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　摘要：可見(jiàn)光全光譜LED在照明領(lǐng)域應(yīng)用研究已成為熱點(diǎn)，健康照明也得到越來(lái)越多消費(fèi)者的關(guān)注與認(rèn)知，本文聚焦健康照明的光色質(zhì)量、人的生理節(jié)律反應(yīng)及光生物安全性。在照明產(chǎn)業(yè)集聚及全光譜團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)地，通過(guò)企業(yè)走訪、樣品收集和應(yīng)用調(diào)研，對(duì)數(shù)據(jù)比較分析及評(píng)估結(jié)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(biāo)準(zhǔn);對(duì)比

　　中圖分類號(hào)：TM923.34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

　　引言

　　人類的照明經(jīng)歷了長(zhǎng)期和復(fù)雜的演變過(guò)程，從最初的火把、油燈、人造光源白熾燈和節(jié)能燈，到高效節(jié)能半導(dǎo)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(xiàn)照明。照明技術(shù)發(fā)展史就是人類文明史的一個(gè)縮影，光作為人體晝夜節(jié)律系統(tǒng)主要驅(qū)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(jié)律反應(yīng)，光通過(guò)視覺(jué)和非視覺(jué)的作用，不同程度地影響著人類的健康。人造光的出現(xiàn)改變了自然光晝夜節(jié)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(jié)律的紊亂等問(wèn)題，也就潛在影響了人類的身體健康。我們?cè)陉P(guān)注光的客觀視覺(jué)效應(yīng)的同時(shí)，如照度、亮度及相關(guān)色溫等物理參數(shù)，還應(yīng)考慮人對(duì)光照的感受，研究光對(duì)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(yīng)以及光輻射等問(wèn)題。因此，倡導(dǎo)“健康照明”提高照明品質(zhì)及舒適性具有非常重要的現(xiàn)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)光譜已成為人類健康必須的光譜，光譜中的紫外、可見(jiàn)光及紅外線等合成光譜，已經(jīng)在人類進(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(xí)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(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(yù)防和治療佝僂病和軟骨癥的作用，以及預(yù)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(diào)節(jié)人體免疫力等功能和作用。紅外線(Infrared)光在人體組織代謝、血液循環(huán)和人體免疫功能增強(qiáng)等方面具有較好的治療作用，針對(duì)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服務(wù)于人類，已成為醫(yī)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(yīng)盡可能接近太陽(yáng)可見(jiàn)光譜，場(chǎng)景照明在滿足場(chǎng)所功能性照明要求的同時(shí)還應(yīng)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(shù)、相關(guān)色溫、照度、亮度和頻閃等指標(biāo)符合相應(yīng)要求以外，一個(gè)極其重要的判定依據(jù)應(yīng)該是其光譜與太陽(yáng)光光譜的吻合度，因?yàn)榧词乖摦a(chǎn)品的光譜明顯偏離太陽(yáng)光光譜，其顯色指數(shù)、相關(guān)色溫、照度、亮度和頻閃等技術(shù)指標(biāo)也可以達(dá)到相應(yīng)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。隨著照明用LED封裝技術(shù)的發(fā)展，與太陽(yáng)光光譜類似的全光譜(Full Spectrum)LED技術(shù)已經(jīng)在照明工程中得到推廣與應(yīng)用。

　　全光譜LED優(yōu)劣勢(shì)分析對(duì)比

　　2.1照明效果比較

　　相關(guān)研究結(jié)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(xiàn)，表征各標(biāo)準(zhǔn)色在測(cè)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足各種照明場(chǎng)景的需求，已成為L(zhǎng)ED封裝企業(yè)研究的核心課題之一，隨著技術(shù)的進(jìn)步和難關(guān)的攻克，將全光譜LED的顯色指數(shù)Ra和R9~R15顯色性提升到大于95已成為現(xiàn)實(shí)，特別是色彩飽和度的提升讓人從感官上體現(xiàn)出全光譜LED的色彩還原優(yōu)勢(shì)，為了更好地理解全光譜LED與普通LED對(duì)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(duì)應(yīng)的照明效果對(duì)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(duì)比

　　2.2藍(lán)光危害

　　針對(duì)照明產(chǎn)品的藍(lán)光危害風(fēng)險(xiǎn)，一直是照明行業(yè)技術(shù)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。圖2為“藍(lán)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(lán)光危害風(fēng)險(xiǎn)。發(fā)明藍(lán)光LED而獲諾貝爾獎(jiǎng)的中村修二認(rèn)為第1代照明用LED產(chǎn)品存在一定的藍(lán)光危害風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重的甚至可能導(dǎo)致癌癥的誘發(fā)。作為我國(guó)照明產(chǎn)品安全要求的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，GB 7000.1《燈具第1部分一般要求與試驗(yàn)》于2015年修訂及發(fā)布，第4章專門增加了關(guān)于光生物危害要求的4.24.2章節(jié)，針對(duì)燈具光源按照IEC/TR 62778進(jìn)行評(píng)估和分級(jí)要求，并針對(duì)不同應(yīng)用規(guī)定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)要求。在照明方案設(shè)計(jì)中，技術(shù)人員一般都會(huì)根據(jù)照明產(chǎn)品的應(yīng)用需求，選擇及采用磨砂材料作為燈具光源的擴(kuò)散罩，以降低藍(lán)光危害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以滿足標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)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(diào)，其藍(lán)光部分波峰尤為突出，也是形成對(duì)人類視網(wǎng)膜損害的主要元兇，LED光譜中的藍(lán)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(jié)能成為了人們的關(guān)注焦點(diǎn)，藍(lán)光峰值高也一直函待解決該問(wèn)題。隨著全光譜LED技術(shù)的出現(xiàn)，從技術(shù)層面修補(bǔ)了普通LED光源在可見(jiàn)光波段光譜比例失調(diào)的缺陷，有效降低了藍(lán)光危害風(fēng)險(xiǎn)，并提高了照明應(yīng)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(biāo)。

