LED光生物安全性及其生物功能运用分析

计晓鹏　丁费昊　杨娇馥

摘  要：LED是基于传统光源而开发的一种新型光源，其具有光效高、节能效果优良、单色性及高可靠性等诸多优势，在各个行业中均有较广泛的应用。LED不僅在照明领域中体现出良好的效能，在优化人类生活质量方面也体现出较高的价值。在这样的情景下，与LED安全性能相关的标准也被制定与实施。IEC62471标准提出后，提示无安全标准的时期已终止。该文主要分析LED光生物安全性标准，并阐述LED的特殊应用。

关键词：LED  光生物安全性  蓝光照射  运用分析

中图分类号：TM923    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）04（c）-0048-02

最近几年，LED技术获得更大的发展空间，凭借使用年限长、体积微小、亮度高等优势，被应用在很多场合中，并对外显现出快速发展的趋向。伴随LED光效持续提升，亮度也相应增强，功率由过往的瓦级逐渐发展至数十瓦级，现代群体使用LED产品过程中，予以其光生物安全性较高关注度[1]。深度研究LED产品的光生物安全性，在此基础上理性使用，在符合相关安全标准要求的基础上，拓展新的应用范畴，持续改善人们的生活质量。

1  LED光简介

LED光源实质上以发光二极管（LED）为发光体的光源类型。LED始源于20世纪60年代，在后续的数十年发展历程中，其用途以作为收录机等电子设备的指示灯为主。LED和传统白炽灯相比较，不管是在结构与发光原理上均存在本质性差异，LED是由多层微薄的、混杂半导体材料制作而成，一层带有过量电子，另一层因缺少电子而产生带正电的“空穴”，在有电流流经时，电子与空穴相互整合并对外释放能量，射出光芒。LED的特征主要集中在如下几点：（1）发光效率高;（2）电能耗损量少;（3）使用年限相对较长;（4）安全性、可靠性较强;（5）有益于环保。

2  光生物安全标准化的形成与意义分析

照明能为现代群体生活生产带来光明，营造安全的作业环境与生活空间，但其形成的辐射还会对机体造成不同程度的损伤。损伤主要集中在眼睛与皮肤上。结合过往LED的使用实况，发现其亮度偏低，故而推广应用受限，LED光对人体眼睛形成的直接危害基本上可以忽略不计。但最近几年，LED亮度有所提升，人们予以LED光辐射安全性较高关注，特别是LED蓝光对人眼视网膜造成的光化学损伤。因为LED光谱有特殊性，不仅要分析LED作为光源的问题，还需判断其是否符合激光安全的相关标准要求，只有综合分析如上问题后，方能保证使用者的安全性，这也是当下拟定LED光安全标准的宗旨。现阶段，LED已被整体整合至IEC62471标准中，欧盟已把LED产品的光辐射安全列入至CE强制性认证范畴中[2]。

国际照明委员会（CIE）把LED列入至灯具范畴中，将其定义为一般具备广阔发散光束的拓展性光源。目前CIE技术委员会TC6-55正在探索采用差异化方法测评LED的光生物安全性。针对LED对皮肤、人眼、视网膜无晶状体及视网膜蓝光等造成光化学损害的曝辐射值均做出明确设定。CIE S009/E：2002标准内建议生产商采用豁免、低度与中度危险集中类别界定LED产品。

LED光生物安全性的评估和常规照明产品性能检测存在较大差异。在实施IEC62471标准过程中，单纯测量产品的辐射量是不够的，应明确差异性条件下的光生物辐射安全要求、准确测量产品的有效曝辐射值及合理判断安全级别。标准在测评LED产品的光辐射安全过程中，发现其波长范围为200～1500nm（范围可以拓展至3000nm）、波长精度为0.2nm、瞬态响应为2μs。依照国际标准要求，需将光辐射产品形成的危害程度细化为4个安全等级，即无、低、中等及高度危害[3]。其中，儿童玩具、照明等LED产品应符合无危害等级。

