，LED光譜更窄，看起來(lái)較刺眼。LED的光譜不連續(xù)，波長(zhǎng)單一，而且短波長(zhǎng)的光譜能量很高，長(zhǎng)期在一種波段的強(qiáng)光照射下，必然會(huì)降低對(duì)其他顏色的分辨能力，導(dǎo)致色弱的發(fā)生率升高。LED是定向式、窄光束的光源。，發(fā)光特性不同于傳統(tǒng)光源，并且經(jīng)多顆LED組成后的照明產(chǎn)品其發(fā)光特性又不同于單顆LED。如何準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)LED照明產(chǎn)品的光特性是個(gè)新課題也是重要而關(guān)鍵的技術(shù)，至今還未有準(zhǔn)確性的評(píng)估方法和結(jié)論。眩光是現(xiàn)代照明質(zhì)量評(píng)價(jià)的重要指標(biāo),常用的眩光評(píng)價(jià)方法有美國(guó)的視覺舒適幾率(VCP)、英國(guó)的眩光指數(shù)(GI)、德國(guó)的眩光限制系統(tǒng)(亮度限制曲線)、北歐的眩光指數(shù)方法和近幾年來(lái)國(guó)際照明委員會(huì)(CIE)的統(tǒng)

10、一眩光指數(shù)(UGR)。迄今為止，眩光評(píng)價(jià)應(yīng)用最廣的是CIE的統(tǒng)一眩光指數(shù)。鑒于目前光生物安全評(píng)估指標(biāo)的含糊性，LED照明產(chǎn)品會(huì)產(chǎn)生的不舒適眩光迫切需要準(zhǔn)確測(cè)量和評(píng)價(jià)。LED光生物安全的評(píng)估需要高精度的LED成像亮度計(jì)，目前中國(guó)遠(yuǎn)方具備了成像亮度計(jì)的自主開發(fā)制造能力，產(chǎn)品指標(biāo)可以與美國(guó)Radiant、德國(guó)Opteema相媲美。在LED光生物安全的評(píng)估的另一項(xiàng)重要基礎(chǔ)設(shè)備LED分布光度計(jì)技術(shù)方面，我國(guó)遠(yuǎn)方公司也具備了與德國(guó)LMT、美國(guó)LingtingScience等高精度分布光度計(jì)抗衡的研發(fā)制造能力。LED照明產(chǎn)品有時(shí)其顏色看似很高，但測(cè)出的顯色性卻不高，經(jīng)常會(huì)造成視覺與測(cè)試結(jié)果的相反情況，這主要

11、是因?yàn)槟壳霸u(píng)價(jià)LED照明顯色性的體系依然是60年代設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)傳統(tǒng)照明的體系，而傳統(tǒng)照明與LED照明有著截然不同的特性。關(guān)于顯色性測(cè)試及評(píng)價(jià)方面，日本色彩研究所指出，由于照明光種類將造成觀看對(duì)象的差異，在反射率不變的情況下，人眼對(duì)于R、G、B形成3色不同波長(zhǎng)的感測(cè)反應(yīng)，會(huì)隨著光源及分光分布變化而產(chǎn)生認(rèn)知差異。日本照明相關(guān)國(guó)際規(guī)格委員會(huì)工作小組已達(dá)成決議要在兩年內(nèi)，針對(duì)新光源顯色性評(píng)鑒方法提出新案。如何準(zhǔn)確反應(yīng)人眼判讀的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為國(guó)際關(guān)注的焦點(diǎn)，對(duì)該問題的系統(tǒng)化研究將是光生物安全研究的重要熱點(diǎn)，我國(guó)將在LED光生物安全標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量及制訂的初始階段牢牢把握該重要領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán)。目前國(guó)際上主要LED廠商都

12、在利用其所掌握的若干核心專利技術(shù)，采取橫向和縱向擴(kuò)展方式，在世界范圍內(nèi)設(shè)置專利網(wǎng)，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)并通過(guò)專利授權(quán)和產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證來(lái)?yè)屨紘?guó)際市場(chǎng)。鑒于現(xiàn)有LED照明系統(tǒng)中美、日、臺(tái)灣地區(qū)中巨頭的壟斷地位，我們更需要以光生物安全戰(zhàn)略引導(dǎo)具有中國(guó)特色的LED照明產(chǎn)業(yè)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)建立及積累大步走向世界的資本。目前美、日、臺(tái)灣地區(qū)巨頭壟斷下的LED體系具有一個(gè)共同的致命缺陷便是其生物安全性沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這也必將成為我們整個(gè)產(chǎn)業(yè)的突破點(diǎn)。雖然各國(guó)存在著一系列的LED光生物安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但是各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)間存在著較大的差異。同時(shí)不能排除照明巨頭將自身利益凌駕于生物安全進(jìn)行暗箱操作的可能性，從而影響了其客觀指標(biāo)對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的指

