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光生物安全战略研究为LED产业发展保驾护航

上传人:ledth/整理

上传时间: 2011-06-28

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  随着光生物学研究的快速发展,近几年LED的光生物安全日益引起国际社会的关注。从2002年开始,有关人类第三种非视觉光接收器(细胞)、光辐射对生理节律及内分泌系统的影响等基础研究的进展,为人们发现和研究人工光源在应用过程中出现的潜在危害提供了有效分析工具和证据。Melanopsin是一种视网膜神经节细胞表达的感光视蛋白,是哺乳动物继视锥和视杆细胞之外的第三种光感受性细胞,其功能是参与非视觉成像系统, 参与调控生物节律、瞳孔对光反射的活动。现有研究表明,Melanopsin是感受周围环境光辐射照度的,这种感光蛋白比较与于三种感光色素来说对440-480 纳米谱段更敏感,这种光刺激对机体的生物节律调节机制是非常重要的。非哺乳脊椎动物存在多种能感受光节律性变化的组织,如松果体及其周围组织、皮肤黑色素细胞等。哺乳动物仅有melanopsin/pRGC系统能够感受光节律变化。有实验结果发现melanopsin对瞳孔对光反射的调节作用较视锥细胞的调节作用大3倍。上述研究表明人类生物节律的调节有可能受到LED光辐射极大的影响,不规范的LED照明可能在人群中广泛产生失眠,眩晕,头痛,情感障碍等广泛的神经系统功能异常。

  目前市场上大多是高色温、高亮度的LED产品。随着芯片功率的提升,光子晶体等新技术的应用,芯片射出光的辐射亮度大幅度提高,通过增大驱动电流、多芯片集成,增大二次光学设计,如采用透镜汇聚等,使得LED光束越来越窄,视网膜受到的损伤越来越大。与此同时,紫外及短波蓝光LED被广泛应用,波长在440nm左右的蓝光辐射对人眼视网膜产生的光化学危害明显提高,尤其是婴儿和儿童,眼睛对短波长光的过滤能力不如成年人。近50年来我国青少年近视发生率的显著上升也与光源的不合理光谱组合和亮度配置有重要的相关性。老年人的视网膜黄斑区功能性退化与蓝光辐射的伤害也有直接关系。

  值得注意的是,政府近年来逐年加大对LED照明产业的投入,各地LED企业正在建造一系列新型照明LED芯片生产线。在如火如荼的新型照明产业发展背后,LED光源隐含的的生物安全技术风险问题却常被人们忽视。首先,LED光源自身的特点使其强度过大,易造成人眼损伤。LED照明光谱是较窄,所以具有低能耗,高亮度的优点。但相对自然光的全光谱性,缺乏了全光谱带来的对眼睛的护目特性,过高的亮度,使其缺乏自然光的柔和性,对眼睛有较大的刺激性。其次,窄谱光显色性差,易导致色弱。窄谱光显色性差,不能还原真实颜色,虽然短时间内光线本身未使视觉感受发生变化,但实际上是对人眼的“欺骗”。LED的光谱不连续,波长单一,而且短波长的光谱能量很高,长期在一种波段的强光照射下,必然会降低对其他颜色的分辨能力,导致色弱的可能性会很高。最后,长时间使用易造成视觉疲劳。当下的各种灯具在光源方面提出了各种改良方案,却未考虑到近视物体,且长时间暴露于非自然光下的人眼疲劳。这与视网膜微循环短期障碍,血供障碍造成的眼睛干涩疲劳有密切关系。由于LED属于窄光谱光,与自然光的连续光谱有很大区别,LED光谱更窄,看起来较刺眼。LED的光谱不连续,波长单一, 而且短波长的光谱能量很高,长期在一种波段的强光照射下,必然会降低对其他颜色的分辨能力,导致色弱的发生率升高。

  LED 是定向式、窄光束的光源。发光特性不同于传统光源,并且经多颗LED 组成后的照明产品其发光特性又不同于单颗LED。如何准确的评价LED 照明产品的光特性是个新课题也是重要而关键的技术,至今还未有准确性的评估方法和结论。眩光是现代照明质量评价的重要指标,常用的眩光评价方法有美国的视觉舒适几率(VCP)、英国的眩光指数(GI)、德国的眩光限制系统(亮度限制曲线)、北欧的眩光指数方法和近几年来国际照明委员会(CIE)的统一眩光指数(UGR)。迄今为止,眩光评价应用最广的是CIE 的统一眩光指数。鉴于目前光生物安全评估指标的含糊性,LED 照明产品会产生的不舒适眩光迫切需要准确测量和评价。

  LED光生物安全的评估需要高精度的LED成像亮度计,目前中国远方具备了成像亮度计的自主开发制造能力,产品指标可以与美国Radiant、德国Opteema 相媲美。在LED光生物安全的评估的另一项重要基础设备LED分布光度计技术方面,我国远方公司也具备了与德国LMT、美国Lingting Science 等高精度分布光度计抗衡的研发制造能力。LED 照明产品有时其颜色看似很高,但测出的显色性却不高,经常会造成视觉与测试结果的相反情况,这主要是因为目前评价LED 照明显色性的体系依然是60 年代设计的评价传统照明的体系,而传统照明与LED 照明有着截然不同的特性。关于显色性测试及评价方面,日本色彩研究所指出,由于照明光种类将造成观看对象的差异,在反射率不变的情况下,人眼对于R、G、B 形成3 色不同波长的感测反应,会随着光源及分光分布变化而产生认知差异。日本照明相关国际规格委员会工作小组已达成决议要在两年内,针对新光源显色性评鉴方法提出新案。如何准确反应人眼判读的实验已经成为国际关注的焦点,对该问题的系统化研究将是光生物安全研究的重要热点,我国将在LED光生物安全标准测量及制订的初始阶段牢牢把握该重要领域的话语权。

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