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深入解读蓝光危害 蓝光真的会对眼睛造成伤害吗?

实验室资讯网时间:2018-07-05 点击: 百度搜索

【导读】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分别为45.71%、74.36%及83.28%,青少年眼疾发病率已超越日本成为世界第一大国。 人们普遍将原因归为两方面,一是孩子功课压力大,过度用眼,不正确的坐姿也加速了对眼睛的伤害;二是长时间对着手机和平板电脑这类电子产品。两方面因素造成......
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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分别为45.71%、74.36%及83.28%,青少年眼疾发病率已超越日本成为世界第一大国。

人们普遍将原因归为两方面,一是孩子功课压力大,过度用眼,不正确的坐姿也加速了对眼睛的伤害;二是长时间对着手机和平板电脑这类电子产品。两方面因素造成了青少年眼部疲劳,致使眼睛调节能力下降,进而诱发眼部疾病。

然而,事实真的仅仅如此么?

去年,一则世界卫生组织(WHO)爱眼协会的研究报告不胫而走,报告指出“蓝光危害对人类的潜在隐性威胁将远远超过苏丹红、三聚氰胺、SARS、H1N1的破坏性,无形中吞噬人的双眼”。虽然,这则所谓的WHO研究报告已被证实为假新闻。但是却让蓝光危害这个术语进入了大众的视线。

那么“蓝光危害”到底对眼睛有没有伤害,又有多大伤害呢?我们今天就来和大家还原下事实的真相。

首先,我们来探讨第一个问题,蓝光真的会对眼睛造成伤害吗?

以下是国际照明委员会CIE于2002年发布的研究报告CIE S 009/E:2012中对于这个问题的回答:

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图1 CIE S 009/E:2012 附录A.3

大意是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。

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图2 人眼结构图

什么意思呢?眼睛之所以能看到东西是因为视网膜上分布有视杆细胞和视锥细胞,其中视网膜轴向末端有个地方叫黄斑中心凹,这里是视力最敏锐、视觉细胞最丰富的区域,而之所以呈现黄色是因为其富含叶黄素。正常情况下,随着年龄增长黄斑凹老化引起视觉衰退。但长期处于蓝光照射下,过量的蓝光直接进入视网膜并产生大量自由基,造成黄斑凹加速氧化,最终导致黄斑凹处的视觉细胞大量死亡,而这种损伤是无法自行修复的。

第二个问题,是不是只有蓝颜色的光才有蓝光成分?

先看以下三张光谱图。(从左到右依次是钨丝灯(白炽灯)、荧光灯、LED灯)

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图3 不同光源光谱分布图

这三种光源的颜色依次为暖色、白、冷白。可以看出,就算是日常白炽灯发出的是暖色光也一样含有蓝光成分,也就是说,蓝光成分普遍地存在于各类灯具和光源中,区别的只是蓝颜色的光不怎么含有其他颜色的成分。而且需要指出的是,白光LED是靠蓝色光激发荧光粉发出黄红光,然后融合本身的蓝色光一起形成白光,因此其蓝光成分的比例会相对较其他类别的光源更集中。

第三个问题,是不是把LED灯全部换成荧光灯或者钨丝灯会更好呢?

答案是否定的。图4是《IEEE PAR 1789-2015 危险性评估草案LED照明闪烁的潜在健康影响》中对光源频闪对观察者造成危害的分级图,绿色部分为不可察觉区(无危害区),黄色为低风险区,白色为有害区。

虽然人眼可以辨别的极限频率大概是60Hz,也就是说靠视觉是难以区分60Hz、100Hz和3000Hz发光频率的。但是还是那句老话,看不到的不一定无害。大量研究指出,长时间暴露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工作在工频下的,因此其发光的频率大概在100Hz前后(波形见图5),标准对该频率下波动深度无危害的上限规定为3.3%。而仅依靠热稳定的白炽灯或者荧光粉余晖的荧光灯都是很难满足这个要求的。

而LED在这方面有先天优势,由于其存在PWM控制,发光频率往往能达到1500Hz甚至3000Hz以上,而在这种频率下不管光的波动深度有多大都是安全的。换句话说,就是频闪危害对传统光源是个老大难问题,而对LED产品来说是个驾轻就熟就可以解决掉的问题。

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图4 IEEE PAR 1789-2015 频闪危害分级图

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图5 传统光源频闪波形

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,减少视觉疲劳。

也就是说,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,更何况任何波段的光成分只要超量都是有害的,因此也没必要因噎废食。

那么,今天最后一个问题,什么样的LED产品才是无害的?

