详谈康健照明？办公桌上有灯

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2022年，中国要推进这70个工程项目

详谈康健照明

2022-03-15    

   作者：余锡宾，张晓明，周孟洋/上海师范大学  

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　　科学研究发现，光作为人体昼夜节律系统主要驱动力之一，无论是自然的太阳光照样人造光源，都市引发一连串的心理节律反映。光通过视觉和非视觉作用，差异水平地影响着人体康健。因此，提倡“康健照明”，提高光品质及恬静性具有异常主要的现实意义。

　　所谓康健照明，就是通过照明，改善并提高人们事情、学习、生涯的条件和质量，促进心理和心理康健。

　　太阳光谱是最康健的光谱。太阳光谱主要包罗紫外、可见及红外光谱。紫外线具有杀菌消毒的作用.可以杀灭螨虫等微生物或病原体，促进维生素D合成，对佝偻病和软骨症有预防和治疗作用，还能预防暮年人骨质松散症，有消炎止痛、促进局部血液循环、调治免疫力等作用;红外线在人体组织代谢、血液循环、人体免疫功效增强等方面具有很好的治疗作用;同时对于肌肉痉挛、肌肉劳损、软组织损伤、身体组织消肿有治疗作用。

　　所谓康健照明主要是指用于照明的人造光源光谱应尽可能靠近太阳可见光谱(即仿自然光照明)，照明必须知足场所的功效性要求和人们的心理要求。既要求灯光的恬静度，又要在色温、亮度、光与影的协调剂方面知足人们的心理情绪。在高显色指数的基础上，削减蓝光(R12)的相对能量，以防止蓝光危害;增添红光(R9)的相对能量，以促进人体的身心康健。

一组自然可见光谱

　　1、蓝光问题

　　据官方数据统计，我国7-12岁、13-15岁、16-18岁学生患有眼疾概率划分为45.71%、74.36%及83.28%，青少年眼疾发病率已逾越日本成为天下第一大国。

　　人们普遍将缘故原由归为两方面，一是孩子作业压力大，太过用眼;二是长时间对着手机和平板电脑这类电子产物。两方面因素造成了青少年眼部疲劳，致使眼睛调治能力下降，进而诱发眼部疾病。

　　凭证国际照明委员会CIE于2002年宣布的研究讲述(CIE S 009/E:2012)：蓝光可以引起视网膜的光化学损伤，主要集中在视网膜色素内表皮细胞，并在视网膜上形成弧光和盲点。眼睛之以是能看到器械是由于视网膜上漫衍有视杆细胞和视锥细胞，其中视网膜轴向末尾有个地方叫黄斑中央凹，这里是视力最敏锐、视觉细胞最厚实的区域，而之以是出现黄色是由于其富含叶黄素。正常情形下，随着岁数增进，黄斑凹老化引起视觉衰退。

　　但耐久处于蓝光照射下，过量的蓝光直接进入视网膜并发生大量自由基，造成黄斑凹加速氧化，最终导致黄斑凹处的视觉细胞大量殒命，而这种损伤是无法自行修复的。

　　2022年4月，西班牙巴塞罗那全球康健研究所(ISGlobal)宣布，夜间蓝光照射的时间越长，人们的身体节律就越会被打破，从而导致乳腺癌和前线腺癌的发病率升高。这项研究效果“评估了在西班牙人工照明夜间曝光与乳腺癌和前线腺癌风险之间的关系。必须强调：任何波段的光谱只要超量都是有害的。

图1 人眼结构图

　　2、蓝颜色的光=蓝光因素?

