LED光生物安全性及其生物功能应用_图文

1、2009年第6期中国照明电器 CHlNA UGHT&UG唧NG引言LED光生物安全性及其生物功能应用徐晨洁 宋贤杰(复旦大学光源与照明工程系,上海200433摘 要LED是继传统光源之后的新型光源。它高光效、节能、单色性、高可靠性的特点使其广泛应用于各 类领域。LED不仅在照明领域发展迅速,更逐渐在提高人类生活质量的其他方面崭露头角,例如: LED美容灯,提高工作效率的特殊灯具以及其他各种应用在农业、生物、医学领域的产品等等。与此 同时,各测试机构或团体参考各种相关标准对LED的安全性能进行评估。随着国际上LED安全标准 相继推出,无安全标准的时代已宣告结束。本文简要介绍CIE和IEC有关LE

2、D光生物安全性标准,并 说明LED在帮助改善非规律工作人群生活上的特殊应用。关键词LED光生物安全 司辰视觉系统蓝光照射Photobiological Safety of LED and Its Applicationin Humans BiologyXu Chenjie Song Xianjie(Department of Illuminating Engineering and Light Source,Fudan University,Shanghai 200433Abstract:LED is the newgeneration of light source following co

3、nventional light sources.With the advantages of hish efficiency,energysaving,homochromatism,hish reliability,LEDs are widely used anywhere.It not only has been rapidly developed in lighting field,but other aspects to improve living quality of human as well,such as the LED cosmetic lamps,special fixt

4、ures and products in both agriculture and biology medical fields.Moreover, manymeasurement organizations and institutes have begun to evaluate LED safety according to related standards. Along with the appearance of globalLEDsafety standards,age of nonsafety standard has been ended.This paper mainly

5、introduces CIE and IEC requirements onLEDsafety and gives a brief illustration on LED special usage in helping to improve the life of people who have rotating nightshift work.Key words:LED;photobiological safety;citopic vision system;blue light exposure近几年,LED的技术不断发展,市场也正在以惊人的速度日益扩大。LED长寿命、小体积、高亮度等

6、特性使其广泛渗透到大量的应用场所,并保持飞速发 展的势头。同时,随着LED的光效不断提升,亮度不 断提高,功率从瓦级到数十瓦级,人们逐渐开始关注 LED产品在使用过程中的光生物安全性。评估产品 的安全性并科学合理地利用,可以在符合安全要求的 前提下,开拓新的应用领域,提高人们的生活质量。1光生物安全标准化的产生和意义光不仅给人类带来光明,制造安全的工作环境和 舒适的生活环境,它所产生的辐射还会对人体造成伤 害。伤害主要发生在人的眼睛和皮肤,分为3类:皮 肤热危害、皮肤和眼睛的光化学危害和视网膜近紫外 万 方数据2中国照明电器 2009年第6期危害。就以前LED的性能状况而言,由于亮度不高, 应

7、用受到限制,LED能对人眼造成的直接危害微乎其 微,但是,如今,LED亮度不断提高,人们对出射光的 安全性的关注逐渐增强。由于LED光谱的特殊性, 既要考虑到LED作为光源的方面,又要考虑是否符 合激光安全的方面,只有将两者全部考虑进去,对使 用者来说才是最安全的,也才是我们制定安全标准的 目的所在。国际上有关LED安全性的标准有CIE S 009/E:2002和IEC 60825。国际照明委员会(CIE将LED归为灯具,定义 为通常具有宽广发散光束的延展性(而不是点光 源。CIE内第6部分(光生物和光化学的技术委员 会TC655正考虑使用不同的方式评定LED的光生 物安全性。其中,标准对LE

8、D造成皮肤和眼睛的光 化学危害、眼睛的近紫外危害、视网膜蓝光光化学危 害、视网膜无晶状体光化学危害、视网膜热危害和皮 肤热危害的曝幅限值作出了规定,这些曝幅限值是根 据ICNIRP(国际防非电离辐射委员会的相应指导方 针得到的。CIE S009/E:2002标准中建议生产商使用 豁免、低度和中度危险这几种类别来界定LED产品。 国际电工委员会(IEC采用专门处理激光产品安 全性的IEC 60825系列标准对LED进行光生物安全 性评估,将LED归为激光产品考量。IEC 608251激光产品的安全第1部分设备分类、要求和用户指 南有400nm和600nm的双重限制(热能和光化学方 面。在低于40