3  蓝光LED对生物司辰视觉系统的特殊作用

自从人类发明了光源以后，他们就能依照主观意愿去配置自己的作息时间，照明为我国的生产生活带来了光亮，摆脱了黑暗的限制与困扰。现如今，人们对光提出的要求不单纯地局限在亮度层面上，更多的是关注光对机体健康与生活质量形成的影响。正因如此，业内很多学者拓展了对光生物功能的研究深度，该文主要以蓝光的生物功能为分析对象，探究其在优化人们日常生活质量方面体现的价值。

过往，在分析光对人形成的作用下，关注点基本集中在视网膜上锥状与柱状感光细胞上，分别在明、暗视觉时发挥自身作用。针对波长为555nm的光，锥状细胞敏感性最高;而柱状细胞灵敏度的最大值出现在波长507nm时。以上就是我们常规所认识的光带来的视觉系统功效。该文别出心裁，介绍的生物功能为一种新的感光细胞，David Berson率先发现，将其称之为司辰视觉系统，其属于一种非映像的视觉效应，但能实现对人体生物节律与强度的有效控制，其形成敏感度的最大值出现在波长是460nm蓝光周边，并且能直接作用在下丘脑的松果体，对机体的生物功能形成直接影响[4]。

现如今，迫于生活压力，在国内很多一、二线城市中，越来越多的人工作实践无规律可循，“三班倒”职员的数目有逐年上升的趋势，既往有研究表明，长期性或间断性的日夜颠倒模式，会使机体产生明显的不适感，干扰正常的生理周期，增加神经衰弱等疾病发生的风险，在这样的状态下，工作效率也不会提升。而若能采用蓝光照明，其能对视网膜上的神经节细胞形成明显刺激，诱导机体内皮质醇浓度上升过程，干扰褪黑色素的分泌，进而能够较明显地改善最初的不适应状态。为获得对等的生物作用效果，采用其他颜色的灯光，就需要有更高的照度去支配。在21世纪初期，Cajochen在研究中发现[5]，若使用460nm单色光照射2h后，其对褪黑色素形成的抑制效果比555nm单色光照射后更为显著，并且还会提升警觉反应，提高体温，加速心跳，促使皮肤末梢区皮温降低。此外，最新研究结果发现[6]，光脉冲照射时若没有蓝光辅佐，将会造成褪黑色素被抑制效果降低，却可能诱发生物钟位置偏移的情况。在诸多光源中，LED的适用范围更为广泛，这主要是由于传统光源不易获得窄光谱，并且需要规避过量的热辐射。

综合以上分析内容可知，LED光生物功能在使用过程中能形成重要效应。故而，应结合其安全性后，采用适宜的、科学的使用方法具有很大现实意义。

4  结语

LED和其他光源之间存在本质上的差异，其是一种创新的、具有极高开发潜能的光源类型，LED光生物安全性成为LED产品研发与应用阶段需赋予重大关注的问题。机遇和挑战共存，合理、正确地评估LED光生物功能，对其生物效应的提升发挥了明显的促进、辅助作用，所以说该项工作应持续推进。

参考文献

[1] 麦锦城，周嘉杰，周文良.白光LED光源的蓝光对非视觉及视觉的危害[J].中国学校卫生，2017，38（10）：1597-1600.

[2] 黄婷，郭震宁，林介本，等.汽车LED前照灯光生物安全性研究[J].照明工程学报，2017，28（4）：89-95.

[3] 王琪，焦洋，宋佳音.基于细胞层面表征的室内用白光LED光生物安全测试方法研究[J].照明工程学报，2017，28（4）：83-88，95.

[4] 李芹，王杰，赵海波，等.LED球灯泡的光生物安全测试与分析[J].科技资讯，2016，14（24）：179-182.

[5] 曹婧，何志宏.几种LED室内灯具的光生物安全性测量及评价[J].中国照明电器，2016（7）：39-42.

[6] 郑建，牟同升，何涛.应用于儿童的LED光源蓝光危害评价方法研究[J].中国生物医学工程学报，2016，35（4）：487-491.

作者简介：计晓鹏（1985，10—），男，汉族，浙江嘉兴人，本科，工程师，研究方向：电器检测、灯具光性能检测，智能家居产品的电磁兼容方面的研究。