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谢志国:《LED健康照明技术趋势及LED器件方案》

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2020-02-14 作者:胡翔 来源:阿拉丁照明网 浏览量: 网友评论: 0
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摘要: 2019广州国际照明展览会——“2019健康照明峰会”:国星光电谢志国博士《LED健康照明技术趋势及LED器件方案》演讲概要。

2019广州国际照明展览会主办方广州光亚法兰克福展览有限公司,承办方南网能源光亚照明研究院,特邀各界资深专家于6月10日举办 “光健康跨界创新专家研讨会”,6月11日举办 “健康照明峰会”。会议旨在通过集聚不同领域科学家、专家的知识智慧,形成集体智慧,指导光健康产业创新发展,创建有中国特色的光健康产业体系,融入大健康和“健康中国”发展战略。


国星光电谢志国博士的报告主题是《LED健康照明技术趋势及LED器件方案》

以下为谢志国博士的演讲概要:

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光和近视和人体的相互作用其实还有很多未解机理的研究,光和人的相互作用是特别复杂的系统,特别是关乎人的层面,涉及到生物机理,也涉及到伦理方面的东西,确实非常复杂。关于光和健康的作用,我们研究机构、企业一起来共同推动这件事情,共同把光和健康往前推动。这次大家在光展会上可以看到,各大企业,特别是有些上游的企业都展示相应健康的光谱,全光谱也好,健康的光源也好,是今年光亚展的热门主题之一,因此看到大家不管整个产业也好,还是医学的研究机构也好,大家都在关注这一点,健康的照明可能会发展得越来越快。


一、LED健康照明技术发展


光和人相互作用的层面上,主要分为视觉和非视觉,在视觉的层面,大家可以看人眼所能看到的视觉认知、视觉健康,对我们感知即光所分解出来不同光波的波长带来对颜色的认知,这是视觉认知方面,与健康层面又有哪几个方向?光直接落在视网膜上,对视网膜的影响,二是近视和光到底有没有关系,还有视觉疲劳。从视网膜损伤的层面来讲,很多眼睛有疾病已经公开报道,白内障和黄斑病变。非视觉这一块,这也是最新出来的一些研究成果,除了光可以看到认知层面的影响,其实和人的生物节律、情绪都有很大的影响,因此涉及到生物节律以及自主情绪方面的管控。


这是一个简单的光和人眼的过程,其实眼球对光也是有选择,只有在像紫光部分,其实被我们眼球组织所吸收,因此达不到视网膜,可见光部分才能达到视网膜。所有的可见光部分从紫光一直到红光,类似于有点近这部分可以通过眼球组织达到视网膜。有很多方面带来视觉疲劳,从光的角度解释,因为视网膜,在可见光部分,因为蓝光的波长比较短,因此在聚焦的时候,从光学的角度,通过成像在视网膜上,聚焦在人眼的前端,人为了看清楚,会挤压晶状体,改变焦距,使点落到视网膜上,压缩的过程中,很容易会产生视觉疲劳。


第二是讲短波长的蓝光,可见光部分进入到视网膜,不同光不一样,因为被眼球吸收,剩下从紫光一直到红光,因为蓝光波长比较短,因此能量比较大、比较强,高能的光子会自发自由基,使视网膜的上皮组织因为营养供应的问题,逐渐缺乏营养的供应,带来视网膜细胞的变化,因此带来黄斑病变,这是由慢性引起的作用。正是由于蓝光会视觉疲劳,以及会产生一个对视网膜有一些这样的影响,因此现在整个做蓝光危害的评价,这有国际标准EN62471,该标准用来界定灯具、蓝光的含量,超标了,没有拿到这个认证,在有些场合不能使用。


