基于全光譜健康照明技術的應用

陳少藩

廣東光陽電器有限公司，廣東 中山 528400

0 引言

隨著LED照明技術的迅速發展，人們已經不滿足于照亮環境和看得見的照明基本功能，而是追求更高品質的生理和心理舒適性的照明光源和燈具。尤其是在2002年Brown大學的Berson等[1]發現內在光敏視網膜神經節細胞（ipRGC）的作用，并發現該細胞與人體節律的調節有關。后續的相關研究表明，人類的生物節律和認知表現都受到光環境的影響，無論是來自自然界的太陽光，亦或是人造光源，都會引起人體一系列生理節律反應。因此，光能通過視覺和非視覺作用，不同程度地影響人體健康，而人類的發展進化史決定了人的眼睛和生活作息都習慣于太陽光，太陽光譜是最理想的照明光譜條件。基于這一情況，人們研發出了接近于太陽光譜的可見光全光譜LED。該技術能夠很好地適應人體生理節律的特征，在很大程度上滿足當前人們對照明的要求，可有效提高照明品質與舒適性，滿足健康照明的需求。

1 全光譜LED概述

在過去很長一段時間，人們對照明的主要需求是亮度，但隨著人們生活水平的提高，部分人開始追求更健康、更舒適的光環境。在此背景下，健康照明的理念被提出來，并受到市場的廣泛關注。當前健康照明的概念主要指所制造出來的照明光源光譜盡可能接近太陽光譜，照明在滿足基本的照明需求的同時，還應考慮人們的心理需求。如何判斷照明燈具是不是健康照明燈具，除了顯色指數、色溫、照度、亮度、頻閃等指標符合要求，其光譜與太陽光光譜的吻合度也應該達到一定的要求[2]。

更準確地說，全光譜LED是一種類太陽光譜LED，其可見光部分中的紅綠藍比例與太陽光近似，顯色指數Ra接近100（太陽光的顯色指數為100）。同時，全光譜LED還盡可能降低自然光中對人體有害的紅紫外線。相較于普通LED，全光譜LED的藍光峰值更低，可見光波段具備更好的連續性，因而具備更優的照明光品質[3]。相關研究顯示，人體視覺的辨識能力極易受到光譜的完整性的影響，特別是兒童發育階段。一般而言，越接近于太陽光譜，意味光譜連續性更好，顯色指數更高，物體的色彩也能更好地被還原。因此，全光譜健康照明LED對保護人們的視力健康，提高光品質及視覺舒適性，降低人們在LED光照環境下不自覺的生理性緊張，改善人們學習、工作、生活的質量具有重大意義。

為了使全光譜LED可以隨著照明需求的改變而做出相應的調整，從而為用戶提供最佳的照明體驗，相關科研人員開始研究將各種先進科學技術應用到照明系統中。通過將智能技術與全光譜LED的有效融合，科學預設全光譜LED所處場景，包括房間、教室、辦公室、餐廳等場景。為此，可借助智能控制系統模擬光照條件，再結合數據庫中已具備的各種場景信息，加以比較、處理，將光照指標調整到最佳需求狀態，以更好地滿足場景內實際的照明需求，從而為用戶提供更加健康舒適、智能化的照明體驗。

2 視覺與非視覺效應

光對人的生物效應分為視覺與非視覺效應。真正意義上的健康照明需要兼顧這兩個方面，即既要關注是否“看得見、看得清”，也要關注是否能“看得舒服”“看得身心舒爽”。如今，國內外科研人員致力于研究光照對人類健康的影響，更進一步說，是關注照明對人的生理、心理等非視覺特性的影響，尤其是光敏視網膜神經節細胞被發現以來，國內外的相關研究不斷深入。照明條件無論是對人的生理還是心理都會產生重大影響。因此，在生理上，不同年齡對照明亮度有著不同的要求。年齡越大，晶狀體透光性變差，要求較高的照度[4]。在視覺心理上，不同照明條件通過視覺器官引起不同的心理機理反應[5]。

另外，不同的光照強度也能影響人的心理，如在一定的光照強度下能增強人的食欲、改善情緒與睡眠等。但是，光照強度的增強也并非都是好處，例如雖然其可改善阿爾茲海默癥患者的睡眠情況和認知能力，但卻對患者注意力產生負面影響。又如，紫外線能夠對一些微生物或是病原體進行消滅，有助于人體生成維生素D，可對佝僂病、軟骨癥進行防治，還能夠預防老年人骨質疏松，提高人體免疫力等；紅外線則有助于人體血液循環與新陳代謝，在很大程度上增強人體免疫功能，并在軟組織損傷、肌肉痙攣、肌肉勞損等方面具備顯著的治療效果。當前醫學與光學等領域的研究人員都非常關注如何借助光譜中的有益光線服務人類。

