白光LED的光生物作用特性[3]

　　2、IEC62471-2006标准给出的评估方法

　　为评估所有的危害，标准规定需进行200-3000nm的辐照度测量以确定对皮肤以及眼睛前表面的危害，同时还需要测量300-1400nm的辐亮度以确定对视网膜的危害。测试条件需要复制具体的生物物理现象，比如视网膜被照射时的眼球运动，以及针对非普通照明用产品以及普通照明用产品时测量距离不同。

　　标准主要考虑的是对皮肤，眼睛前表面(眼角膜，眼结膜以及晶状体)以及视网膜的六种伤害。在评价辐射对皮肤以及眼睛前表面的伤害时，只需评估入射到表面的光的总量即可。当要评价对视网膜的伤害时，则必须考虑到眼睛的成像特质，因此总共需要进行两种测试：辐照度和辐亮度。

　　标准对于测量的过程及设置提供了具体的指导以复制一些生物物理现象，如眼球移动等。辐亮度测量所需的波长范围减少至300-1400nm。这是因为视网膜受到晶状体透过特性的保护。表2列出了不同危害所需的测试。

　　表2 评价各种伤害时需进行的测量(有­符号说明在计算危害时需使用加权函数)

　　五、蓝光对视网膜的视觉危害

　　蓝光的能量是可见光的所有波长中最大的，原因是能量E=hν,ν是频率，h是波尔兹曼常数频率是波长的倒数，所以相对于其他波段的可见光，蓝光的频率高，能量也大，所以当它过多入射在视网膜上的话，可能造成辐射伤害。蓝光对眼睛危害的定量计算要使用蓝光危害加权函数B(λ)(见图5)。波长440nm左右的蓝光辐射对人眼视网膜产生的光化学危害最大(GB/T 20145-2006中的表2波长435nm和440nm对应的蓝光危害加权函数B(λ)为1.00)，因此尤其要关注婴儿和儿童，他们的眼睛还没有发育完好，对短波长光的过滤能力远不如成年人。日常生活中的老化性视网膜黄斑区病变退化(AMD)与蓝光辐射的伤害也有直接的关系。

　　图5 视网膜危害的光谱加权函数B(λ)和R(λ)

　　六、蓝光对视网膜的非视觉危害对司辰节律的影响

　　蓝光的波长在450nm 左右，正好与人体的司辰视觉有关，它有较强的使人分泌褪黑色素抑制剂的能力。褪黑色素的减少会使人兴奋，不入眠。长此下去会影响人的免疫机制。

　　图6给出富蓝LED白光光谱曲线与昼夜节律灵明度曲线。图中人的明视觉灵敏度曲线主要是在光谱的绿色和黄色部分，用细实线描绘;与人体昼夜节律相关的人体退黑色素抑制剂的分泌随光谱的影响用虚线表示，它的460nm最敏感波长与氮化镓基的LED的蓝光波长基本吻合;一个典型的5500K富蓝 LED白光发射的光的颜色是用粗线描绘，该光源发出光的最大光谱能量在460nm区域，正好与昼夜节律曲线波形相吻合，将影响人体正常的日出而作、日落而息的司辰节律，因此必需限制500nm以下的蓝光能量，从而减少对人的司辰节律的影响，如图6中的阴影部分所示。

　　图6 富蓝LED白光光谱曲线与昼夜节律灵明度曲线相混合

　　使用富蓝LED灯具可以使感到困倦的人感到兴奋，蓝光会分泌褪黑色素(melatonin)抑制剂，使人感到兴奋。IDA(国际黑天空协会)关于蓝光对人和动物的危害的一篇研究文章中说，蓝光会改变依靠白天和黑夜的自然循环(例如：昼夜节律)，从而破坏生物过程影响生物钟。IDA不鼓励有3000K以上相关色温的蓝白光光源的使用。应要求光源的开发者细化他们的产品，以限制波长小于500nm的蓝色光。

　　使用富蓝LED灯具还可能使室外照明的蓝光产生的光污染。IDA(国际黑天空协会)关于蓝光对人和动物的危害的一篇研究文章中说：室外照明大规模使用蓝白光危害晚上的可见度，危害着夜间环境。大量的蓝白光产生明显的影响环境的光污染。已知的是蓝白光增加眩光且危及人的视觉，尤其是使眼睛老化。

　　七、应对LED蓝光危害与司辰节律影响的应对策略

　　1、新出台的技术要求中已明确提出相关要求

　　国家发展改革委2012年11月发布的《半导体照明应用节能评价技术要求》对LED筒灯光生物安全明确提出了应满足GB/T 20145-2006《灯和灯系统的光生物安全性》的要求。规定LED筒灯色温不应超过4000K。还规定一般显色指数Ra不应低于80，R9应大于0。

　　2、高色温的LED台灯不宜使用

　　高色温的LED灯具会影响人体正常的司晨节律，所以夜晚使用高色温LED台灯是不适宜的，尤其是处于生长发育关键时期的中小学生。因为中小学生的眼睛尚未发育完成，视觉通道的通透性比成人好许多，更易遭受视觉危害，加上视网膜黄斑区的任何疾病退化后都不可再生，而且台灯照度通常在500lx或更高，且使用时间较长，因此人们尤其是青少年不宜使用高色温的LED台灯。

　　3、室内照明灯具

　　室内照明LED灯具，建议色温不要太高，如有可能最好使用3000K或以下色温的LED灯具。

　　4、道路灯具的色温也不要太高

　　建议使用4100K以下的LED道路灯具。

　　5、已经制成灯具的改进措施计划

　　可以考虑在灯具中增加非透明的透光罩或在灯具中加入偏黄色的过滤片，以吸收蓝光，但这种做法的代价会减低光输出的效率，后者作法并不提倡。

　　6、应树立正确的LED照明的节能理念

　　不能一味或者片面追求光效或效能，开展光效或效能竞赛。节能应以安全性、舒适性、可靠性为前提，更重要的是需要保护眼睛和身体健康。

　　参考文献

　　[1] 照明科学中的新进展----眼睛的非成象视觉通道，章海骢，PPT

　　[2] 晚上的白色光，章海骢，PPT

　　[3] LED产品必须符合光生物安全标准，刘磊 程敏

　　[4] 白光LED色度学性能指标分析，何欣 曹冠英 王善鑫 李振清 邹念育，《中国照明工程年鉴》2011

　　[5] LED光辐射安全及标准的进展，虞建栋 王建平，《中国照明工程年鉴》2011

　　[6] GB/T 20145-2006《灯和灯系统的光生物安全性》

　　[7] Blue Light Threatens Animals and People, International Dark-Sky Association