13、導(dǎo)意義。面對(duì)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)LED產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展之勢(shì)，我們必須積極進(jìn)行位于世界前沿的光生物安全研究，以避免整個(gè)產(chǎn)業(yè)由于忽視光生物安全性的研究而處于被動(dòng)地位導(dǎo)致的巨大戰(zhàn)略損失。正是由于LED產(chǎn)業(yè)生物安全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的缺位，令目前政府、社會(huì)公眾對(duì)于LED的危害認(rèn)識(shí)不足，統(tǒng)一的科技技術(shù)認(rèn)定可以有效地協(xié)調(diào)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。只要我國(guó)建立起世界認(rèn)可的生物安全標(biāo)準(zhǔn)，便可以掌握整個(gè)產(chǎn)業(yè)中的話語(yǔ)權(quán)，從而指導(dǎo)上游各種生產(chǎn)及安全標(biāo)準(zhǔn)的制定，進(jìn)一步以此為依據(jù)建立一整套完善的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的LED標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)的光生物安全研究主要集中在器質(zhì)性損害，以及各種形態(tài)學(xué)變化方面，但這種光生物安全評(píng)估是建立在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物基礎(chǔ)上的。光生物安全的最終立

14、足點(diǎn)應(yīng)該是無(wú)創(chuàng)性的人類學(xué)實(shí)驗(yàn)，利用神經(jīng)科學(xué)技術(shù)與光生物安全檢測(cè)體系進(jìn)行整合將奠定中國(guó)光生物安全在全球照明產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)地位。隨著功能核磁共振成像(functionalmagneticresonanceimaging，fMRI)的迅猛發(fā)展，以反映器官功能狀態(tài)為成像目的的磁共振成像技術(shù)為功能性研究提供了一條嶄新的道路。基于臨床與基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)結(jié)合的LED光生物安全功能核磁共振檢測(cè)中心的建設(shè)將有利于光生物安全相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定及相關(guān)技術(shù)的革新，促使更健康、更環(huán)保的LED照明新產(chǎn)品的問世，對(duì)我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的發(fā)展及維護(hù)有重要意義，有利于爭(zhēng)取LED照明領(lǐng)域的國(guó)際話語(yǔ)權(quán)。在全國(guó)建設(shè)一個(gè)照明LED測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)制定平

15、臺(tái)，給各個(gè)機(jī)構(gòu)之間的溝通交流架設(shè)一個(gè)橋梁，并最終在我國(guó)建立起標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)試體系，這將對(duì)我國(guó)照明LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供有力的支持，將有利于引導(dǎo)LED生產(chǎn)廠商生產(chǎn)對(duì)人體健康無(wú)害的LED照明光源，使LED照明產(chǎn)業(yè)向真正利國(guó)利民的方向健康發(fā)展，使人民群眾真正從高新技術(shù)發(fā)展的成果中受益。同時(shí)新型照明標(biāo)準(zhǔn)的制定也將為整個(gè)照明產(chǎn)業(yè)打出了一片天空，進(jìn)而可以促進(jìn)全球的產(chǎn)業(yè)布局，為民族企業(yè)的發(fā)展開辟一片天空。LED光源的結(jié)構(gòu)、特性、應(yīng)用與傳統(tǒng)光源相比存在較大差別，用于傳統(tǒng)光源的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估手段大多不適用于LED光源的生物安全評(píng)估和檢測(cè)丄ED應(yīng)用產(chǎn)品的多樣性、多變性、創(chuàng)新性，相關(guān)技術(shù)的突破發(fā)展和新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，加深了LED照明的檢測(cè)、評(píng)估工作的難度。僅依靠生產(chǎn)企業(yè)自行對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，會(huì)極大增加工作量，效率低下，標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一。建立科學(xué)合理檢測(cè)系統(tǒng)必須依靠科研實(shí)力強(qiáng)的高等院校和科研院所。最佳資源配置方案是由企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)多方合作、互利共享的共性技術(shù)的LED光生物安全檢測(cè)平臺(tái)。基于功能核磁共振技術(shù)的LED光生物安全功能核磁共振檢測(cè)中心是一個(gè)高效、準(zhǔn)確的光生物安全檢測(cè)平臺(tái)。該中心的建立將有利于將高等院校、科研院所以