量子點技術在健康照明中的應用探討

袁佳鑫

長沙理工大學（湖南 長沙 410000）

0 引言

當前，經濟發展帶來的環境污染使得全球能源短缺問題突出，環保、節能已成為可持續發展必須解決的問題。在照明行業，各類照明設備所消耗的電力約占全部電力消耗的20%，節約能源的主要途徑就是減少照明所消耗的電力，同時開發環保、高效、節能、安全、高品質的照明設備。目前，大多數普通照明用白光LED 采用藍光芯片激發熒光粉，而高亮度的藍光照射對人眼視網膜有一定程度的危害，現已引起人們的高度重視。尋求更安全、更環保的健康照明設備已成為人們關注的重點。

1 藍光的危害

鑒于LED 光源的安全、環保、節能、使用壽命較長等優勢，其逐漸取代了傳統的白熾燈、鹵鎢燈和熒光燈[1]。但是現階段使用的LED 光源多采用藍光LED 芯片激發黃紅光熒光粉合成白光，在色溫較高時，這種光譜的藍光峰值較高，青光與紅光不足，具體的光譜圖如圖1 所示。由圖1 可見，藍光與黃光相比于其他部分來說分布較高，由于光譜的連續性較差，藍光危害系數較高，不滿足高品質照明的要求。

圖1 熒光粉激發LED 照明光譜圖

藍光（主要是針對波長在400 ～450 nm 的藍光）對人體產生危害的部位主要集中在眼部，其會對眼睛視網膜造成一定程度的損傷[2]。與其他可見光相比，藍光能量較高，會直接穿過眼球的外膜、中膜，最后到達內膜區域，即視網膜。經過一段時間的富藍光照射，使得視網膜中的細胞發生不同程度的萎縮現象，嚴重時會直接導致該細胞死亡。在此條件下，人們的視力會受到不同程度的影響，發生視力下降的情況，嚴重時還會導致失明。這是因為，當藍光亮度過大時，就會使眼睛發生不同程度的病變，并且以黃斑病變為主。

美國科技界認為會聚已經成為推動生物科技革命的戰略思想和方法，代表了未來科研發展的新方向。理論界不僅分析了會聚項目的前沿性、社會性，也探討了新型科研組織形式以及會聚研究發展可能帶來的社會影響。這既是對科技潛在前沿的探索，也是對科技自身發展方式的思考，體現了美國科技界居安思危、進一步求新求變、先發制人的戰略思維。

當藍光用于照明時，會對褪黑素產生一定程度的抑制作用[3]。褪黑素是一種激素，其會對睡眠質量等產生重要的作用，并幫助人們有效調節時差。也就是說，只有在減少藍光照射的情況下，才能更好地分泌褪黑素，從而保證人們的睡眠質量。

色溫較高的LED 光源存在著不同程度的藍光含量較高的問題，會給人們的健康造成不同程度的影響。隨著對藍光的認識和了解越來越清晰，人們對健康照明的需求越來越迫切。

食物有保質期，信息資源也會有。過了期的信息資源就如同昨日黃花一文不值。作為工程造價而言，是為工程做鋪墊的一項工作，對于時間肯定有著嚴格的要求。因為工程造價對于工程而言是一個必要且充分的條件，但又不能因為它的拖延而推遲工程的期限[4]。所以，為了造價方案在預計時間段內做出對于信息資源就必須以最快的速度獲取，并且是最新的、具有時效性的信息資源。而大數據下的計算機和各類系統恰如其分地解決了這個問題。

2 健康照明

光感受器一般可分為兩部分，一部分為視錐細胞，另一部分為視桿細胞，二者都存在不同程度的活性和光譜敏感性，其中，光照水平是影響其活性的重要因素[4]。對視錐細胞而言，其主要感受的是強光，同時還有顏色；而視桿細胞主要感受的是弱光，并且這種細胞較為敏感，在感受光線強度時的反應較為激烈。與此同時，要想實現高品質、健康的照明，就要在顯色指數上下功夫，并認知和明確具體的S/P 值。S/P 值與光通量之間有著密切的關系，S/P 值即在暗視覺下與明視覺下光通量的比值。

1.1 資料來源 選取2013年1月-2015年12月在廊坊市婦幼保健中心進行孕期檢查的婦女3 326例為研究對象，入組對象同時有唐氏綜合征和葉酸代謝障礙，平均年齡(27.88±4.95)歲。根據唐氏篩查結果將受試孕婦分為高風險組(814例)和低風險組(2 512例)，高風險組包括21-三體綜合征806例、18-三體綜合征2例和神經管缺陷高風險6例。本研究獲得醫院倫理委員會批準，所有研究對象對本研究知情并簽署知情同意書。

