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　摘要：可見(jiàn)光全光譜LED在照明領(lǐng)域應用研究已成為熱點(diǎn)，健康照明也得到越來(lái)越多消費者的關(guān)注與認知，本文聚焦健康照明的光色質(zhì)量、人的生理節律反應及光生物安全性。在照明產(chǎn)業(yè)集聚及全光譜團體標準出臺地，通過(guò)企業(yè)走訪(fǎng)、樣品收集和應用調研，對數據比較分析及評估結論，并展望全光譜LED在健康照明中的利好前景。

　　關(guān)鍵詞：健康;照明;全光譜;LED;標準;對比

　　中圖分類(lèi)號：TM923.34文獻標識碼：A

　　引言

　　人類(lèi)的照明經(jīng)歷了長(cháng)期和復雜的演變過(guò)程，從最初的火把、油燈、人造光源白熾燈和節能燈，到高效節能半導體固態(tài)LED光源的普及，照明才擁有多姿多彩的“電氣照明時(shí)代”，真正可以用我們完全可控的方式來(lái)實(shí)現照明。照明技術(shù)發(fā)展史就是人類(lèi)文明史的一個(gè)縮影，光作為人體晝夜節律系統主要驅動(dòng)力之一，無(wú)論是自然的太陽(yáng)光還是人造光源，都會(huì )引發(fā)一連串的生理節律反應，光通過(guò)視覺(jué)和非視覺(jué)的作用，不同程度地影響著(zhù)人類(lèi)的健康。人造光的出現改變了自然光晝夜節律，而不舒適光照將造成人的視覺(jué)疲勞、失眠、光輻射危害和生物節律的紊亂等問(wèn)題，也就潛在影響了人類(lèi)的身體健康。我們在關(guān)注光的客觀(guān)視覺(jué)效應的同時(shí)，如照度、亮度及相關(guān)色溫等物理參數，還應考慮人對光照的感受，研究光對人的健康、情緒、舒適性及生理變化的影響即非視覺(jué)生物效應以及光輻射等問(wèn)題。因此，倡導“健康照明”提高照明品質(zhì)及舒適性具有非常重要的現實(shí)意義。

　　1照明與健康光概述

　　太陽(yáng)光乃萬(wàn)物之源，更是人類(lèi)生存的必要條件之一，經(jīng)過(guò)千萬(wàn)年的進(jìn)化，太陽(yáng)光譜已成為人類(lèi)健康必須的光譜，光譜中的紫外、可見(jiàn)光及紅外線(xiàn)等合成光譜，已經(jīng)在人類(lèi)進(jìn)化歷程中留下了深深的遺傳烙印。所謂健康照明，就是通過(guò)照明改善及提高人們工作、學(xué)習和生活的條件與質(zhì)量，促進(jìn)心理和生理健康及營(yíng)造舒適的氛圍。相關(guān)研究表明，紫外線(xiàn)(ultraviolet)光具有消殺螨蟲(chóng)等微生物或病原體及促進(jìn)維生素D合成的功能，并具有預防和治療佝僂病和軟骨癥的作用，以及預防老年人骨質(zhì)疏松、消炎止痛、促進(jìn)局部血液循環(huán)和調節人體免疫力等功能和作用。紅外線(xiàn)(Infrared)光在人體組織代謝、血液循環(huán)和人體免疫功能增強等方面具有較好的治療作用，針對肌肉痙攣、肌肉勞損、軟組織損傷和身體組織消腫具有明顯的治療作用。如何利用光譜中有益光線(xiàn)服務(wù)于人類(lèi)，已成為醫學(xué)和光學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員重點(diǎn)研究的課題[1]。

　　健康照明主要就是指用于照明的人造光源光譜應盡可能接近太陽(yáng)可見(jiàn)光譜，場(chǎng)景照明在滿(mǎn)足場(chǎng)所功能性照明要求的同時(shí)還應考慮人們的心理要求，判斷一個(gè)照明場(chǎng)景是否為健康照明，照明燈具除了顯色指數、相關(guān)色溫、照度、亮度和頻閃等指標符合相應要求以外，一個(gè)極其重要的判定依據應該是其光譜與太陽(yáng)光光譜的吻合度，因為即使該產(chǎn)品的光譜明顯偏離太陽(yáng)光光譜，其顯色指數、相關(guān)色溫、照度、亮度和頻閃等技術(shù)指標也可以達到相應要求，但明顯偏離太陽(yáng)光光譜的產(chǎn)品并不是真正意義上的健康照明。隨著(zhù)照明用LED封裝技術(shù)的發(fā)展，與太陽(yáng)光光譜類(lèi)似的全光譜(Full Spectrum)LED技術(shù)已經(jīng)在照明工程中得到推廣與應用。

