復旦大學光源與照明工程系副教授林燕丹

今天，我們要討論的是一個非常有趣的話題：健康照明。很多人都在談健康照明，但是能對健康照明有整體認識的并不多，更多的是將健康照明片面地理解為光生物安全或光的非視覺生物效應。光生物安全當然是健康照明所需要考量的重要內容，例如藍光的視網膜危害、紫外光對皮膚的損傷等，但是它只是健康照明的一個部分，其實，健康照明是一個富有內涵的話題，它綜合包含了視覺、心理和生理的效應。而對于LED來說，由于大功率紫外LED目前并不形成成熟產品，LED照明中紫外光對皮膚的損傷部分本文不做討論。

　　人對外界信息的獲得有80%以上來自視覺，所以影響照明健康的重要機制之一來源于視覺通道。人類經過長期的進化，也形成了與之對應的接受光感受光的系統。光線穿過瞳孔、晶狀體、玻璃體到達視網膜，然后被錐狀細胞和桿狀細胞接收，轉換成電信號傳遞到大腦的視皮層，最后在大腦內轉換成視覺信號。

　　在這個過程中，眼睛占據了極其重要的位置，成為接收信息的入口。眼睛同時也是非常脆弱的器官。通常，在輻射層面上對眼睛最具殺傷力的，除了激光就數紫外線了，但通常紫外線到達不了眼底。而藍光是可見光里波長最短的一段，與紫外線相比，其具有較長的波長正好可以穿過瞳孔、晶狀體和玻璃體到達人眼的視網膜;其與長波可見光比具有的較大的粒子能量在適當的量值時將對人眼視網膜具有傷害性的破壞作用。由于目前白光LED多為藍光芯片加黃光熒光粉組合而成，其在藍光部分的峰值讓人們對LED的藍光危害有所顧忌。然而，對于普通照明的LED產品，由于有照明標準對亮度及直接眩光等因素進行了控制，其強度通常不足以破壞人眼的視網膜。在使用LED作為照明產品時，應注意其處于照明標準所要求的參數范圍內，同時，應避免近距離對直射光源的觀測。

　　另外，通過視覺不舒適而引發的視覺疲勞和視覺損傷也是非常值得引起重視。長期處于不舒適的照明環境，例如不合適的照度、不均勻的光分布、強烈的頻閃、眩光等，對人的健康的傷害是很嚴重的。例如研究表明頻閃的存在會引發偏頭痛、不舒適眩光引起視覺疲勞等。復旦大學電光源研究所自2006年起在上海市教委的委托下進行了《教室照明要有亮度更要有舒適度——關于改善上海市中小學校教室光環境的研究》，聯合市衛生局、復旦大學眼耳鼻喉醫院衛生部近視眼重點實驗室和公共衛生學院對22000學生視力進行為期三年的視力跟蹤監測，結果顯示光環境改造成果對促進健康視力發展的影響顯著，這正證明了光環境影響視覺的健康發展。

　　影響健康照明的另一個機理來自于照明的非視覺生物效應。人的眼睛不單是能用來看東西，人眼里還有一個第三類感光細胞，——作為2002年世界的十大發現之一，David Berson教授等在哺乳動物的視網膜上發現了第三種感光細胞(稱為本征感光神經結細胞ipRGCs)。與錐狀細胞和桿狀細胞相似，神經結細胞對不同波長的光的靈敏度也是不同的，其峰值波長位于460 nm-490nm的藍光附近。有趣的是，這個第三類感光細胞與視覺無關，它與人腦內的生物鐘相連接，能抑制松果體分泌褪黑激素(也稱為“睡覺的荷爾蒙”)，而人們已經發現褪黑激素水平不僅影響人們的睡眠質量，對于衰老及癡呆甚至是老年人記憶力提升都有影響，同時還與抑制癌細胞的生長等生物功能有關。根據一項對于老年人的研究表明，白天暴露在強光下，會引起夜間褪黑素分泌明顯增加。

　　這個光對人體非視覺通道的發現，給照明科學提供了新的研究內容，同時，照明質量的評價也從原來單一的視覺效果評價，逐步過度到視覺效果和非視覺效果的雙重評價，尤其是后者與人體健康密切相關。它對人體生理節律及生物效應的影響，也使人們重新審視和思考照明質量的定義。

　　同時，科學研究也表明，不當的用光可以影響到人的生物節律，可能會導致癌癥患病率(如乳腺癌等)的增加。2007年國際癌癥研究所(IARC)曾指出，夜間光照會打亂人體的生理周期，抑制褪黑素分泌，從而可能引發癌癥。這個結論在2009年被美國醫學聯盟(AMA)以及國際暗天空協會(IDA)進一步證實。現在我們白天的生活環境和晚上的生活環境都可能是亮的，因為有那么多的人要在晚上上夜班，那么長時間生活在一個持續的光環境里，這對人的晝夜生物節律和健康是有影響的。我們也曾對不同年齡人群進行了光照對心率、體溫調節能力等參數的影響研究，結果證實了不同色溫和照度的照明環境，確實影響人的生理參數。

　　研究表明，人眼的非視覺生物效應對460nm-490nm的光最為敏感。這個范圍同樣與基于熒光粉的白光LED最大能量分布區間有較大重疊。這并不說明白光LED對人的非視覺生物效應的影響是不利于人的健康的，相反，由于人的生理節律需要有合適的光的影響，LED的這種效應可以用來設計，使其形成有利于人的健康的照明體系。例如某公司就根據一天中不同時刻人體對光的需求研發了動態照明系統，這個系統通過在8點和12點兩個節點時間給予高照度和高色溫的光照條件，使工作者進入較佳的工作狀態，并由于RGB調光和智能控制實現不同場景的照明模式切換。我們相信這樣的動態照明系統的研發是很多企業都非常感興趣的，也對我們非常有啟發。

　　除此之外，光照還用在嬰兒黃疸和多種皮膚病的治療，還有利用不同波長的光制成美容燈治療皮膚的問題，但這些應用在醫學這個層面，還完全沒有被展開，還沒有做足夠深入的研究，尤其現在大家都說，LED是一個新光源的時代，我們一定要用好它，從這個角度上說，也只有真正掌握LED光譜的特性和光譜的可調，既充分考慮到光的輻射性，又考慮到光生物的安全性，以及人的視覺性的需要，才能達到一個更健康的LED應用的時代。

進入林燕丹阿拉丁照明網博客