　　以下四张光谱图从左到右依次是可见自然光、钨丝灯(白炽灯)、荧光灯、led灯。

图2 差异光源光谱漫衍图

　　四种光源的颜色依次为自然光、暖色、白、冷白。可以看出，纵然是一样平常白炽灯发出的暖色光也一样含有蓝光因素。蓝光因素普各处存在于各种灯具和光源中，区其余只是蓝颜色的光不怎么含有其他颜色的因素。而且白光LED是靠蓝光引发荧光粉发出黄红光，然后融合自己的蓝色光一起形成白光，因此其蓝光因素的比例相对较其他种其余光源更集中。

　　3、康健照明的人造光源选择

　　图3是《IEEE PAR 1789-2022 危险性评估草案LED照明闪灼的潜在康健影响》中光源频闪对考察者造成危害的分级图，绿色部门为不能察觉区(无危害区)，黄色为低风险区，白色为有害区。人眼可以辨其余极限频率也许是60Hz，也就是说靠视觉难以区分60Hz、100Hz和3000Hz发光频率。大量研究指出，长时间露出在有危害的光源频闪环境中，轻则眼部疲劳视力衰退，重则头晕恶心神经系统受损。

　　由于白炽灯和荧光灯都是直接事情在工频下，因此其发光的频率也许在100Hz前后(波形见图4)，对该频率下颠簸深度无危害的上限尺度划定为3.3%。仅依赖钨丝发烧的白炽灯或者荧光粉余晖的荧光灯都是很难知足这个要求。

　　非调光时，LED是恒流驱动，不存在频闪问题;调光时可通过PWM等控制方式，将频闪控制在3.3%以下，到达频闪平安。以是，频闪危害对传统光源是个老浩劫问题，而对LED产物来说基本没有频闪危害问题。

　　另一方面，由于LED的易调光性及可在一个灯具中集成多种芯片，因此可实现更好的色彩还原，削减视觉疲劳。以是LED相对传统光源在频闪危害的控制、色彩还原度等方面更具优势，同时也更节能环保。因此，只要设计合理、科学，作为康健照明的人造光源，LED照明将是最佳选择。

图3 IEEE PAR 1789-2022 频闪危害分级图

图4 传统光源频闪波形

　　4、康健照明LED产物尺度

　　康健照明是一个及其庞大的系统，直至现在国家并没有关于康健照明的明确指标，康健照明还在前进、探索阶段。

　　现在市场上的康健照明产物不少，但质量乱七八糟，更多是商家促销的噱头，市场较为杂乱，急需一个权威、统一、模板性作用的康健照明尺度，指导康健照明行业的良性生长。虽然康健照明尺度的制订并非易事，但其主要性不能忽视。

　　随着照明产业的不停生长，每项手艺在能效和光的品质方面都各有所长，但稳固的是尺度的主要性，由于照明环境的质量、性能和平安性，甚至于我们的生涯质量，都取决于尺度。

2022全球LED照明行业分析

　　现在主要参照的是：前面提到的CIE S 009厥后被国际电工委员会IEC接纳了，酿成了IEC 62471:2006 灯与灯系统的光生物平安，这个即是关于光生物平安的第一部国际手艺律例。然后这个IEC 62471:2006被欧盟接纳并加严了部门要求后酿成了EN 62471:2008，并在EC/244/2009 EUP指令中要求强制执行。2022年出书的IEC 60598-1-2022中加入了IEC/TR 62778:2022 蓝光危害项目，并强制执行。海内参照IEC 62471:2006宣布了GB/T 20225-2006，其次GB 7000.1-2022也参照IEC 60598-1-2022增添了IEC/TR 62778的要求。

图5 光源的视场角示意图

　　手艺律例(尺度)： IEC/TR 62778:2022 沿用了IEC 62471:2006的测试原理和基本方式，对蓝光危害划分为光谱辐照度和光谱辐亮度两个大类。照度就是视光源为一个点光源测定其投射到单元面积上的能量;亮度是把人眼作为一个点去直视光源，测定光源单元面积的能量。以下是IEC 62471:2006中给出的蓝光危害的限值。

　　可以看出，尺度对其效果分成三个品级，即宽免级、低风险和中风险。其中GB 7000.1-2022划定了灯具产物的蓝光危害不能跨越低风险，而且儿童可移式灯具及电源插座夜灯这两个种别产物的蓝光危害更是不能跨越宽免级。

