發光原理、光譜特性教你檢測生活中LED燈的藍光

　　經常有網友問：“LED燈的藍光會損害眼睛嗎？”

　　LED燈是繼白熾燈、日光燈以及節能燈之后的一種新型光源，具有很高的發光效率，但很多人對它的發光原理與光譜特性不了解，難免會擔心它發出的光會不會損害眼睛。

　　三種顏色的LED

　　從光譜上來說，LED發的光與傳統的白熾燈以及日光燈發出的光非常不同，所謂“光譜”就是指物體發的光都對應有一個“彩虹”。

　　傳統的白熾燈、日光燈發的光與太陽光一樣都具有“紅橙黃綠青藍紫”這7種顏色。

　　但是，一般 LED發的光只有“RGB”這3種顏色，其中R就是red，表示紅光；G表示green，就是綠光；而B表示blue，就是藍光。

　　這3種顏色的LED，以400nm到500nm之間的“藍光LED”最為重要，也最為基本。

　　藍光的特殊性

　　藍光在哪里呢？

　　看上面的這張“彩虹”圖吧。從左到右，依次是紫外線，可見光和紅外線。

　　其中可見光的波長范圍是在400納米到700納米之間，而從400納米開始到500納米的波長范圍就是藍色，所以這個波段被稱為藍光。

　　光的基本單元叫做光子，光子的波長與頻率成反比，藍光的波長短，所以頻率高。

　　而根據愛因斯坦與普朗克的光量子能量計算公式，我們可以知道光子的能量等于普朗克常數與光子的頻率的乘積，所以藍光的光子能量也比紅光與綠光要高一些，這使得我們可以用藍光來“激發”出其他顏色的光，比如黃光就可以被藍光“激發”出來。

　　藍光LED技術曾經贏得諾貝爾物理獎

　　藍光LED技術是在1998年才被開發出來，這個技術還得了2014年的諾貝爾物理獎。這看上去高大上的藍光LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石(YAG)封裝在一起做成的。GaN芯片發藍光，波長λ等于465nm，波長帶寬大約是30nm。

　　白光LED是怎么發出白光的？

　　那么，家用的那種白光LED又是怎么產生白光的呢？上文中已經說過，藍光光子的能量高，所以用它可以激發熒光。

　　一般用藍光LED產生的藍光打在熒光粉上產生黃光(與日光燈的原理類似，日光燈的光芒是紫外線打在日光燈管內壁上的熒光粉上發出來的)。

　　黃光被藍光激發出來以后，它們一起從LED里射出來，我們會感覺好像是看到了白光，其實這只是藍與黃兩種顏色混合在一起的復合光而已。

　　我們打一個比方，藍光是“母親”，而黃光是“兒子”，它們母子倆組團構成了“白光”這個單親家庭。

　　正因為這個原理，所以很多廠家為了提高白光LED的亮度，直接提高藍光的強度，這樣黃光也會相應增加，最后形成的白光的亮度也就增加了，但這將造成我們將在后文中要闡釋的“藍光過量”問題。

　　對LED燈光譜的實際測量

　　下圖是不同型號的白光LED的光譜實測曲線，我們可以看到400nm到500nm之間的“藍光”有一個很強的峰。

　　這說明看上去發白光的LED，但實際上它的光譜里確實含有很強的藍光成分。

　　藍光對視網膜的影響

　　那么，既然藍光是白光LED的“母親”，那么眼睛對藍光的感受又是什么樣的呢？

　　人的眼睛中用來接收光的組織叫做視網膜，如果光源中的400–500 nm藍光波段亮度過高，眼睛長時間直視光源后可能引起視網膜的光化學損傷。

　　這種損傷主要分為兩類：藍光直接與視覺感光細胞中的視覺色素反應所產生的損傷，以及藍光與視網膜色素上皮細胞中的脂褐素反應所引發的損傷。

　　這些光化學反應都會產生大量具有細胞毒性的自由基，破壞視網膜細胞正常生長與工作。

　　我們也可以換個角度來考慮藍光的危害性。人的眼睛為什么不能接受藍光LED發出的“過量藍光”呢？因為人類是在太陽系里進化出來的，根據黑體輻射的維恩位移定律，我們可以通過太陽表面的溫度，計算出太陽光的中心波長在550納米左右，而藍光LED中心波長是465nm，偏離了太陽光的中心波長，所以從進化論角度來說，我們人類的眼睛不能接受“過量”藍光。

　　生活中LED藍光過量的檢測標準

　　一般來說，正規廠家經過國家質檢上市的產品，不會存在藍光過量的隱患。 但有一些LED燈的生產商并不注意控制藍光的強度，他們所生產的LED燈具中藍光是“過量”的，對眼睛存在藍光輻射損害。

　　生活中，可以發出藍光的光源有很多——浴霸、平板顯示器、LED霓虹燈、熒光燈、液晶顯示器、ipad、大屏手機等都有背景光源，它們都含有短波藍光。如果藍光是“過量”的，都會影響視網膜，所以應避免用眼睛直視光源，并且要注意使用時間，每隔20-30分鐘閉目休息一會兒。

　　如果你擔心購買的LED燈或者其他電器存在“藍光過量”的問題，可以根據《中華人民共和國國家標準GB/T 20145-2006 / CIE S 009/ E：2002 (燈和燈系統的光生物安全性)》來判斷LED燈的藍光是不是過量——該標準給出了藍光在特定的空間角度下的光通量的上限。(具體標準的內容蝌蚪君就不再這里詳細列舉了，有興趣的讀者可以自己去查閱。)

　　可是，對于市場上售賣的LED燈，如何判斷LED藍光過量是一個復雜的問題。比如下圖這款LED燈，從它公布的“電壓與頻率”是無法推算藍光是否過量，因為電壓與頻率是電學指標，而藍光是一種光學指標。

　　而它所宣稱的“光通量”是一個光學指標，但僅僅是白光的總的光通量，而不是藍光的光通量，所以一般消費者是很難判斷這款燈是不是藍光過量的。

　　本著愛眼護眼的角度，建議大家在購買LED燈的時候選擇藍光強度低的燈具。有條件的人可以拿光譜儀測一下LED燈發出的光的光譜——如果這款LED燈發出的藍光的強度比太陽光中的藍光強很多，那千萬不要購買。