藍光LED諾獎新寵有風險
摘要: 回顧藍光LED的發現之旅,在享受科技進步帶來的繽紛和明亮時,它的安全性討論也幾經起伏并日趨激烈。LED是否存在藍光危害?這種危害是一種嚴重的“藍禍”,還是在人們掌控之中?
藍光發光二極管(LE D )近日大放光彩,日本科學家赤崎勇等因此將2014年諾貝爾物理學獎收歸囊中。在LED生產第一大國的中國,這個消息也成為刺激產業的積極信號。
回顧藍光LED的發現之旅,在享受科技進步帶來的繽紛和明亮時,它的安全性討論也幾經起伏并日趨激烈。LED是否存在藍光危害?這種危害是一種嚴重的“藍禍”,還是在人們掌控之中?
等了30年
早在藍光LED發明之前,紅光LED、黃光LE D、綠光LE D就已相繼問世,為三原色之一—藍光LE D的出現,科學家們努力了30余年。
1960年,美國學者實現了半導體發光從紅外到紅光的過渡,人類第一次用LE D獲得了可見光中的紅光,但這個材料體系的帶隙比較小,它最多只能發到黃光為止,根本無法發出藍光。獲得2014年諾貝爾物理學獎的三位日本科學家則攻克了材料難關。
日本科學家赤崎勇到名古屋大學后,決定做氮化鎵材料,并發現它是非常穩定的,奠定了藍光LE D研究的整體基礎,他的學生天野浩則做出了實質突破。
華中科技大學光學工程系博士生導師吳志浩介紹,據說天野浩做實驗非常用功,對沒有太大進展很苦悶,而恰好有一天實驗設備出現了一些故障,溫度下降,凍結后又升高,材料就會長好。這個基于平時努力的意外發現在一定程度上解決了晶體材料的生長問題。
天野浩前往日本N T T公司實習時,通過低能電子束的轟擊,讓氮化鎵材料產生空穴,真正實現了P型的摻雜,這一成果在報道后引發研究熱潮。此時,日本日亞公司的中村修二建議公司用氮化鎵進行藍光LE D的研制,“產業化的臨門一腳是靠他做出來的。”吳志浩評價。
“藍光LE D的出現在照明界產生了顛覆性影響。在得到白光的拼圖里,藍光LED是最重要、最難的一塊,三個科學家不光在實驗室里做出來,而且找到了產業化的方法”。復旦大學電光源研究所副所長張善端分析,這是2014物理諾獎頒給藍光LED發明人的原因。
藍光LE D出現后,整個LE D產業實現了飛躍,而中國目前是全球最大的LE D燈具制造基地。據去年《半導體科技發展“十二五”專項規劃》顯示,到2015年,LED在中國通用照明市場的份額要達到30%。張善端預計,到2020年,在我們的生活里用到的燈具里面,LED要占到一半。
不過,LE D的日益廣泛使用,伴生著“藍光危害”的憂慮。
橙色預警
日常生活中,長時間使用L E D燈及電腦等,眼睛通常會出現疲勞、干澀、刺痛等不適感,這其實是LE D燈中的藍光在作怪。
清華大學電子工程系霍玉晶教授介紹,人眼對黃光和綠光很敏感,這二者需要比較低的功率照明就可以,但人眼對藍光不敏感,需要增加功率才能看得清。
L E D燈的光源發射的是白光,但白光的形成卻主要靠波長450—460nm的藍光激發熒光粉。通常LE D光源的出廠波長控制在500nm之內,一般是450—455 nm或455—460 nm,都屬于輻射傷害最強的區段。而生產廠家為了追求亮度,通常會加強L E D光源的藍光強度,人眼如果長期對視,難免受傷。
“藍光危害”因此成為了專指400一500nm藍光波段,在亮度過高,眼睛長時間直視光源后可能引起視網膜光化學損傷的詞匯。
在醫學研究中,藍光會被視網膜色素上皮細胞吸收,引發自由基形成。自由基是具有很強氧化能力的一種氧,正常條件下,自由基會被人體內的抗氧化物質所吸收并隨血液代謝。如果長期在含藍光成分較多的照明環境里工作與生活,過量的高能藍光進入人眼,就會產生過量自由基,無法被體內抗氧化物質完全消除,它們會加速視網膜黃斑部氧化,未被黃斑吸收的藍光也會直接損傷視覺細胞。而視覺細胞死亡后是不可再生的。
世衛組織愛眼協會2009年底曾發出橙色預警:“藍光輻射對人類的潛在隱性威脅將遠遠超過蘇丹紅、三聚氰胺、SA R S和H IN I的破壞性”,并同時公布數字:在2006年至2008年3年間,因藍光輻射每年導致全球超過3萬人失明。
中華醫學會眼科學分會數據顯示,在中國4 .2億網民中,63.5%的網民因藍光輻射有視力下降、白內障、失明等不同程度的眼疾。而美國眼科學會(A A O )2010年有文章認為,藍光相對其他波長的光更容易對視網膜尤其黃斑造成影響,有加重年齡相關黃斑變性的傾向。
中山大學中山眼科中心主任醫師何明光教授表示,藍光對人眼的影響在業內被稱為“藍禍”。而美國眼科學會的文章還顯示,藍光會抑制褪黑素的分泌。褪黑素是調節晝夜節律的激素之一,深夜暴露于藍光容易擾亂晝夜節律。
“從醫學角度,許多前沿研究在關注藍光對人眼影響”,復旦大學眼耳鼻喉科醫院眼科副主任、視光學與斜弱視學科主任周行濤介紹說,新加坡國立眼科中心最近有實驗研究表明,用紅色和藍色不同波長的光,紅光更容易誘發屈光度變大,也就是導致近視,而藍光可以讓屈光度變小。也有實驗用雞得到證實,藍光可以讓近視朝遠視的方向發展。
安全標準
“無論哪種光,目視超過一定時長和過強的亮度都有不好的影響,所以藍光達到怎樣的水平很重要。”周行濤提醒。
國家電光源質量監督檢驗中心(上海)曾在去年年初分析了27個LE D光源和燈具樣品,檢測結論認為,藍光危害是指當藍光輻亮度達到標準規定的2類或者3類時,會在較短的時間或瞬間對人眼造成的傷害。
而在普通情況下室內只能使用藍光危害分類在1類及以下的LED照明產品。對于糖尿病人和光敏藥物影響的人或者嬰幼兒直視LED燈的情況,則應該用無危害的LED照明產品。而擴散板可以將燈具的亮度降低一個數量級,對減輕藍光危害有明顯的作用。
這次檢測的參與者曾建議,政府部門應對室內用LE D照明產品開展專項的風險監測。
目前我國LED產業的生產標準和國際同步,光生物安全標準也是與國際標準等同的,都是采用IE C(國際電工委員會)的標準。但復旦大學電光源研究所副所長張善端提醒說,現行標準的傷害測定是依據成年人的體質得出來的,對于兒童、尤其是嬰兒,考慮得太少。比如嬰兒的晶狀體的透過率在藍光部分,要比成人高1倍以上,限制值就要降低到成人的一半以下。
湖北省人民醫院主任醫師、武漢大學眼科學副教授陳長征也認為,無須刻意躲避藍光L E D,但嬰幼兒等特殊人群需要做好防護。
張善端去年完成各種光源的藍光危害測試和評估實驗顯示,亮度是產生藍光危害最重要的因素,對于色溫低于6500 K的白光光源,只要其亮度不超過10萬坎德拉每平方米,或照度不超過1000勒克斯,就是完全安全的。他透露,目前涉及嬰幼兒的藍光標準尚未公布,但正在制定之中。
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