　　全光譜LED優(yōu)劣勢分析對比

　　2.1照明效果比較

　　相關(guān)研究結果表明，照明光譜的完整性直接影響視覺(jué)的辨色能力，尤其是兒童發(fā)育階段，色彩逼真度即色彩真實(shí)度的表現，表征各標準色在測試光源照射下與參考光源相比的相似程度。一種模擬接近太陽(yáng)光光譜的人工光源完全能滿(mǎn)足各種照明場(chǎng)景的需求，已成為L(cháng)ED封裝企業(yè)研究的核心課題之一，隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步和難關(guān)的攻克，將全光譜LED的顯色指數Ra和R9~R15顯色性提升到大于95已成為現實(shí)，特別是色彩飽和度的提升讓人從感官上體現出全光譜LED的色彩還原優(yōu)勢，為了更好地理解全光譜LED與普通LED對物品的色彩還原性的差異，圖1的上排為相關(guān)色溫由低到高的全光譜LED照明，下排為普通LED對應的照明效果對比，由此可見(jiàn)全光譜LED與普通LED在色彩逼真度和色飽和度的明顯差異。

　　圖1全光譜LED與普通LED的色彩還原性對比

　　2.2藍光危害

　　針對照明產(chǎn)品的藍光危害風(fēng)險，一直是照明行業(yè)技術(shù)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。圖2為“藍光芯片+熒光粉”LED封裝的典型光譜，其445nm波段的峰值明顯偏高，目前市面上大部分LED光源存在一定的藍光危害風(fēng)險。發(fā)明藍光LED而獲諾貝爾獎的中村修二認為第1代照明用LED產(chǎn)品存在一定的藍光危害風(fēng)險，嚴重的甚至可能導致癌癥的誘發(fā)。作為我國照明產(chǎn)品安全要求的國家標準，GB 7000.1《燈具第1部分一般要求與試驗》于2015年修訂及發(fā)布，第4章專(zhuān)門(mén)增加了關(guān)于光生物危害要求的4.24.2章節，針對燈具光源按照IEC/TR 62778進(jìn)行評估和分級要求，并針對不同應用規定風(fēng)險等級要求。在照明方案設計中，技術(shù)人員一般都會(huì )根據照明產(chǎn)品的應用需求，選擇及采用磨砂材料作為燈具光源的擴散罩，以降低藍光危害風(fēng)險等級，以滿(mǎn)足標準的相應要求[2]。

　　圖2普通LED光譜圖

　　普通LED光譜有明顯的波峰和波谷，其光譜比例失調，其藍光部分波峰尤為突出，也是形成對人類(lèi)視網(wǎng)膜損害的主要元兇，LED光譜中的藍光一直以來(lái)受到相關(guān)技術(shù)人員的關(guān)注與研究，基于技術(shù)原因及LED高效節能成為了人們的關(guān)注焦點(diǎn)，藍光峰值高也一直函待解決該問(wèn)題。隨著(zhù)全光譜LED技術(shù)的出現，從技術(shù)層面修補了普通LED光源在可見(jiàn)光波段光譜比例失調的缺陷，有效降低了藍光危害風(fēng)險，并提高了照明應用的舒適性。某LED封裝企業(yè)典型的全光譜LED光譜如圖3，無(wú)疑將成為健康照明用光的風(fēng)向標。

　　圖3全光譜LED光譜圖

　　2.3全光譜LED技術(shù)規范

　　健康照明是一個(gè)復雜的系統工程，國家及行業(yè)還沒(méi)有出臺健康照明的標準，健康照明還處在前行與探索階段，目前照明市場(chǎng)上的全光譜產(chǎn)品更多是商家促銷(xiāo)的噱頭，其質(zhì)量參差不齊導致市場(chǎng)較為混亂。行業(yè)急需具有權威、協(xié)商一致和標準化的健康照明規范來(lái)引導照明行業(yè)的良性發(fā)展。

　　深圳市作為L(cháng)ED產(chǎn)業(yè)的聚集地、LED技術(shù)創(chuàng )新發(fā)展的重要區域，全光譜照明技術(shù)已經(jīng)在眾多LED封裝企業(yè)批量生產(chǎn)，并得到照明應用企業(yè)的推廣使用。為了規范技術(shù)應用和滿(mǎn)足照明行業(yè)的迫切需要，“深圳市LED產(chǎn)業(yè)標準聯(lián)盟”組織LED封裝行業(yè)內的龍頭企業(yè)歷時(shí)2年，率先制定并發(fā)布了室內健康照明的系列標準之SZTT/LSA 024.1—2019《室內健康照明設計規范第1部分：全光譜技術(shù)要求》和SZTT/LSA 024.2—2019《室內健康照明設計規范第2部分：家居照明》2份團體標準，該系列標準的發(fā)布，明確了全光譜照明技術(shù)的定義、技術(shù)要求和測試方法等方面的要求，為健康照明技術(shù)的發(fā)展起到了引領(lǐng)作用[3]。