表1 IEC 62471:2006 限值要求

　　下图是一致功率的差异色温LED光源的光谱漫衍，可以看到色温高(颜色偏冷)的LED蓝光因素(也许430nm到490nm这部门)要远远高精彩温低的(颜色偏暖)。IEC推荐的差异色温顺光度低风险以下的组合数据：2350K、4000K以及6500K的推荐光度依次为不高于40Mcd/m2、8.5 Mcd/m2、5 Mcd/m2的亮度和4000Lx、850Lx、500Lx的照度。也就是说色温越低，允许的光度越大。

　　连系辨识度、色彩还原和能效等综合因素，推荐选择色温介于3500K-5000K、书桌照度介于300Lx-1000Lx、室内照度介于100Lx-350Lx的灯具产物。其中色温产物外包装一样平常有标示，照度值可通过安装高度、拟使用的面积和使用产物总功率来大略盘算。例如，13W的LED台灯发光面距离桌面400mm高度时正下方照度值约为1000 Lx，那么若是设计选购类似高度的LED台灯产物，其功率就应该介于7W-13W之间。

　　而安装高度增添一倍，照度衰减4倍。客厅面积50平方，高度也许3.5米，那么算上墙面的等效面积也许就是100多平方，要到达100Lx的照度水平，就需要100m2×100 Lx=10000 lm的光通量，那么根据LED一样平常的能效水平100 lm/W，那么就需要安装总功率约合100W的灯具产物。

图6 光谱漫衍随色温转变图

图7 IEC推荐的低风险蓝光危害色温与亮度组合

图8 IEC推荐的低风险蓝光危害色温与照度组合

　　最后，就是尽可能选择带光线扩散板(透明陶瓷片或乳白色磨砂罩)的灯具产物。下面有一组比对数据可以看到，统一样品编号白黑两组测试数据划分代表带有磨砂罩和去掉磨砂罩时的效果。可以看到去掉磨砂罩后，蓝光辐亮度普遍上升了10倍到100倍之间。

　　表3 去掉磨砂罩前后蓝光危害的比对图

　　5、现在照明手艺存在的问题

图9 各种照明光源光谱图

　　LED光源是一种具有环保、节能、长寿命等特征的绿色光源。同时，LED相对传统光源在频闪危害的控制、色彩还原度等方面更具优势。因此，LED照明正在逐步取代日光灯和节能灯。

　　然而，现在白光LED照明主要通过蓝色LED+黄色荧光粉来形成。白光LED的光谱局限较窄，尤其是短波蓝光区域的能量对照集中，与太阳光谱现实相差很大，另有显著的眩光效应，使得LED照明光源对人体长时间照射会发生晦气影响。现有的点胶与封装工艺存在光衰减风险;又因其散热性差，不能顺应大功率照明要求。

　　只管现在一些企业已经确立自己的尺度，如具有明确指标，确保无蓝光、无眩光、无频闪等。其显色指数、色温、照度、亮度等指标都相符GB/T 20225-2006、GB 7000.1-2022的要求，但没有任何一个尺度，具有绝对的权威性，可保证产物按此尺度生产出来，就一定是康健照明产物。

　　上述图谱也说明，虽然市场商用照明灯具大多知足前面所提到的指标值，然则现有日光灯和LED灯大多有显著的蓝光，光谱都显著偏离自然光谱，并不是康健照明产物。

　　判断一个照明灯具是否是康健照明产物除了显色指数、色温、照度、亮度、频闪、眩光等指标外，一个极其主要的判据应该是该产物的光谱图与可见自然光光谱图的吻合度。由于纵然该产物的光谱图显著偏离自然光谱，其显色指数、色温、照度、亮度、频闪、眩光等手艺指标也可以到达要求，但显著偏离可见自然光光谱的产物，并不是真正的康健照明产物。

　　可以以为产物光谱图与自然光谱吻合度大，又知足上述指标要求的产物应该是康健照明产物。随着行业对康健光环境熟悉的深入，信托未来会有加倍完善的尺度泛起。

　　6、康健照明手艺的生长趋势

　　2022年3月，第十届法兰克福国际灯光照明及修建物手艺与装备展(Light+Building 2022)中一大亮点为COELUX的灯具系统(图A)，接纳了LED 光源，并使用含有发生瑞利散射的二氧化钛纳米颗粒的透明聚合物，来模拟大气层剖析差异波长的光，从而到达真切的太阳光效果。