3 健康照明之全光譜LED的具體應用場景

3.1 護眼臺燈

臺燈是照明領域的一個非常特殊的應用方向，在臺燈市場中，處于生長發育階段的未成年人占比非常高，同時由于臺燈離人的距離非常近，使人們更容易關注其各項指標，包括色溫、顯色指數、照度和照度均勻度、頻閃等。除此之外，生理、心理健康等非視覺特性也非常重要，因此對臺燈的健康照明提出較高的要求。為此，全光譜LED臺燈非常適合長期桌前閱讀學習的學生群體使用，可以達到護眼效果。尤其是近年來，我國青少年兒童近視率越發嚴重，近視低齡化、重度化日益嚴重的情況下，全光譜LED臺燈越來越受到市場的廣泛青睞。

3.2 教室照明

教室照明是目前健康照明應用領域最熱門的應用之一，尤其是八部委共同出臺《綜合防控兒童青少年近視實施方案》以來。與臺燈照明類似，教室照明多數是幼兒園、小學、中學等，用戶絕大多數是未成年人。據相關部門統計，當前我國擁有學校518 900所，其中中小學校約213 800所，教室數量達到3 750 000個，且這些教室的照明環境普遍較差，缺乏整體設計和照度，存在顯色指數低、頻閃嚴重、眩光污染等系列問題，具有改造潛力。當前各地已經陸續開始了教室照明改造工程，全光譜LED教室照明在其中占據重要地位。

3.3 植物照明

光環境對植物生長發育至關重要，植物的生長離不開太陽光的光合作用。全光譜LED可對太陽光進行模擬，或是直接取代太陽光來為植物的生長提供營養成分，幫助其更好地進行光合作用，促進植物快速生長。同時，結合當前的相關技術在植物種植環境中設置全光譜LED的智能照明系統，全過程地、準確地監控植物各階段的生長狀況，然后有針對性地調節光照，使之符合現階段植物生長的需要。或者使用攝像頭來拍攝植物，根據其種類及實際生長周期，科學調控全光譜LED照明產品的各項參數。不同植物的生長條件不同，故而所需的光源光譜能量也不同，且需要的光照波長也不同，但全光譜LED可在實現節能環保的同時，為不同植物的生長提供相對應的光照，有利于植物生長。

3.4 辦公照明

對于辦公照明而言，不僅要求辦公場所內所用照明產品能夠提供必要的照度，還應確保場所內人員的生理舒適性，以此來確保人員能夠更加高質高效的工作。因為全光譜 LED類似于自然太陽花的光譜特性，加上顯色指數約為1 000，故而將其應用到辦公場所中，能夠滿足辦公照明的實際需求。同時，全光譜LED的短波紫光還具備諸多的優勢，包括殺菌、促進人體鈣質的吸收、有利于骨骼生長。另外，全光譜LED可在藍光波段對能量成本進行有效弱化，其所具備的長波紅光可促進室內植物更加快速的生長。

3.5 餐廳照明

對于餐廳照明而言，由于大多數餐廳的采光主要依靠于窗戶面，這往往很難滿足餐廳內的照明需求，這時需要對全光譜LED進行充分利用。具體應用方式：（1）在餐廳設計過程中，相關人員應結合區域內的地理經緯度與各季節的太陽光光色、時長、強度等情況，對全光譜LED智能照明系統的各項參數進行合理設置，使系統內的相關設備能夠對餐廳內太陽光變化狀況、亮度等進行全過程監控，然后有針對性地提供照明。白天可結合照明光譜，科學模擬光環境；夜晚則需對餐廳內的照明進行合理調整，使之能夠符合人的生理節律特點，從而為顧客提供舒適愉快的用餐環境。（2）當餐廳有顧客時，全光譜LED智能照明系統可根據人的生理節律特點來有針對性地調節照明。還可充分考慮人的生理節律特征、光照射量等信息，科學模擬太陽光的日變化，實現對餐廳內照明的各項光照參數的動態調節，從而為顧客提供更加舒適的用餐體驗。（3）當餐廳沒有顧客時，全光譜LED智能照明系統會自動調整照明，產生紫外光波段的光，從而實現對餐廳環境的滅菌處理。

4 結束語

綜上所述，隨著人們生活水平的顯著提升，對光照質量和光舒適程度、健康程度提出了更高的要求，全光譜LED應運而生，并在臺燈、教室照明、植物照明、辦公照明、餐廳照明等方面發揮著重要作用，給人們帶來更直觀的視覺舒適度提升。良好的光環境，能給人們帶來舒適愉快、高質量的照明光環境。