近紅外護眼技術(shù)顯示領(lǐng)域應(yīng)用探討

朱杉婷，郭黎明，吳 哲，張廣譜

（深圳創(chuàng)維-RGB 電子有限公司，廣東 深圳 518000）

1 背景及顯示領(lǐng)域護眼模式

隨著科技的進步和電子產(chǎn)品的普及，人類眼睛面臨的健康威脅越來越大。國家衛(wèi)生健康委員會發(fā)布的調(diào)查結(jié)果顯示，2022 年全國兒童青少年總體近視率為53.6%，其中6 歲兒童為14.5%，小學(xué)生為36%，初中生為71.6%，高中生為81%；我國有近7 億近視人口，位居世界第一。不僅青少年，老年人眼健康面臨的威脅同樣嚴重。老年黃斑病變（Age-related Macular Degeneration，AMD）是一種慢性、不可逆的眼病，多發(fā)于50 歲以上的人群。黃斑病變會導(dǎo)致眼細胞受損死亡進而導(dǎo)致視力喪失。據(jù)相關(guān)估計，預(yù)計2025 年我國AMD 患者人數(shù)將達4 000 萬左右。

眾所周知，藍光尤其是短波藍光會對眼睛造成一定的傷害。藍光對眼睛的傷害主要表現(xiàn)在三個方面：一是藍光可能導(dǎo)致黃斑病變、晶狀體混濁進而引起白內(nèi)障；二是藍光對視網(wǎng)膜的刺激可能引起近視；三是藍光易導(dǎo)致視疲勞。電子顯示設(shè)備的背光源均存在藍光。為了減少藍光對眼睛的傷害，各電子產(chǎn)品生產(chǎn)商相繼推出護眼模式。目前，市面上的護眼主要分為硬件和軟件兩種。硬件低藍光又有兩種形式，一種是使用護眼芯片，減少短波藍光的含量；另一種是使用護眼膜吸收藍光，降低藍光的能量。

一般顯示設(shè)備的光源為發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）。常規(guī)LED 芯片藍光主波長小于等于450 nm。為了減少短波藍光的傷害，護眼芯片將藍光主波長右移，使其大于等于460 nm。通過對主波長的調(diào)整，減少了短波藍光的傷害，實現(xiàn)護眼。使用護眼芯片的顯示設(shè)備均可通過德國萊茵護眼認證。

護眼膜有紅色和綠色兩種。電視市場一般使用綠色護眼膜，作為功能膜用在背光里面。手機市場一般使用紅色護眼膜，作為保護膜貼在屏幕外面。顯示設(shè)備發(fā)出的藍光經(jīng)過護眼膜后，被吸收一大部分，透過的光是護眼膜定向選擇色光的結(jié)果。由于護眼膜的色光選擇作用，貼了護眼膜的顯示設(shè)備均存在一定的偏色。因偏色的存在，護眼膜的使用并不廣泛。

圖1 為兩種不同硬件護眼模式的頻譜差異，圖1（a）為芯片主波長長移的頻譜對比，圖1（b）為使用護眼膜與否的頻譜對比。其中，頻譜1 為使用護眼芯片頻譜，頻譜2 為不使用芯片頻譜，頻譜3為不使用護眼膜和護眼芯片的頻譜，頻譜4 為使用護眼膜的頻譜。

圖1 兩種硬件護眼模式的頻譜對比

軟件低藍光的效果與護眼膜類似，畫面也存在一定偏色，但護眼膜的偏色是全通道的，而軟件低藍光偏色只會表現(xiàn)在特定的通道（護眼通道）。軟件低藍光主要通過對白平衡的調(diào)整來實現(xiàn)。三原色R、G、B 可以組成任何顏色，軟件防藍光主要通過減少B-GAIN 分量，微調(diào)R-GIAN 和G-GAIN 分量來實現(xiàn)。根據(jù)顏色的合成理論，B 分量減少的同時R、G 分量基本不變，畫面會出現(xiàn)偏黃，導(dǎo)致軟件低藍光在護眼通道存在偏色。

2 近紅外光生物調(diào)制的進展

國內(nèi)外有針對紅光及近紅外光開展的一系列光生物調(diào)制對比實驗并取得一定成果。

美國研究者發(fā)現(xiàn)近紅外光（Near Infrared，NIR）治療可減輕猴子激光急性視網(wǎng)膜損傷眼部損傷。猴子眼損傷模型表明，近紅外光治療可以增強光感受器的活力并修復(fù)皮層[1]。

美國研究者使用甲醇中毒后的小白鼠進行實驗，發(fā)現(xiàn)LED 治療顯著減弱了甲醇衍生甲酸酯在中毒期間對視網(wǎng)膜毒性作用，同時大大改善了中毒后視網(wǎng)膜功能的恢復(fù)，LED 治療保護視網(wǎng)膜免受由甲醇衍生的甲酸鹽誘導(dǎo)的組織病理學(xué)變化[2-3]。

加拿大研究者用24 個50 歲以上的受試者說明光生物調(diào)制（Photo-Bio-Modulation，PBM）的積極作用，干性AMD 在PBM 后玻璃疣體積和平均中央玻璃疣厚度有減少。PBM 極低的能量水平使組織無損傷，為AMD 治療提供了一個可能的方向[4]。