　　圖3全光譜LED光譜圖

　　2.3全光譜LED技術(shù)規(guī)范

　　健康照明是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，國(guó)家及行業(yè)還沒(méi)有出臺(tái)健康照明的標(biāo)準(zhǔn)，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)品更多是商家促銷的噱頭，其質(zhì)量參差不齊導(dǎo)致市場(chǎng)較為混亂。行業(yè)急需具有權(quán)威、協(xié)商一致和標(biāo)準(zhǔn)化的健康照明規(guī)范來(lái)引導(dǎo)照明行業(yè)的良性發(fā)展。

　　深圳市作為L(zhǎng)ED產(chǎn)業(yè)的聚集地、LED技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的重要區(qū)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(yīng)用企業(yè)的推廣使用。為了規(guī)范技術(shù)應(yīng)用和滿足照明行業(yè)的迫切需要，“深圳市LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟”組織LED封裝行業(yè)內(nèi)的龍頭企業(yè)歷時(shí)2年，率先制定并發(fā)布了室內(nèi)健康照明的系列標(biāo)準(zhǔn)之SZTT/LSA 024.1—2019《室內(nèi)健康照明設(shè)計(jì)規(guī)范第1部分：全光譜技術(shù)要求》和SZTT/LSA 024.2—2019《室內(nèi)健康照明設(shè)計(jì)規(guī)范第2部分：家居照明》2份團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，該系列標(biāo)準(zhǔn)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(cè)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(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)以國(guó)際上已公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)如美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)期刊第54期《作為相關(guān)色溫函數(shù)的典型晝光的光譜分布》和國(guó)際照明委員會(huì)權(quán)威技術(shù)報(bào)告CIE218:2016《室內(nèi)健康照明技術(shù)路線圖》等重要研究成果為基礎(chǔ)，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(biāo)準(zhǔn)的參照基準(zhǔn)。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，有益健康和滿足明(暗)視覺(jué)要求。

　　2.4樣品測(cè)試與比對(duì)

　　依據(jù)SZTT/LSA 024.1—2019團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，作為“深圳市LED產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟”秘書處單位的深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院光電實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)走訪會(huì)員單位和針對(duì)市場(chǎng)上銷售的普通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(yàn)室專業(yè)檢測(cè)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，嚴(yán)格按照該標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)要求對(duì)多組樣品進(jìn)行測(cè)試，并利用分析軟件對(duì)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(duì)比如圖4所示。

　　圖4 3種光譜對(duì)比

　　根據(jù)光譜對(duì)比可以看出，全光譜LED較普通LED明顯降低了藍(lán)光部分的峰值，并提升了可見(jiàn)光波段的連續(xù)性，尤其是540-780nm波段的連續(xù)性提升尤為明顯。全光譜LED的應(yīng)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(duì)本次樣品測(cè)試結(jié)果表明，模擬太陽(yáng)光的全光譜應(yīng)用是健康照明的必然趨勢(shì)，如何降低全光譜LED光譜中藍(lán)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(xiàn)的[4]。

　　光視覺(jué)健康是照明應(yīng)用的基本要求，光對(duì)生物組織的影響、視覺(jué)及非視覺(jué)效應(yīng)，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(xù)優(yōu)化與改善，使得照明產(chǎn)品的藍(lán)光輻射大大降低，讓人們對(duì)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(duì)人類的健康起到了促進(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(lán)光峰值降低對(duì)視網(wǎng)膜光敏細(xì)胞的損害風(fēng)險(xiǎn);②降低紫外短波輻射對(duì)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(bǔ)充可見(jiàn)光波段的紫光、青光、綠光和紅光，提高了光譜連續(xù)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(jié)語(yǔ)

　　從國(guó)內(nèi)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(shì)已越來(lái)越明朗，針對(duì)室內(nèi)健康照明的應(yīng)用，大多數(shù)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(tǒng)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(shì)，結(jié)合本文所述對(duì)光源的測(cè)試與對(duì)比評(píng)估結(jié)果，全光譜LED將是實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)健康照明的光源首選[6]。特別是針對(duì)青少年兒童學(xué)習(xí)的教室照明及學(xué)習(xí)照明，劣質(zhì)照明光是青少年視力問(wèn)題的主要原因之一，也影響著人們的視覺(jué)效果與身體健康。因此，倡導(dǎo)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(xiàn)實(shí)意義，針對(duì)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(yī)院和公共場(chǎng)所等照明領(lǐng)域的推廣與應(yīng)用。