发光原理、光谱特性教你检测生活中LED灯的蓝光

　　经常有网友问：“LED灯的蓝光会损害眼睛吗？”

　　LED灯是继白炽灯、日光灯以及节能灯之后的一种新型光源，具有很高的发光效率，但很多人对它的发光原理与光谱特性不了解，难免会担心它发出的光会不会损害眼睛。

　　三种颜色的LED

　　从光谱上来说，LED发的光与传统的白炽灯以及日光灯发出的光非常不同，所谓“光谱”就是指物体发的光都对应有一个“彩虹”。

　　传统的白炽灯、日光灯发的光与太阳光一样都具有“红橙黄绿青蓝紫”这7种颜色。

　　但是，一般 LED发的光只有“RGB”这3种颜色，其中R就是red，表示红光；G表示green，就是绿光；而B表示blue，就是蓝光。

　　这3种颜色的LED，以400nm到500nm之间的“蓝光LED”最为重要，也最为基本。

　　蓝光的特殊性

　　蓝光在哪里呢？

　　看上面的这张“彩虹”图吧。从左到右，依次是紫外线，可见光和红外线。

　　其中可见光的波长范围是在400纳米到700纳米之间，而从400纳米开始到500纳米的波长范围就是蓝色，所以这个波段被称为蓝光。

　　光的基本单元叫做光子，光子的波长与频率成反比，蓝光的波长短，所以频率高。

　　而根据爱因斯坦与普朗克的光量子能量计算公式，我们可以知道光子的能量等于普朗克常数与光子的频率的乘积，所以蓝光的光子能量也比红光与绿光要高一些，这使得我们可以用蓝光来“激发”出其他颜色的光，比如黄光就可以被蓝光“激发”出来。

　　蓝光LED技术曾经赢得诺贝尔物理奖

　　蓝光LED技术是在1998年才被开发出来，这个技术还得了2014年的诺贝尔物理奖。这看上去高大上的蓝光LED是将GaN芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成的。GaN芯片发蓝光，波长λ等于465nm，波长带宽大约是30nm。

　　白光LED是怎么发出白光的？

　　那么，家用的那种白光LED又是怎么产生白光的呢？上文中已经说过，蓝光光子的能量高，所以用它可以激发荧光。

　　一般用蓝光LED产生的蓝光打在荧光粉上产生黄光(与日光灯的原理类似，日光灯的光芒是紫外线打在日光灯管内壁上的荧光粉上发出来的)。

　　黄光被蓝光激发出来以后，它们一起从LED里射出来，我们会感觉好像是看到了白光，其实这只是蓝与黄两种颜色混合在一起的复合光而已。

　　我们打一个比方，蓝光是“母亲”，而黄光是“儿子”，它们母子俩组团构成了“白光”这个单亲家庭。

　　正因为这个原理，所以很多厂家为了提高白光LED的亮度，直接提高蓝光的强度，这样黄光也会相应增加，最后形成的白光的亮度也就增加了，但这将造成我们将在后文中要阐释的“蓝光过量”问题。

　　对LED灯光谱的实际测量

　　下图是不同型号的白光LED的光谱实测曲线，我们可以看到400nm到500nm之间的“蓝光”有一个很强的峰。

　　这说明看上去发白光的LED，但实际上它的光谱里确实含有很强的蓝光成分。

　　蓝光对视网膜的影响

　　那么，既然蓝光是白光LED的“母亲”，那么眼睛对蓝光的感受又是什么样的呢？

　　人的眼睛中用来接收光的组织叫做视网膜，如果光源中的400–500 nm蓝光波段亮度过高，眼睛长时间直视光源后可能引起视网膜的光化学损伤。

　　这种损伤主要分为两类：蓝光直接与视觉感光细胞中的视觉色素反应所产生的损伤，以及蓝光与视网膜色素上皮细胞中的脂褐素反应所引发的损伤。

　　这些光化学反应都会产生大量具有细胞毒性的自由基，破坏视网膜细胞正常生长与工作。

　　我们也可以换个角度来考虑蓝光的危害性。人的眼睛为什么不能接受蓝光LED发出的“过量蓝光”呢？因为人类是在太阳系里进化出来的，根据黑体辐射的维恩位移定律，我们可以通过太阳表面的温度，计算出太阳光的中心波长在550纳米左右，而蓝光LED中心波长是465nm，偏离了太阳光的中心波长，所以从进化论角度来说，我们人类的眼睛不能接受“过量”蓝光。

　　生活中LED蓝光过量的检测标准

　　一般来说，正规厂家经过国家质检上市的产品，不会存在蓝光过量的隐患。 但有一些LED灯的生产商并不注意控制蓝光的强度，他们所生产的LED灯具中蓝光是“过量”的，对眼睛存在蓝光辐射损害。

　　生活中，可以发出蓝光的光源有很多——浴霸、平板显示器、LED霓虹灯、荧光灯、液晶显示器、ipad、大屏手机等都有背景光源，它们都含有短波蓝光。如果蓝光是“过量”的，都会影响视网膜，所以应避免用眼睛直视光源，并且要注意使用时间，每隔20-30分钟闭目休息一会儿。

　　如果你担心购买的LED灯或者其他电器存在“蓝光过量”的问题，可以根据《中华人民共和国国家标准GB/T 20145-2006 / CIE S 009/ E：2002 (灯和灯系统的光生物安全性)》来判断LED灯的蓝光是不是过量——该标准给出了蓝光在特定的空间角度下的光通量的上限。(具体标准的内容蝌蚪君就不再这里详细列举了，有兴趣的读者可以自己去查阅。)

　　可是，对于市场上售卖的LED灯，如何判断LED蓝光过量是一个复杂的问题。比如下图这款LED灯，从它公布的“电压与频率”是无法推算蓝光是否过量，因为电压与频率是电学指标，而蓝光是一种光学指标。

　　而它所宣称的“光通量”是一个光学指标，但仅仅是白光的总的光通量，而不是蓝光的光通量，所以一般消费者是很难判断这款灯是不是蓝光过量的。

　　本着爱眼护眼的角度，建议大家在购买LED灯的时候选择蓝光强度低的灯具。有条件的人可以拿光谱仪测一下LED灯发出的光的光谱——如果这款LED灯发出的蓝光的强度比太阳光中的蓝光强很多，那千万不要购买。