　　該系列團體標準以國際上已公開(kāi)發(fā)表的文獻如美國光學(xué)學(xué)會(huì )期刊第54期《作為相關(guān)色溫函數的典型晝光的光譜分布》和國際照明委員會(huì )權威技術(shù)報告CIE218:2016《室內健康照明技術(shù)路線(xiàn)圖》等重要研究成果為基礎，解決了推薦的典型日光D40(相關(guān)色溫典型值為4000K)光譜作為關(guān)鍵技術(shù)標準的參照基準。全光譜光源就是將自然光的優(yōu)點(diǎn)最大化及人工光源的缺點(diǎn)最小化的典型光譜，其光譜(380～780nm)接近相關(guān)色溫為4000K(典型日光D40)的太陽(yáng)光光譜分布，有益健康和滿(mǎn)足明(暗)視覺(jué)要求。

　　2.4樣品測試與比對

　　依據SZTT/LSA 024.1—2019團體標準，作為“深圳市LED產(chǎn)業(yè)標準聯(lián)盟”秘書(shū)處單位的深圳市計量質(zhì)量檢測研究院光電實(shí)驗室，通過(guò)走訪(fǎng)會(huì )員單位和針對市場(chǎng)上銷(xiāo)售的普通LED光源和典型全光譜LED光源進(jìn)行了樣品收集，利用光電實(shí)驗室專(zhuān)業(yè)檢測設備的優(yōu)勢，嚴格按照該標準相應要求對多組樣品進(jìn)行測試，并利用分析軟件對樣品光譜進(jìn)行比較與分析，相關(guān)色溫為4000K的普通LED光源和全光譜LED光源光譜與太陽(yáng)光(D40)光譜進(jìn)行比較，其光譜分布對比如圖4所示。

　　圖4 3種光譜對比

　　根據光譜對比可以看出，全光譜LED較普通LED明顯降低了藍光部分的峰值，并提升了可見(jiàn)光波段的連續性，尤其是540-780nm波段的連續性提升尤為明顯。全光譜LED的應用，將大幅度地提升新一代LED照明產(chǎn)品的照明光品質(zhì)。針對本次樣品測試結果表明，模擬太陽(yáng)光的全光譜應用是健康照明的必然趨勢，如何降低全光譜LED光譜中藍光部分的尖峰值(與D40相比)，從LED封裝技術(shù)層面來(lái)講是完全可以實(shí)現的[4]。

　　光視覺(jué)健康是照明應用的基本要求，光對生物組織的影響、視覺(jué)及非視覺(jué)效應，以及照明用LED技術(shù)的快速發(fā)展，使得健康照明得到人們更多的青睞與關(guān)注。全光譜LED的持續優(yōu)化與改善，使得照明產(chǎn)品的藍光輻射大大降低，讓人們對光源舒適性有了較好的提升感受，另外，紅光光譜的提高使照明產(chǎn)品對人類(lèi)的健康起到了促進(jìn)作用[5-6]。

　　與普通LED相比，全光譜LED的優(yōu)點(diǎn)有：①控制藍光峰值降低對視網(wǎng)膜光敏細胞的損害風(fēng)險;②降低紫外短波輻射對人造成的光生物危害;③光的色彩飽和度提升，物體的色彩還原性好;④補充可見(jiàn)光波段的紫光、青光、綠光和紅光，提高了光譜連續性;⑤通過(guò)提高4000K LED光譜中紅光光譜與D40更為接近，可改善閱讀舒適性。而相比普通的LED封裝技術(shù)，全光譜LED技術(shù)還存在一定的工藝難度及成本較高的問(wèn)題。

　　結語(yǔ)

　　從國內外照明展會(huì )上制造商展示的產(chǎn)品可以看到，照明用全光譜LED的趨勢已越來(lái)越明朗，針對室內健康照明的應用，大多數照明行業(yè)領(lǐng)先的LED制造商都會(huì )展示其健康照明的系統解決方案，由此可見(jiàn)全光譜LED已成為健康照明發(fā)展的必然趨勢，結合本文所述對光源的測試與對比評估結果，全光譜LED將是實(shí)現高品質(zhì)健康照明的光源首選[6]。特別是針對青少年兒童學(xué)習的教室照明及學(xué)習照明，劣質(zhì)照明光是青少年視力問(wèn)題的主要原因之一，也影響著(zhù)人們的視覺(jué)效果與身體健康。因此，倡導健康照明和提高光的生物安全性，以及研究照明光品質(zhì)和光舒適性具有非常重要的現實(shí)意義，針對各種場(chǎng)景照明光品質(zhì)要求，有待相關(guān)技術(shù)人員的共同努力來(lái)解決存在的一些難點(diǎn)，并加快全光譜LED在教育、家居、醫院和公共場(chǎng)所等照明領(lǐng)域的推廣與應用。