LED光生物安全性及其生物功能運用分析

計曉鵬　丁費昊　楊嬌馥

摘? 要：LED是基于傳統光源而開發的一種新型光源，其具有光效高、節能效果優良、單色性及高可靠性等諸多優勢，在各個行業中均有較廣泛的應用。LED不僅在照明領域中體現出良好的效能，在優化人類生活質量方面也體現出較高的價值。在這樣的情景下，與LED安全性能相關的標準也被制定與實施。IEC62471標準提出后，提示無安全標準的時期已終止。該文主要分析LED光生物安全性標準，并闡述LED的特殊應用。

關鍵詞：LED? 光生物安全性? 藍光照射? 運用分析

中圖分類號：TM923 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）04（c）-0048-02

最近幾年，LED技術獲得更大的發展空間，憑借使用年限長、體積微小、亮度高等優勢，被應用在很多場合中，并對外顯現出快速發展的趨向。伴隨LED光效持續提升，亮度也相應增強，功率由過往的瓦級逐漸發展至數十瓦級，現代群體使用LED產品過程中，予以其光生物安全性較高關注度[1]。深度研究LED產品的光生物安全性，在此基礎上理性使用，在符合相關安全標準要求的基礎上，拓展新的應用范疇，持續改善人們的生活質量。

1? LED光簡介

LED光源實質上以發光二極管（LED）為發光體的光源類型。LED始源于20世紀60年代，在后續的數十年發展歷程中，其用途以作為收錄機等電子設備的指示燈為主。LED和傳統白熾燈相比較，不管是在結構與發光原理上均存在本質性差異，LED是由多層微薄的、混雜半導體材料制作而成，一層帶有過量電子，另一層因缺少電子而產生帶正電的“空穴”，在有電流流經時，電子與空穴相互整合并對外釋放能量，射出光芒。LED的特征主要集中在如下幾點：（1）發光效率高;（2）電能耗損量少;（3）使用年限相對較長;（4）安全性、可靠性較強;（5）有益于環保。

2? 光生物安全標準化的形成與意義分析

照明能為現代群體生活生產帶來光明，營造安全的作業環境與生活空間，但其形成的輻射還會對機體造成不同程度的損傷。損傷主要集中在眼睛與皮膚上。結合過往LED的使用實況，發現其亮度偏低，故而推廣應用受限，LED光對人體眼睛形成的直接危害基本上可以忽略不計。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注，特別是LED藍光對人眼視網膜造成的光化學損傷。因為LED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標準要求，只有綜合分析如上問題后，方能保證使用者的安全性，這也是當下擬定LED光安全標準的宗旨。現階段，LED已被整體整合至IEC62471標準中，歐盟已把LED產品的光輻射安全列入至CE強制性認證范疇中[2]。

國際照明委員會（CIE）把LED列入至燈具范疇中，將其定義為一般具備廣闊發散光束的拓展性光源。目前CIE技術委員會TC6-55正在探索采用差異化方法測評LED的光生物安全性。針對LED對皮膚、人眼、視網膜無晶狀體及視網膜藍光等造成光化學損害的曝輻射值均做出明確設定。CIE S009/E：2002標準內建議生產商采用豁免、低度與中度危險集中類別界定LED產品。

LED光生物安全性的評估和常規照明產品性能檢測存在較大差異。在實施IEC62471標準過程中，單純測量產品的輻射量是不夠的，應明確差異性條件下的光生物輻射安全要求、準確測量產品的有效曝輻射值及合理判斷安全級別。標準在測評LED產品的光輻射安全過程中，發現其波長范圍為200～1500nm（范圍可以拓展至3000nm）、波長精度為0.2nm、瞬態響應為2μs。依照國際標準要求，需將光輻射產品形成的危害程度細化為4個安全等級，即無、低、中等及高度危害[3]。其中，兒童玩具、照明等LED產品應符合無危害等級。

