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你家的led灯会让不同年龄的人,www.js333:感觉到刺眼和令人不快吗?

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博科园:本文为光学与光子学类

1健康照明的需求

虽然led越来越多地用于低能耗照明和显示器,但消费者有时会发现led的光线刺眼或令人不快。一项新研究的发现指出,在设计更赏心悦目的白色led照明时,需要考虑到与年龄相关的感知差异。研究团队负责人、加利福尼亚州弗里蒙特索拉公司(soraa inc.)的奥雷利安·大卫(aurelien david)说:研究表明,光源发出短波长光的数量和观看者的年龄可能会导致对白光的不同感触,从而造成刺眼或令人不快。

经过过去十年的半导体材料技术发展和制造工艺的提升,白色发光二极管作为新型的固态发光器件已经逐渐取代了传统光源。其高光效、低能耗、无污染、长寿命等优点,使其在灯具市场的渗透率连年递增。然而,随着led光源的快速发展,各种照明应用对光源提出了新的要求。人们从最初的对led光效和成本的重视逐渐发展到对其光品质和健康的追求。目前市场上一些光源的光谱缺失、色彩还原性差,一些led灯由于驱动电源等使用不当,存在频闪、眩光、用眼安全等诸多问题,用户体验不佳。因而为了符合消费者对生活品质以及舒适度的需求,高光品质、舒适健康的照明技术成为近期市场的发展主流趋势,也对白光及模组技术提出了新的挑战。

led光源加剧了这种影响,因为它们的发射通常具有蓝色或紫罗兰色辐射的大峰值。研究人员在“光学学会”(osa)期刊《光学快报》上报道了这一新发现。研究指出,尽管传统色度学假设所有用户都有相同视觉反应,但现在开发的颜色感知模型考虑到了年龄相关影响,可以用于预测和帮助减轻颜色感知的差异。今天,光的颜色是由基于几十年科学的标准来定义,而这些科学并不能准确地预测颜色感知。

2全光谱白光的技术方案

这为设计更好的光源带来了障碍,这些光源将尽量减少用户之间的差异,并有助于增加对led技术的使用。在这项研究中,向观众展示了几个具有不同发射光谱接近白色的led光源,并要求他们将感觉到的色调与参考白光的色调进行比较。测试光源是研究人员努力开发更适合睡眠光源的一部分,它们具有一种特殊的发射光谱,其中短波长蓝光可能影响睡眠,被短波长的紫光所取代,而短波长的紫光可以保持光的白色。

目前实现白光的方式主要有以下两种:第一种是通过多色led多芯片组合实现白光。该技术路线主要要解决“黄色鸿沟“问题,黄光成为主要技术瓶颈。以南昌大学江风益教授代表的研究团队正致力于研究硅衬底高光效黄光led芯片的开发,并取得了关键性进展,黄光led电光转换效率突破22.7%,达业界领先。由于此实现白光的技术路线对各色芯片的要求较高、初期成本较贵,且考虑到多色芯片长时间热态使用可能出现的光色差异导致色温不稳定性问题,应用领域虽潜力巨大但目前仍受到一定限制。

www.js333,根据标准色度学方法,所有用户对某个led光源的感知应该相同,然而研究发现观众之间的差异很大。一些人认为给定的来源看起来非常粉红色,而另一些人认为相同的来源看起来非常绿色。对这些发现的分析表明,感知差异在很大程度上是由年龄驱动的。

第二种方法是单色led芯片激发多种荧光材料实现连续白光光谱。由于芯片材料及结构单一、简单、封装及控制成本较低,是当前实现全光谱白光的主要方案。通过在蓝光或其他单色led芯片上涂敷荧光材料转化成白光,因此荧光材料是决定白光质量和色彩还原效果的关键因素。过去市场常规的蓝光芯片+黄色或绿色/红色荧光粉组合模式,会产生白光led蓝光过剩、短波青光缺失、长波红光不足问题。新型全光谱led在芯片和荧光粉选择及配比上进行了较大改善和优化,从而达到近似于自然光的高品质白光照明体验。

转向现代颜色科学,研究人员能够推导出一个准确解释他们观察到用户间感知变化的感知模型。这些不同寻常led光源的感知色调,在很大程度上受到观众在紫罗兰范围内的灵敏度影响,这与年龄有很大关系。虽然其他人也观察到了白色led感知的类似变化,但这种效果特别容易看到,因为这些特殊的led加剧了这种变化。