我们蓝光并不都是有害的光,真正有害的是短波长的蓝光,而且短波长的蓝光不一定对人眼产生危害,与照射强度和时间有关,只有照射的强度和时间达到一定的阈值,因此蓝光危害的阈值定的是10的六次方,一定是强度和照射时间相互的情况。大家从右边的图上可以看到,这是蓝光危害相应的曲线,大家看到都是视觉响应函数,但是这是一个蓝海危害的函数,在蓝光部分是415-460,它的系数是最高,基本上80%以上,因此这一部分的光对蓝光的影响非常强。可以看到左边的图,对蓝光的总量有一个危害报告,有等级的划分,RG0到RG3根据辐射强度,当辐射强度小于100的时候,如果要达到10的六次方,我们作用曝光时间要达到1万秒,这种情况是什么?等级是这样,不会对我们太大影响,为什人在看一个东西,不会谁盯着一个物体一直盯一万秒这么长的时间,因此这种可能不存在,光源是安全的。随阳光辐射强度增加,它的等级会慢慢增加,像我们国家的台灯,因为是用在学生看书阅读,一定要达到RG0的等级。


另外一个是非视觉效应,因为有上面的教授发现了生物学与光的作用,因此获得了诺贝尔医学奖。从眼球组织,看到视觉认知的部分通过视网膜来达到,其实眼球下部分还有非视觉的作用、通路,感受一个光来通过信号达到生物决定,在我们非视觉的系统里面,产生一个ipRGC神经网络,信号慢慢到达生活体,生活体会分泌褪黑素,褪黑素进入到我们血液里面,会影响我们工作的状态,晚上休息的时候,褪黑素的分泌最旺盛,促进大家的睡眠,工作的时候,他们的精神为了饱满、清醒,因此身体里面的褪黑色素含量最低。大家可以看到人体的褪黑素产生其实和人有关系,因为老年人机理的衰减,老年人褪黑色素的分泌会含量慢慢进行衰减,因此很多老年人年龄大,睡眠质量不好,因为体内褪黑素的分泌量没有年轻人或者小孩那么多,现在有些保健的产品直接让大家服用褪黑色素,因为这是影响我们身体非常重要的东西。


大家看到褪黑色素的产生也与光有关系,这是一个文章的报告做的一个实验,在褪黑色素50%的时候,不同光源需要的辐照度是多少,可以看到蓝光需要的辐照程度最低,也就是说,蓝光在30Lux的时候,曝光一定程度的时候,抑制50%,也就是说,褪黑色素的分泌和蓝光的作用最敏感。

正是基于刚才说到视觉与非视觉的作用,这次国星光电推出了自然光系列即类太阳光全光谱。另外为了对健康,尽可能减少短波长的蓝光。第一是对类太阳光,把大家所感受的,80%是在人造光源情况下,我们把自然光引入到大家工作里面,使大家在室内感受到自然光。EC系列主要是减少短波长蓝光,对阅读、长时间作业的情况下,减少大家的蓝光含量。


二、国星健康照明器件及其特点

这是第一个,自然光系列,背景图是太阳光是在4000K时候的光谱,相对蓝色的部分是我们DL系列的光谱。可以看到我们光谱和太阳光谱已经在可见光部分比较吻合,同时这个地方在显色性上,因为光谱的延续性,因此在显色性也很好,显指是95,还有R9也可以做到90。自然光怎么样实现?现在右边的图可以看到常规的LED显指80也好,显指70也好,从蓝光芯片去激发Y即黄绿粉和红粉来产生白光,从光谱上可以看到,其实在紫色以及青色部分即470-490部分,还有红色部分缺失,属于传统的光源。当我们在用DL系列,用紫光激发RGB这三种荧光粉,把我们缺失的部分、紫光部分以及红色的部分补起来,因此产生一些连续,和太阳光接近于自然光。