古语曰,一切抛开剂量的谈危害都是耍流氓。

那么,这个“剂量”,或者说“度”又在哪呢?

我们先来看看国内外的相关文献法规是怎么说的。

首先,前面提到的CIE S 009后来被国际电工委员会IEC采纳了,变成了IEC 62471:2006 灯与灯系统的光生物安全,这个便是关于光生物安全的第一部国际技术法规。然后这个IEC 62471:2006被欧盟采纳并加严了部分要求后变成了EN 62471:2008,并在EC/244/2009 EUP指令中要求强制执行。后来时间一转到了2014年,这一年出版的IEC 60598-1-2014中加入了IEC/TR 62778:2014 蓝光危害这个项目,并强制执行。

国内基本是照着IEC这条路线走的,首先国内参照IEC 62471:2006发布了GB/T 20145-2006,其次GB 7000.1-2015也参照IEC 60598-1-2014增加了IEC/TR 62778的要求。也就是说,这个蓝光危害不论国内外都是有法可依的,而且违法必究。

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图6 光源的视场角示意图

那么我们来看看技术法规(标准)中是怎么规定的。首先,IEC/TR 62778:2014 沿用了IEC 62471:2006的测试原理和基本方法,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来看他投射到单位面积上的能量;亮度则刚刚相反,是把人眼作为一个点去直视光源来看光源上单位面积的能量。以下是IEC 62471:2006中给出的蓝光危害的限值。

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图7 IEC 62471:2006 限值要求

可以看出,标准对其结果是分成三个等级的,即豁免级、低风险和中风险。其中GB 7000.1-2015规定了灯具产品的蓝光危害不可超过低风险,而且儿童可移式灯具及电源插座夜灯这两个类别产品的蓝光危害更是不能超过豁免级。

那么,来到敲黑板划重点的时候了,怎么才能判断一盏灯的蓝光危害大致属于什么水平呢。

首先,最准确的办法就是看该产品有没有通过相关的认证(CCC、CQC等),或者翻看有无该产品的不合格的记录通报等。

其次,就是通过产品外包装的信息以及产品设计进行大致推断。下图是同等功率的不同色温LED光源的光谱分布,可以看到色温高(颜色偏冷)的LED蓝光成分(大概430nm到490nm这部分)要远远高出色温低的(颜色偏暖)。

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图8 光谱分布随色温变化图

这里有一组IEC推荐的不同色温和光度低风险以下的组合数据。下图分别为不同色温下亮度和不同色温下照度的推荐数据。可以看到,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。

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图9 IEC推荐的低风险蓝光危害色温与亮度组合

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图10 IEC推荐的低风险蓝光危害色温与照度组合

结合辨识度、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的灯具产品。其中色温产品外包装一般有标示,照度值可通过安装高度、拟使用的面积和使用产品总功率来粗略计算。
比如,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,那么如果打算选购类似高度的LED台灯产品,其功率就应该介于7W-13W之间。而安装高度增加一倍,照度衰减4倍。

再比如,客厅面积50平方,高度大概3.5米,那么算上墙面什么的等效面积大概就是100多平方,要达到100Lx的照度水平,就需要100m2×100 Lx=10000 lm的光通量,那么按照LED一般的能效水平100 lm/W,那么就需要安装总功率约合100W的灯具产品。

最后,就是尽可能选择带光线扩散板(乳白色磨砂罩)的灯具产品。下面有一组比对数据,我们可以看到,同一样品编号白黑两组测试数据分别代表带有磨砂罩和去掉磨砂罩时的结果。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。

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图11 去掉磨砂罩前蓝光危害的比对图

(本文来源:互联网 )

(责任编辑:子豪)

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