高品质白光led照明体现在舒适性、真实性、安全性、健康性四个方面。其具备优异的视觉舒适性,高显色性,用眼安全和迎合昼夜节律调节等特点,满足消费者心理和生理健康。从led封装的角度来说,高品质白色led光源应具备较高的显色性以呈现物体的本真颜色,即光源光谱更接近于太阳光或白炽灯标准光源,连续性佳,平滑均匀。其次,光源不含紫外及红外辐射、并符合人眼敏感曲线。同时,满足对光质量、色饱和度分辨率要求高的场所。例如:高保真、色饱和度照明符合博物馆、画廊的需求;用于商业照明能够提供较少色差的购物环境,有利于商品的销售;用于手术灯照明可以正确显示血液,皮肤以及伤口组织的颜色;用于教育照明还原书本画面强,提高学习注意力;用于摄像摄影实况转播,良好的色彩饱和度和高保真度使气氛还原更加清晰真实;用于家居照明,高品质的白光使人们感觉更舒适,更加享受生活。为更精准的衡量光源还原物体颜色的能力,业界开始采用新的方法来评估对比不同光源的色品质表现,比如,在cri测试基础上增加ies tm-30-15评价标准对颜色保真度和颜色色域度双参数体系进行评估,针对性地解决了cri体系中对比色代表性不足、色空间不对称、参考光源不连续等问题。此外在光谱设计时,考虑较低的高能蓝光占比以减少潜在的蓝光危害,及通过封装设计和传感来调控led色温及亮度随日照变化及使用场景的需求,并符合人体生理节律。

研究还表明,年龄相关的感知效应存在于传统led中,例如那些同时用于照明和显示应用的led。这意味着,假定具有相同白色的两个常规led源,在给定观察者看来可能非常不同。这就需要定义新的颜色标准:通过使用现代色度学,未来led光源的设计可以量身定做,以最大限度地减少观众之间的差异。

3蓝光危害与健康光源的特性

制造商可以利用这种现代框架来设计更坚固的照明,以抵御年龄驱动的变化。对年龄相关的色度量进行标准计算,将有助于制造商和其他利益相关者将年龄相关的影响纳入未来led发射器的设计中。应该确保这种与年龄相关的影响不会阻碍led技术进步,因为它们可以通过现有的科学工具来解决,尽管不常用。

虽然来自学术界、工业界、医学界的专家已经达成了基本共识,即正确使用合格的白色led照明产品对人眼来说是安全的,但人眼感应蓝光的锥状细胞的最大吸收波长与常用蓝光芯片的发光波长及视网膜蓝光伤害特征曲线有很大的重合,因此,人们会特别关注高能蓝光对敏感人群人眼的影响。如图2所示,蓝光伤害曲线是指波段位于415-455nm,由于波长短,能量高,可以穿透晶状体到达视网膜,光功率中的蓝光成分对视网膜可能造成潜在的化学损伤,加速黄斑区细胞的氧化,引起视觉疲劳和视网膜疾病,如老年性黄斑变性。国内外已推出一些相关的安全标准和参考文件作为支持。iec/en 62471:2006已经建立了关于评估灯具的光生物安全性的方法。北美的ansi/iesna rp-27建立了灯具和灯具系统的光生物安全相关标准。iec/tr 62778规定了一般照明服务灯具类别的问题,并提供了对led照明产品应用蓝光危险分类的指导。灯具通用安全要求标准en 60598-1:2015针对led灯具的要求更新主要包括:针对led光源的蓝光伤害,增加了明确的危害等级要求;并且基于不同的危害等级,有相应的标签、说明书及固定灯具的安装要求。此外,考虑到儿童和老人的眼睛结构对蓝光的透过率、敏感性与成年人相比相对较弱,目前已有一些针对他们对蓝光危害的承受能力的评价方法研究,但还没有统一的标准。另外,高能蓝光危害的程度与剂量有关。蓝光的强度越大,危害等级也就越高。

博科园|研究/来自:美国光学学会参考期刊《光学快报》doi: 10.1364/oe.27.031553博科园|科学、科技、科研、科普关注看更多大美宇宙科学

下面三个参数相乘,才能得到蓝光的剂量:

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1、光源光谱中本身包含蓝光成分的比重;2、光源本身的亮度;3、受到蓝光照射的时间。

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而这三点,也是者防止受到蓝光危害而常采用的三个方向:

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1、选择色温低的光源;2、降低光源的亮度,方法如增加扩散板,避免光源直射眼睛;3、不要在很强烈的光环境中工作时间太久。除此之外,我们可以考虑从光源设计最大限度降低高能蓝光占比。

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