寧波眼科醫(yī)院和武漢昆明視光眼科診所發(fā)現(xiàn)低能量（激光能量I 級）紅色光可以在6 個月、1 年、2 年控制近視性眼軸的延長，且效果比框架眼鏡和角膜塑形鏡都好。盡管隨著治療時間的延長，控制近視性眼軸延長的能力下降，但它依然有望成為未來和迄今為止比肩1%阿托品眼藥、強效且有研究價值的控制近視性眼軸延長的醫(yī)療手段之一[5]。劉莉靜、顏華在國際眼科雜質(zhì)臨床報告上發(fā)現(xiàn)紅光閃爍治療儀聯(lián)合紅色視力表遠距離視功能訓(xùn)練治療兒童近視性弱視可有效降低年平均屈光度變化值，矯正最佳視力，降低弱視復(fù)發(fā)率。而紅色視力表遠距離訓(xùn)練能有效緩解睫狀肌因調(diào)節(jié)痙攣所致的視疲勞癥狀，有效改善患兒近視[6]。李少敏在論文中提到，臨床研究顯示，長波紅光刺激可以延緩眼軸的生長，使脈絡(luò)膜增厚，從而延緩近視的發(fā)生或逆轉(zhuǎn)近視的長眼軸[7]。

3 近紅外護眼技術(shù)顯示領(lǐng)域應(yīng)用探討

結(jié)合文獻相關(guān)論述可知，紅光及近紅外光對視網(wǎng)膜的健康確實有積極促進作用。另外，人眼的縱向色差（Longitudinal Chromatic Aberration，LCA）會引起不同波長的光聚焦在不同的位置，多色光LCA離焦信號比單色光離焦信號可更加有效地調(diào)節(jié)眼球增長的速度。

圖2 為液晶面板的歸一化穿透頻譜。觀察圖2可發(fā)現(xiàn)顯示產(chǎn)品頻譜并不連續(xù)，藍光占比較大且存在長波缺失。若補充可見光段長波紅光，又會導(dǎo)致畫面偏色，影響畫質(zhì)。因此，選擇近紅外光作為顯示產(chǎn)品紅光的補充色光，近紅外光既可以補充缺失的長波增加LCA 離焦信號，又可以在促進視網(wǎng)膜健康的同時不犧牲畫質(zhì)?？紤]到不同波長的穿透性，可選擇780 nm 作為補充色光的峰值波長。

圖2 液晶面板穿透頻譜

藍光可以激發(fā)量子點材料產(chǎn)生不同波長的色光來滿足不同的需求，而不同的量子點材料需要調(diào)整和關(guān)注的點并不相同。例如，Cd 系材料CdSe，主要通過對量子點材料直徑的選擇來實現(xiàn)不同的波長，而非Cd 系鈣鈦礦，則主要通過控制晶體的結(jié)構(gòu)和鹵素的比例來實現(xiàn)不同的發(fā)光波長。另外，兩者的激發(fā)效率也存在差異，如圖3 所示為鈣鈦礦量子點的激發(fā)發(fā)射譜，在460 nm 附近，鈣鈦礦量子點的激發(fā)效率基本與短波保持一致，未出現(xiàn)隨著波長增加而降低的情況。Cd 系材料CdSe 量子點的效率在460 nm 附近隨著波長的增加而降低，所以針對長波藍光，鈣鈦礦量子點相對光效更高。Cd 系材料因含重金屬并不環(huán)保，而鈣鈦礦屬于可持續(xù)的環(huán)境友好材料，環(huán)保性好，利于可持續(xù)發(fā)展?；阝}鈦礦材料的這些優(yōu)點，選取鈣鈦礦材料作為激發(fā)近紅外的量子點。

圖3 鈣鈦礦激發(fā)譜和發(fā)射譜

針對采用近紅外護眼技術(shù)且需要實現(xiàn)全色域的顯示設(shè)備，使用長波藍光激發(fā)對應(yīng)鈣鈦礦紅綠量子點，需要注意的是實現(xiàn)近紅外護眼技術(shù)的鈣鈦礦紅色量子點存在兩種結(jié)構(gòu)和鹵素比例，其中一種紅色鈣鈦礦量子點的結(jié)構(gòu)和鹵素比例對應(yīng)峰值波長640 nm 可見紅光（根據(jù)不同面板穿透頻譜，可見光的峰值波長可進行對應(yīng)調(diào)整），另一種紅色鈣鈦礦量子點的結(jié)構(gòu)和鹵素比例對應(yīng)峰值波長780 nm 近紅外光。對于采用近紅外護眼技術(shù)且需要實現(xiàn)廣色域或普通色域的顯示設(shè)備，只需要把激發(fā)780 nm 對應(yīng)的紅色鈣鈦礦量子點加入廣色域或普通色域背光的功能膜（此處功能膜代指背光中的擴散片、棱鏡片或其他類型膜）中即可。

鈣鈦礦量子點由于強離子性、高表面能及表面配體易遷移等特性而對環(huán)境高度敏感，又由于紅色鈣鈦礦量子點帶隙較綠光鈣鈦礦量子點更小，其穩(wěn)定性不如綠色鈣鈦礦量子點。目前，鈣鈦礦量子點近紅外護眼技術(shù)有兩個需要持續(xù)優(yōu)化的問題，一是提高紅色鈣鈦礦量子點的穩(wěn)定性，二是提高紅色量子點的量子點轉(zhuǎn)光效率，使其盡快突破60%。

4 結(jié) 語

相較于目前市面上的護眼技術(shù)，近紅外護眼技術(shù)除了可減少短波藍光對眼睛的傷害，還可以作為細胞色素C 氧化酶關(guān)鍵光受體，改善線粒體內(nèi)的能量代謝，從而對眼睛產(chǎn)生一系列健康促進作用，相較于目前護眼技術(shù)，在技術(shù)和功能上都有了一定的躍遷。盡管鈣鈦礦量子點近紅外護眼技術(shù)還面臨一定的問題，但其仍不失為顯示領(lǐng)域護眼的下一個新方向。