3? 藍光LED對生物司辰視覺系統的特殊作用

自從人類發明了光源以后，他們就能依照主觀意愿去配置自己的作息時間，照明為我國的生產生活帶來了光亮，擺脫了黑暗的限制與困擾。現如今，人們對光提出的要求不單純地局限在亮度層面上，更多的是關注光對機體健康與生活質量形成的影響。正因如此，業內很多學者拓展了對光生物功能的研究深度，該文主要以藍光的生物功能為分析對象，探究其在優化人們日常生活質量方面體現的價值。

過往，在分析光對人形成的作用下，關注點基本集中在視網膜上錐狀與柱狀感光細胞上，分別在明、暗視覺時發揮自身作用。針對波長為555nm的光，錐狀細胞敏感性最高;而柱狀細胞靈敏度的最大值出現在波長507nm時。以上就是我們常規所認識的光帶來的視覺系統功效。該文別出心裁，介紹的生物功能為一種新的感光細胞，David Berson率先發現，將其稱之為司辰視覺系統，其屬于一種非映像的視覺效應，但能實現對人體生物節律與強度的有效控制，其形成敏感度的最大值出現在波長是460nm藍光周邊，并且能直接作用在下丘腦的松果體，對機體的生物功能形成直接影響[4]。

現如今，迫于生活壓力，在國內很多一、二線城市中，越來越多的人工作實踐無規律可循，“三班倒”職員的數目有逐年上升的趨勢，既往有研究表明，長期性或間斷性的日夜顛倒模式，會使機體產生明顯的不適感，干擾正常的生理周期，增加神經衰弱等疾病發生的風險，在這樣的狀態下，工作效率也不會提升。而若能采用藍光照明，其能對視網膜上的神經節細胞形成明顯刺激，誘導機體內皮質醇濃度上升過程，干擾褪黑色素的分泌，進而能夠較明顯地改善最初的不適應狀態。為獲得對等的生物作用效果，采用其他顏色的燈光，就需要有更高的照度去支配。在21世紀初期，Cajochen在研究中發現[5]，若使用460nm單色光照射2h后，其對褪黑色素形成的抑制效果比555nm單色光照射后更為顯著，并且還會提升警覺反應，提高體溫，加速心跳，促使皮膚末梢區皮溫降低。此外，最新研究結果發現[6]，光脈沖照射時若沒有藍光輔佐，將會造成褪黑色素被抑制效果降低，卻可能誘發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，這主要是由于傳統光源不易獲得窄光譜，并且需要規避過量的熱輻射。

綜合以上分析內容可知，LED光生物功能在使用過程中能形成重要效應。故而，應結合其安全性后，采用適宜的、科學的使用方法具有很大現實意義。

4? 結語

LED和其他光源之間存在本質上的差異，其是一種創新的、具有極高開發潛能的光源類型，LED光生物安全性成為LED產品研發與應用階段需賦予重大關注的問題。機遇和挑戰共存，合理、正確地評估LED光生物功能，對其生物效應的提升發揮了明顯的促進、輔助作用，所以說該項工作應持續推進。

參考文獻

[1] 麥錦城，周嘉杰，周文良.白光LED光源的藍光對非視覺及視覺的危害[J].中國學校衛生，2017，38（10）：1597-1600.

[2] 黃婷，郭震寧，林介本，等.汽車LED前照燈光生物安全性研究[J].照明工程學報，2017，28（4）：89-95.

[3] 王琪，焦洋，宋佳音.基于細胞層面表征的室內用白光LED光生物安全測試方法研究[J].照明工程學報，2017，28（4）：83-88，95.

[4] 李芹，王杰，趙海波，等.LED球燈泡的光生物安全測試與分析[J].科技資訊，2016，14（24）：179-182.

[5] 曹婧，何志宏.幾種LED室內燈具的光生物安全性測量及評價[J].中國照明電器，2016（7）：39-42.

[6] 鄭建，牟同升，何濤.應用于兒童的LED光源藍光危害評價方法研究[J].中國生物醫學工程學報，2016，35（4）：487-491.

作者簡介：計曉鵬（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，智能家居產品的電磁兼容方面的研究。