这部分刚才提到蓝光部分,因为在415-460,在蓝光另外471报告上面,这个地方对蓝光危害的贡献比较大,因此在2的地方有办法用科技补起来。这是光源在一些显示性的表示,从R1到R15,各项指标可以做到大约90。另外一个新的标准,大家可能在一些TM30评价,它也有很高的RF、RG,RF可以做到97,RG可以做到102。同时因为现在对太阳光谱的表针没有一个标准的方法,所以把我们的光源和太阳光谱进行一个拟合,近似程度可以做到92.5%。因为我们刚才说到传统的产品是用蓝光激发,这是用紫光激发,大家知道有机的物质在紫光的作用下,退化的更加快,因此我们解决应用的问题,对紫光激发的产品也采用特殊的材料和设计,来达到在热态的维持率以及在可靠性方面解决紫光引起衰减的问题。


另外一个是EC系列即降低蓝光的含量,因为在一些中国的研究组织已经报道,在一些蓝光对人眼视觉的疲劳做的生理实验,如果屏蔽15%的蓝光相对于不屏蔽蓝光的视觉疲劳低了近21%,基于这样,怎么样尽量地减少视觉疲劳,刚才周教授也说了,视觉疲劳和大家的近视有很高的关联度,因此怎么样去解决视觉的疲劳。这是推出的EC系列,传统的光源是蓝色的部分,现在推出的部分把激发的蓝光的光源向长波段移动,用更长的波朝着蓝光去激发形成白光,这样蓝光的含量就会下降。


这就是可以看到传统视线给的光谱,激发的蓝光基本上在450-460去激发,而现在EC系列是采用更长波段的460以上的波段去激发形成白光,这样在415-460的含量下来,降低蓝光危害评价的指标。同时,可以看到在长波段的蓝光刚才提到对生物学非视觉的效率,460-490这块的含量也会进行丰富。这是采用了一些特殊光谱的调配技术,已经申请专利保护,通过长波段蓝光来激发青色的荧光粉来保持大家需要的460-490生物学这块的需求,黄色和黄色荧光粉来实现。这是我们产品,更详细的其实大家可以到10.2的展馆体验一下,我们专门有一个体验馆来体验一下,包括上面的灯光源都是采用该系列的光源来做,大家如果感兴趣,可以去展位去体验一下。


三、国星健康照明器件的应用


我们器件在不同场合应用进行了推广,因为大家知道80%时间在人造光场景下活动,其实大家不同的场景有工作、休闲、教育、餐饮以及运动,因此不同的场景下,通过一些智能的控制,怎么样给大家营造一个健康的光环境,结合了具体的应用。这是商业超市做的Eyelove系列的推广,对商业照明的商业方案解决推广,同时大家特别关注教育这一块,因此为了我们孩子的健康,更好的健康照明,国星光电在Eyelove系列也会走进校园,包括会捐助一些灯管在校园里面改善学生学习的环境,同时带来更健康的光。另外,包括广东省教育照明这一块也在做一些改造,我们和下游的一些企业参与进去,和他们一起去教室教育的照明改造,提供更好的照明。这是我们产品,也在行业一些期刊上,获得了健康照明部委以及阿拉丁给我们授予的最佳技术奖。


我们LED光源具有小巧、容易控制,现在又给大家带来新的维度,即光谱可以调整,因此这种会给我们的设计上增加一个新的维度,对灯具也带来一个新的方面,我们把健康的概念也融入到灯具里面,使得大家灯具的方向有更多的解读。因此LED照明慢慢从这次展会上可以看到,大家都在做这件事情,正是由于企业、研究机构共同去推进这件事情,照明行业会带来一个新的维度的解读即光的健康,谢谢大家!


“2019健康照明峰会”嘉宾演讲报道:

- 何开均:《健康光环境的机理分析与关键技术》

- 萧弘清:《实现健康照明从学校教室照明作起》

- 梁超:《全光谱照明与人本照明》

- 宋武琦:《LED光源的医学应用及其非视觉途径作用机制研究》

- 陈忠:《智能光色调控高品质LED健康照明》

- 胡能忠:《利用动态照明实现健康照明》

- 谢志国:《LED健康照明技术趋势及LED器件方案》

- 周佳玮:《光和视觉健康的现状与挑战》


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