量子點，既是無機化合物的一種，也是納米晶體的一種，在性能上相對穩定，當其進入水中，便會成為膠體形式。根據主要的合成材料，可以將量子點分為三部分：第一部分為元素半導體，使用的量子點材料為Ⅳ族，具體的量子點為銻（Sb）、硒（Se）、硅（Si）等；第二部分為化合物半導體，使用的量子點材料為Ⅲ-Ⅴ族，具體的量子點為砷化銦（InAs）、銦鎵氮（InGaN）、氮化鎵（GaN）等，還有部分材料為Ⅱ-Ⅵ族，具體的量子點為碲化鋅（ZnTe）、硒化鎘（CdSe）以及氧化鋅（ZnO）等；第三部分為異質結，使用的量子點材料為兩種半導體結合在一起或是更多的半導體結合在一起[6]。

藍光危害與健康照明之間存在著些許矛盾，這是因為健康照明需要藍光的存在，但是要把握好藍光的含量，含量過高或過低，都無法有效實現健康照明[5]。因此，需要通過相應的技術把控好藍光含量，并且最大程度地減少其對人體產生的損害。對此，可以從清晨的太陽光中得到啟示。太陽光屬于全光譜照明，降低480 nm 以下的藍光部分，可降低其危害，實現健康照明的最終目的。全光譜、高品質的健康照明光源光譜圖如圖2 所示。

圖2 全光譜、高品質的健康照明光源光譜圖

3 量子點技術概況

3.1 量子點介紹

(4)技術力量在突破人類中心論中扮演了重要角色。因為技術力量對人類行為及其后果的改變，使得倫理學研究范疇超越了傳統的時間和空間范圍，因此，勢必將打破大部分早期倫理體系中的人類中心論地位。與早期倫理學關注人、人的行為和行為后果不同，技術時代的倫理視域已經擴展開來，并逐漸呈現出一種宏大的、整體的視角。人的倫理學不僅關注人，而且關注人類整體，關注人類處于其中的自然。此外，從一種存在主義的視角看，人類的獨斷的情感和態度，與人類自身生存的未來已經不相符合，對人類自身，尤其是大自然的認識需要調整適應，建立一種突破人類中心論的倫理學勢在必行。

除此之外，量子點還有一個比較突出的特點，即量子點的晶粒和能量間隙之間存在一定的關系。當量子點的晶粒逐漸增大時，其能量間隙會不斷變小；當晶粒逐漸變小時，能量間隙會不斷增大。這也在一定程度上表明，量子點和發光的波長之間存在一定的關系。當量子點逐漸變小時，其發光的波長會不斷變短，這也是尺寸效應的具體內容[7]。相關研究人員完全可以利用尺寸效應，適當改變量子點的晶粒尺寸，從而達到更新發光光譜的目的。不同粒徑的量子點所呈現的顏色如圖3 所示。

量子點是由若干個原子構成的，其原子的數量與量子點的粒徑之間存在一定程度的關系。若不斷減少原子的數量，量子點的粒徑也會逐漸減小。從化學性質角度看，原子基本都附著于量子點的表面，這樣的形態會使得量子點出現不同程度的化學反應。從光學性質角度看，量子點的粒徑和反射系數之間存在關系，若量子點的粒徑不斷減少，其反射系數會逐漸降低。同時，當量子點的粒徑不斷變小時，量子點所呈現出來的顏色會逐漸變深，顏色越深，就說明量子點對光的吸收能力越強。

3.2 QLED 與OLED

OLED 是有機物發光二極管（Organic Light Emitting Diode）的簡稱，該技術是依托有機薄膜應用自有光源進行照明。QLED 是量子點發光二極管（Quantum Dot light Emitting Diode）的簡稱。該技術和OLED 相比，擁有更多的優勢，并且在構造上避免了“陰罩”的使用。QLED 照明技術的核心原理就是采用了量子點技術。量子點不但可以沉積于液體之中，而且利用半導體量子點可以構成一個良好的QLED 發光層。

圖3 不同粒徑的量子點所呈現的顏色

4 基于量子點技術的QLED 照明的應用優勢

4.1 QLED 在化學性能方面的優勢

（1）QLED 的構成材料基本都是無機物，因此其在環境方面沒有太多的要求，而且，QLED 和OLED 相比具有更好的穩定性，尤其在一些特殊的環境中應用時穩定性更好，如環境中有水氣或環境中有氧氣。（2）QLED 對高分子具有一定程度的溶解性，而且可以作用于磷光材料，使其有較高的發光水平。

4.2 QLED 在照明方面的優勢

（1）一般的人造白光中存在一定量的高能藍光，而過量的藍光會影響人身健康。通過光譜合成技術，QLED白光可以和自然光的效果基本保持一致。（2）QLED 白光的光色更為飽和。（3）QLED 量子效率高[8]。

5 結束語

綜上所述，量子點技術的出現和發展，對于健康照明而言，具有極其重要的作用和意義。QLED 無論是在化學性能方面，還是在照明學方面，都具有較多的優勢，但同時也存在成本的劣勢。這就需要相關研究人員繼續研究和優化量子點技術，促進我國健康照明的長足發展。