9、0nm的较短波长下,大量的uV光线 都被角膜和(或晶状体吸收,进而会对其产生损伤。 IEC 608251根据激光(或LED的可达发射极限 (AEL进行分级,这些级别用于表示激光(或LED光 线的危险程度。1级是安全的,大多数LED产品归 于1级,或者无需定级。LED和激光产品如果在运 行、维护、服务及失效的所有条件下,其光线危险程度 都没有超出1级范围,那么它们可以不受IEC 608251限制。2CIE和IEC LED光生物安全性标准的比较IEC在黄绿光至红光区域对于曝幅限值比CIE 更为严格;相反,CIE在蓝绿光和白光区域对于曝幅 限值比IEC更严格。这类危害主要产生于蓝光和白光。对于相同的

10、 曝光事件,研究发现IEC激光标准和CIE光源标准在 蓝光区域的曝幅限值非常吻合。但是IEC激光标准 定义蓝光危害出现在400nm以上波长,而CIE则拓宽 范围至最短380nm。CIE和IEC在可见光范围的危害所定义的曝幅 限值相差3.2倍。除了视网膜热危害曝幅限值,CIE对于波长大于 780nm的红外波段的曝幅限值比IEC还增加了额外 的2类评价:LV(retinal thermal hazard of 80urce￥with low visual stimulus低视觉刺激光源的视网膜热危害 和CL(cornea/lens hazard角膜晶状体危害。由于LED实际应用的复杂性,它既不完全

11、属于 激光系列,也不同于传统光源,LED需要一个科学适 用的专门的LED光安全性标准,来满足LED产业的 发展需求。而且LED照射下引起眼睛危害的情况可 能会非常复杂,例如在某些情况下,最有害的观察点 可能是在离开光源的某个距离而不是最近点。另外 表现光源的确定对于正确评价LED光生物安全性也 有重要作用。3蓝光LED对生物司辰视觉系统的特殊作用自从有了人造光源,人类可以自主地决定自己的 作息时间,照明使我们摆脱了黑暗的限制和束缚。随 着科技的发展,光的贡献从仅仅是照明逐渐渗透到人 们生活的各个领域,同时人类对光的要求也不再限于 亮度,而是对于光对人体健康和生活质量的影响的要 求更为苛刻。于是

12、,加大了对光的生物功能的研究, 其中包括蓝光的生物功能提高人们的工作生活 质量。通常,在研究光对人眼作用的时候,关注最多的 是视网膜上的锥状和柱状两种感光细胞,分别在明视 觉和暗视觉时起作用。锥状细胞对波长为555nm的 光最敏感,而柱状细胞的最大灵敏度发生在507nm。 这些就是我们通常所认识的光给予的视觉系统功效。 本文所介绍的生物功能是一种新的感光细胞,由美国 Brown大学的David Berson发现,称之为司辰视觉系 统(非成像视觉,它的最大灵敏度在波长为460nm蓝 光附近,并直接作用于下丘脑的松果体,影响人体的 万 方数据徐晨洁等:LED光生物安全性及其生物功能应用3生物功能。

13、400450500550600650700波长(nm圉13类视觉效应的光谱灵敏度分布如今,在发达地区,越来越多的人工作时间不规 律,如“三班倒”的人员,长期或间歇性的日夜颠倒式 工作时间会给人体带来不适,降低工作效率,更有甚 者影响正常的生理周期,导致神经衰弱等疾病。应用 蓝光照明能刺激视网膜上的神经节细胞,使体内皮质 醇的浓度增高,并抑制褪黑色素的分泌,可以明显改 变原来的不适应状态。若要达到相同的生物作用,使 用其它颜色的灯光所需要的照度要更高。2004年 Cajochen发现用460nm单色光照射2h后比555nm单 色光照射后有更明显的褪黑色素抑制作用,同时还会提高警觉反应,增加体温,

14、心率,并降低皮肤末梢区域 的温度。另外,CIE最新研究结果显示,缺少蓝光的 光脉冲照射能降低褪黑色素抑制作用,但是可能引起 生物钟偏移。而在众多光源中,LED更适合用于相关 用途,因为传统光源不容易得到窄光谱,并需要避免 过量的热辐射。由上可以看出LED光生物功能的重要效应。因此结合安全性考虑并采取科学适当的应用方式是非 常必要的。 4结论LED与其他传统光源不同,是一种全新的极具发 展潜力的光源,LED光生物安全性问题也成为了一个全新关注的问题,既是机遇,又是挑战。对LED光生 物安全性的正确评价与它的生物效应互相促进,相辅 相成。参考文献1周太明.光的生物功能和动感照明.长三角照明科技论坛

15、,2005,11.ofCIE“Expert Sympesium011LED”,5/2004.andHealth:Photoreceptionforbiological,behavioral and therapeuticresponses in Humans.Prdi粥ofCIE 2007,I62.4】Knoop.Benefits of photobiologicaltight畔duringrapidlyrotatingofthe opticalradiation safety requirementsfor Light Emitting Diodes.Proceeding of C1E 2007,1630.光源与照明英汉词典征订由复旦大学电光源研究所陈大