LED光生物安全性及其生物功能運(yùn)用分析

計(jì)曉鵬　丁費(fèi)昊　楊嬌馥

摘? 要：LED是基于傳統(tǒng)光源而開發(fā)的一種新型光源，其具有光效高、節(jié)能效果優(yōu)良、單色性及高可靠性等諸多優(yōu)勢(shì)，在各個(gè)行業(yè)中均有較廣泛的應(yīng)用。LED不僅在照明領(lǐng)域中體現(xiàn)出良好的效能，在優(yōu)化人類生活質(zhì)量方面也體現(xiàn)出較高的價(jià)值。在這樣的情景下，與LED安全性能相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也被制定與實(shí)施。IEC62471標(biāo)準(zhǔn)提出后，提示無安全標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)期已終止。該文主要分析LED光生物安全性標(biāo)準(zhǔn)，并闡述LED的特殊應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：LED? 光生物安全性? 藍(lán)光照射? 運(yùn)用分析

中圖分類號(hào)：TM923 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）04（c）-0048-02

最近幾年，LED技術(shù)獲得更大的發(fā)展空間，憑借使用年限長、體積微小、亮度高等優(yōu)勢(shì)，被應(yīng)用在很多場合中，并對(duì)外顯現(xiàn)出快速發(fā)展的趨向。伴隨LED光效持續(xù)提升，亮度也相應(yīng)增強(qiáng)，功率由過往的瓦級(jí)逐漸發(fā)展至數(shù)十瓦級(jí)，現(xiàn)代群體使用LED產(chǎn)品過程中，予以其光生物安全性較高關(guān)注度[1]。深度研究LED產(chǎn)品的光生物安全性，在此基礎(chǔ)上理性使用，在符合相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)要求的基礎(chǔ)上，拓展新的應(yīng)用范疇，持續(xù)改善人們的生活質(zhì)量。

1? LED光簡介

LED光源實(shí)質(zhì)上以發(fā)光二極管（LED）為發(fā)光體的光源類型。LED始源于20世紀(jì)60年代，在后續(xù)的數(shù)十年發(fā)展歷程中，其用途以作為收錄機(jī)等電子設(shè)備的指示燈為主。LED和傳統(tǒng)白熾燈相比較，不管是在結(jié)構(gòu)與發(fā)光原理上均存在本質(zhì)性差異，LED是由多層微薄的、混雜半導(dǎo)體材料制作而成，一層帶有過量電子，另一層因缺少電子而產(chǎn)生帶正電的“空穴”，在有電流流經(jīng)時(shí)，電子與空穴相互整合并對(duì)外釋放能量，射出光芒。LED的特征主要集中在如下幾點(diǎn)：（1）發(fā)光效率高;（2）電能耗損量少;（3）使用年限相對(duì)較長;（4）安全性、可靠性較強(qiáng);（5）有益于環(huán)保。

2? 光生物安全標(biāo)準(zhǔn)化的形成與意義分析

照明能為現(xiàn)代群體生活生產(chǎn)帶來光明，營造安全的作業(yè)環(huán)境與生活空間，但其形成的輻射還會(huì)對(duì)機(jī)體造成不同程度的損傷。損傷主要集中在眼睛與皮膚上。結(jié)合過往LED的使用實(shí)況，發(fā)現(xiàn)其亮度偏低，故而推廣應(yīng)用受限，LED光對(duì)人體眼睛形成的直接危害基本上可以忽略不計(jì)。但最近幾年，LED亮度有所提升，人們予以LED光輻射安全性較高關(guān)注，特別是LED藍(lán)光對(duì)人眼視網(wǎng)膜造成的光化學(xué)損傷。因?yàn)長ED光譜有特殊性，不僅要分析LED作為光源的問題，還需判斷其是否符合激光安全的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，只有綜合分析如上問題后，方能保證使用者的安全性，這也是當(dāng)下擬定LED光安全標(biāo)準(zhǔn)的宗旨。現(xiàn)階段，LED已被整體整合至IEC62471標(biāo)準(zhǔn)中，歐盟已把LED產(chǎn)品的光輻射安全列入至CE強(qiáng)制性認(rèn)證范疇中[2]。

國際照明委員會(huì)（CIE）把LED列入至燈具范疇中，將其定義為一般具備廣闊發(fā)散光束的拓展性光源。目前CIE技術(shù)委員會(huì)TC6-55正在探索采用差異化方法測評(píng)LED的光生物安全性。針對(duì)LED對(duì)皮膚、人眼、視網(wǎng)膜無晶狀體及視網(wǎng)膜藍(lán)光等造成光化學(xué)損害的曝輻射值均做出明確設(shè)定。CIE S009/E：2002標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)建議生產(chǎn)商采用豁免、低度與中度危險(xiǎn)集中類別界定LED產(chǎn)品。