　　2022年5月波士顿Tech Jam展会上，欧司朗首次展出人因照明(HCL)手艺(图B)，成为展会上的焦点之一。“人因照明” 实在就是仿自然光照明手艺，手艺要害就是提供高效稳固的仿自然光照明光源。

　　2022年6月21日，韩国LED 照明公司Mimi照明连系首尔半导体的最新光半导体手艺和东芝质料公司的“TRI-R手艺”，开发一种太阳光光谱的复制手艺的新一代光源(图C)。它能优化RGB(红、绿、蓝)三原色的平衡，类似于太阳光的光谱，并把LED中众所周知影响心理效应的蓝来临低到靠近太阳光的水平。 SunLike这种新一代LED手艺已经被应用于家庭照明，为消费者提供康健照明。在2022年的爱迪生奖颁奖仪式上，SunLike被列为“十大必看产物”，其手艺获得了全球专家的认可。此外，2022年3月，它还获得了德国电子零件杂志Elektronik”的年度产物金奖。

　　2022年6月，佛山国星光电接纳长波紫光芯片和特殊荧光粉手艺，全光谱系列LED光谱靠近太阳光(图D)，颜色品质迫近太阳光，光谱笼罩400-780 nm波段，可实现高品质的太阳光式照明，且紫光波段比尺度参考光源低，削减了低能波段(400-440 nm)对视网膜的损伤，是更康健、更恬静的人工太阳光。

　　上海师范大学项目组基于发光陶瓷与多光色LED复合芯片光源设计的连系，获得光谱更靠近可见自然光的LED康健照明器件：以商品透明氧化铝陶瓷为基片，接纳陶瓷制釉工艺，以多种LED发光质料、介质及基础釉料配成发光釉料，通过静电喷涂、丝网印刷等工艺涂布在透明陶瓷基片上，低温烧结，不要求还原气氛，获得发光陶瓷。再组装LED芯片，成为LED照明用发光陶瓷制品。这种方式的特点是：工艺装备简朴;节能环保;透明陶瓷的加工尺寸和力学性能有保障。

　　另外，加工工艺对质料的发光性能影响小，也有利于后续LED芯片组装及应用。改变荧光粉的组成及发光层的厚度，可以调治出光效率和光谱特征。多光色LED复合芯片光源的设计;确保芯片功率和光谱匹配。复合芯片光源可以共引发发光陶瓷并可调制照明器件的光色性。

　　连系上述发光陶瓷与复合光源，接纳倒装的方式组装复合LED芯片，获得光谱更靠近可见自然光(图A)的LED康健照明器件，色温5127K(图B)，显色指数Ra到达98(图C)，发光效率95Lm/W，光谱笼罩400-720 nm波段，蓝光因素比自然来临低，削减了蓝光波段(400-440 nm)对视网膜的损伤;光谱的恬静度、色温、亮度、光与影的协调剂等方面更容易知足人们的心理情绪，优化了自然光光谱，真正实现仿自然光LED康健照明。

　　用上述类似的手艺，以玻璃、透明塑料片为基板，用硅胶作为粘结剂，涂覆多种LED发光质料，获得发光玻璃及塑料发光片，再组装多光色复合LED芯片，同样获得仿自然光LED康健照明器件。

　　使用本方式制备的LED照明器件，保持LED照明节能、环保的特点。可以削减蓝光，光谱平衡、延续。同时，由于发光陶瓷具有很好的导热性能及光散射作用，照明光源现实为面光源，大大削减了眩光效应，行使这一手艺还可知足大功率照明的应用需求。该手艺不需点胶工艺，可以大大降低光衰减风险，同时可增添荧光粉的用量和选择局限。该制备方式工艺简朴，生产周期短，成本低，适合规模生产。该手艺的中国专利申请已受理。

减增值税、降社保费率 LED企业将迎利好

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