光与健康

半导体照明与光健康

光除了对人体产生视觉功效之外,还具有非常重要的非视觉生物功效。从光照对人体昼夜节律的影响,探 讨人工照明如何促进人类身心健康在今天具有一定研究价值。人类昼夜系统只是过去二十多年才成为世界广泛研究的课题,国内外学者开展照明对人体昼夜节律影响 的研究也不过是近十年的事情。我们需要针对我国被试者研究怎样的光谱分布、多少光照才能对昼夜节律产生作用?在此基础上尝试通过改善照明环境实施对人体昼 夜节律的干预,创造有利于人体身心健康和提高作业效能的生活和工作环境。见图1。


生物钟混乱或昼夜节律破坏必将给人体健康带来严重的后果。光疗法(Light therapy)在提高睡眠质量、治疗抑郁和季节性情感障碍 (SAD)、改善老年性痴呆的生活环境等方面,医学临床疗效甚佳。如何在人们日常生活和工作的环境中,考虑光照对人体昼夜节律的影响和扩展照明光疗作用, 是我们面对的挑战。见图2。


LED不同于传统光源与灯具,易于构成特定光谱分布、便于实现智能控制,对于提升人工照明环境改善人体昼夜节律的功效方面,具有无可比拟的 优势。目前需要分析和研究影响人体昼夜节律的光谱特性和光照水平阈值。良好照明不仅需要满足人们的视觉作业要求,还应对人类健康、幸福感、警觉和睡眠质量 产生积极的作用。因此,以昼夜节律光生物学理论为基础,通过光照水平和光谱能量分布(SPD)对人体褪黑激素抑制作用影响的研究,有助于加强人们深刻理解 光照与人体昼夜节律的相互作用关系,为创造有利于人体身心健康和提高作业效能的光照环境,提供坚实的实验和理论支持。对未来家居照明、办公室照明、学校照 明和医院照明,以及户外照明等,将起到重要的设计指导作用。另外对半导体进入通用照明的白光LED发射光谱设计和灯具系统设计,提供科学依据。今后的照明 质量评价标准也会从以视觉为主导的体系转变到满足人类健康照明需求,当然这需要在更多的研究工作基础上得到发展。见图3。

 


正是LED无限潜在的可能性,其应用不应受传统制约和束缚,是人类勇于探索和尝试新的做法,我们才能感受到半导体领域正在孕育一场前所未有的、超越照明的创新革命。


超越照明!创新思维总会引发未来的伟大变革。LED取代传统光源白炽灯用于照明之外,将在生命科学、康复医学、植物生长、短途通讯领域中得 到全面应用。通过半导体在未来人居环境中的应用,将改变和颠覆人类生活的常规起居和工作环境,规避自然灾害和保证食品安全,人类生活将迎来健康照明、智能 照明、情景照明、信号传输的新纪元。一个更加综合、领域交叉、应用无限扩展的未来世界将出现在人居环境中。让我们对未来LED超越照明的应用模式做一展 望。


(1)基于光健康与非视觉生物效应理论,考虑自然光和人工光的特征,研究适应人居环境的光干预方式和利于调节人体生物节律的理想LED的光谱能量分布特征,并据此研发和试制出高效型、节能型、健康型的半导体灯具产品。


(2)通过开展研究LED对人体刺激、调节和活化作用的光学治疗方法,利用LED特定窄光谱的照射(405~420nm的蓝光对粉刺治 疗,600~950nm的红光和红外线可以治疗酒糟鼻和皱纹;532~595nm的绿至黄光,对老年人脸部皮肤红和血管改善;红光刺激皮肤中的线粒体,促 进新的细胞再生。),可以改善皮肤条件。特定光谱照射对脑损伤、伤口愈合、晒伤等,可以加速新的胶原产生,加快康复。利用LED在健康美容的光疗技术,把 健康照明引入人居环境。


(3)通过特定的LED光谱能量分布及光照模式,设施植物生长不受天气及灾害影响,具有战略意义。研究LED光照的光合作用以及对产量与品 质的影响效应,获取LED光谱能量分布与光输出控制参数;研发用于设施植物生长的均匀平面光源和大功率多芯组合封装光源;研制温室植物生长专用LED照明 及其控制系统,开发智能化LED光源植物生长柜。研究结果必将对住宅和办公室植栽园艺带来新的思路,根本解决日光不足的问题,使得在特殊地方利用人工光来 干预植物生长成为可能。


(4)基于LED照明的室内、室外短途通讯技术及系统是未来LED在人居环境中应用的一个独特方向。研究大功率LED器件高速调制/解调技 术、均衡技术,利用照明用大功率LED,在照明的同时实现室内、室外的短距离光学无线通信;研究可见光通信防频闪技术,保证在数据发送时LED不会产生肉 眼可察觉的闪烁,避免通信时灯光对人眼产生的不适感。


半导体照明与传统照明相比,具有数字化、易于集成、健康理念、应用领域广等特征,这决定了半导体照明的创新发展应该具有更加广阔的空间,应避免再走传统照明的老路。因此,半导体照明未来发展也将充分考虑其自身特征,从创新设计理念的提出,到技术研发的突破,以及