LED光生物安全性的評(píng)估和常規(guī)照明產(chǎn)品性能檢測存在較大差異。在實(shí)施IEC62471標(biāo)準(zhǔn)過程中，單純測量產(chǎn)品的輻射量是不夠的，應(yīng)明確差異性條件下的光生物輻射安全要求、準(zhǔn)確測量產(chǎn)品的有效曝輻射值及合理判斷安全級(jí)別。標(biāo)準(zhǔn)在測評(píng)LED產(chǎn)品的光輻射安全過程中，發(fā)現(xiàn)其波長范圍為200～1500nm（范圍可以拓展至3000nm）、波長精度為0.2nm、瞬態(tài)響應(yīng)為2μs。依照國際標(biāo)準(zhǔn)要求，需將光輻射產(chǎn)品形成的危害程度細(xì)化為4個(gè)安全等級(jí)，即無、低、中等及高度危害[3]。其中，兒童玩具、照明等LED產(chǎn)品應(yīng)符合無危害等級(jí)。

3? 藍(lán)光LED對(duì)生物司辰視覺系統(tǒng)的特殊作用

自從人類發(fā)明了光源以后，他們就能依照主觀意愿去配置自己的作息時(shí)間，照明為我國的生產(chǎn)生活帶來了光亮，擺脫了黑暗的限制與困擾。現(xiàn)如今，人們對(duì)光提出的要求不單純地局限在亮度層面上，更多的是關(guān)注光對(duì)機(jī)體健康與生活質(zhì)量形成的影響。正因如此，業(yè)內(nèi)很多學(xué)者拓展了對(duì)光生物功能的研究深度，該文主要以藍(lán)光的生物功能為分析對(duì)象，探究其在優(yōu)化人們?nèi)粘Ｉ钯|(zhì)量方面體現(xiàn)的價(jià)值。

過往，在分析光對(duì)人形成的作用下，關(guān)注點(diǎn)基本集中在視網(wǎng)膜上錐狀與柱狀感光細(xì)胞上，分別在明、暗視覺時(shí)發(fā)揮自身作用。針對(duì)波長為555nm的光，錐狀細(xì)胞敏感性最高;而柱狀細(xì)胞靈敏度的最大值出現(xiàn)在波長507nm時(shí)。以上就是我們常規(guī)所認(rèn)識(shí)的光帶來的視覺系統(tǒng)功效。該文別出心裁，介紹的生物功能為一種新的感光細(xì)胞，David Berson率先發(fā)現(xiàn)，將其稱之為司辰視覺系統(tǒng)，其屬于一種非映像的視覺效應(yīng)，但能實(shí)現(xiàn)對(duì)人體生物節(jié)律與強(qiáng)度的有效控制，其形成敏感度的最大值出現(xiàn)在波長是460nm藍(lán)光周邊，并且能直接作用在下丘腦的松果體，對(duì)機(jī)體的生物功能形成直接影響[4]。

現(xiàn)如今，迫于生活壓力，在國內(nèi)很多一、二線城市中，越來越多的人工作實(shí)踐無規(guī)律可循，“三班倒”職員的數(shù)目有逐年上升的趨勢(shì)，既往有研究表明，長期性或間斷性的日夜顛倒模式，會(huì)使機(jī)體產(chǎn)生明顯的不適感，干擾正常的生理周期，增加神經(jīng)衰弱等疾病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，在這樣的狀態(tài)下，工作效率也不會(huì)提升。而若能采用藍(lán)光照明，其能對(duì)視網(wǎng)膜上的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞形成明顯刺激，誘導(dǎo)機(jī)體內(nèi)皮質(zhì)醇濃度上升過程，干擾褪黑色素的分泌，進(jìn)而能夠較明顯地改善最初的不適應(yīng)狀態(tài)。為獲得對(duì)等的生物作用效果，采用其他顏色的燈光，就需要有更高的照度去支配。在21世紀(jì)初期，Cajochen在研究中發(fā)現(xiàn)[5]，若使用460nm單色光照射2h后，其對(duì)褪黑色素形成的抑制效果比555nm單色光照射后更為顯著，并且還會(huì)提升警覺反應(yīng)，提高體溫，加速心跳，促使皮膚末梢區(qū)皮溫降低。此外，最新研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)[6]，光脈沖照射時(shí)若沒有藍(lán)光輔佐，將會(huì)造成褪黑色素被抑制效果降低，卻可能誘發(fā)生物鐘位置偏移的情況。在諸多光源中，LED的適用范圍更為廣泛，這主要是由于傳統(tǒng)光源不易獲得窄光譜，并且需要規(guī)避過量的熱輻射。

綜合以上分析內(nèi)容可知，LED光生物功能在使用過程中能形成重要效應(yīng)。故而，應(yīng)結(jié)合其安全性后，采用適宜的、科學(xué)的使用方法具有很大現(xiàn)實(shí)意義。

4? 結(jié)語

LED和其他光源之間存在本質(zhì)上的差異，其是一種創(chuàng)新的、具有極高開發(fā)潛能的光源類型，LED光生物安全性成為LED產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用階段需賦予重大關(guān)注的問題。機(jī)遇和挑戰(zhàn)共存，合理、正確地評(píng)估LED光生物功能，對(duì)其生物效應(yīng)的提升發(fā)揮了明顯的促進(jìn)、輔助作用，所以說該項(xiàng)工作應(yīng)持續(xù)推進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：計(jì)曉鵬（1985，10—），男，漢族，浙江嘉興人，本科，工程師，研究方向：電器檢測、燈具光性能檢測，智能家居產(chǎn)品的電磁兼容方面的研究。