led燈設計 led照明設計
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產品知識  Product Knowledge

何謂藍光(Blue light)

藍光是白光的基本成份,任何白色傳統光源與太陽光都含有藍光。藍光屬於高能量「短波」,波長介於400nm~500nm之間的藍、靛、紫等顏色的可見光,比起紅色光「長波」的能量多了4.4倍,眼睛接收到少量藍光會讓人有精神也能對生理節奏有調節的作用,但是長時間接收則容易使影像清晰度降低,增加眼睛疲勞感。

可見光從外界進入眼球內,會在黃斑部形成影像與顏色,才能產生視覺,而黃斑部是正對著瞳孔的視網膜構造,會直接面對直射入瞳孔的光線。面對能量較強的可見光,它容易穿透角膜與水晶體直接射入黃斑部,可能會造成黃斑部細胞的損傷累積,導致病變或疾病,對黃斑部的傷害自然也是最大的;長時間處於高藍光環境中,可能會使黃斑部發炎、水腫,或是黃斑部中央形成隱結,一旦隱結破裂出血,將造成中央視力缺損,無法正眼看清事物,只能斜眼看事物,形同失明。

現代科技的3C產品大量採用高色溫(大於6500K)的白光LED當作背光元件,色溫越高藍光成份的波長(400~450nm)就越多,下圖為不同色溫的LED燈所包含的波長分佈情形:

由圖中可得知,色溫越高含有的400nm~500nm的短波能量也越高,而平板與智慧型手機的螢幕背光源,採用的LED色溫大於7000K,所發出的藍光比例可能高達95%,這也是長時間使用會導致眼睛疲勞及影像模糊的主因。

藍光危害Blue light hazard

根據歐盟頒布的針對激光產品(包括LED)的測試標准IEC/EN62471,藍光對視網膜危害可分為四種:無危險、低危險(1類)、中危險(2類)、高危險(3類)。首先是無危險等級,依序到高危險3類,高危險3類的燈光在瞬間幾秒內就能對眼睛造成不可逆轉的危害。所謂「藍光危害」,是指當藍光輻射亮度達到危險級的2類或者3類時,會在較短時間內或瞬間對人眼造成的傷害。那麼我們常用的LED燈,屬於哪個危險級別呢?

我們將四項LED燈產品送到實驗室測試,第一個是市面上常見的LED投射燈、第二個是加上擴散罩的LED燈、第三個是去掉擴散罩且只用一半功率驅動的LED燈、第四個是去掉擴散罩使用全功率驅動的LED燈。經過測試,第一個LED投射燈和第二個加上擴散罩的LED燈,都屬於無危險級別。接下來測試沒有擴散罩的第三半功率與第四全功率LED燈的藍光試驗時,不論是半功率或全功率,測試人員對著燈光時,已經無法直視光源了;而測試結果也令人非常驚訝,直視幾十秒就可能對視網膜產生傷害,而且損害是不可逆轉,嚴重時眼睛甚至會失明。

通過不同亮度的藍光危害試驗,結論為:一般LED投射燈和加了擴散罩的LED燈,藍光的程度都屬於無危險到低危險的級別,不會對人眼的視網膜造成損害;但是,沒有加擴散罩並且功率大於1瓦的LED燈,無論全功率還是半功率,藍光都會對眼睛造成明顯的傷害。從目前測試的結果看來,市場上的家用LED燈基本上都屬於無危險級別,要正確使用LED燈,就是不要直視LED燈,不要拆掉擴散罩,擴散罩破損漏光也要及時修補更換。

專家們解釋,高色溫的LED在藍光區段內確實有一個很高的峰值,剛好吻合藍光危害峰值的位置,所以就被認為高色溫的LED在藍光危害方面是有風險的。這個說法只對了一半,還要將能量強度一併考慮才算是最準確的說法。根據實驗顯示,兩個月的室內白熾燈照射產生的危害,約略等同於正午烈日下在戶外曝曬1小時的危害程度,兩者對人體造成的危害比例程度約為「1440:1」。由此可見,一般燈具對人體造成的危害程度遠不如太陽光,而LED產生的輻射能量又遠低於白熾燈。所以,並不是高色溫的LED對人眼就一定有危害,只因為它的可能性大一點,LED對人眼造成的危害可說是多慮。

美國能源局(Department of Energy,簡稱:DOE)為了破除社會大眾對LED藍光傷眼的迷思,曾在2013年所發布的固態照明技術概要書中,就已提出相關資料論述。日前,DOE又發布技術報告「True Colors」,再度針對外界誤解,說明LED照明的安全性。

DOE比較市面上經過「商用 LED 產品評估報告(Commercially Available LED Product Evaluation and Reporting;CALiPER) 」測試的20款LED照明燈具,涵蓋了色溫2,700K~6,500K、演色性62~98等範圍,藉以觀察LED燈具在不同的色溫與演色性下的光譜能量分布圖(Spectral Power Distribution,SPD)。

色溫可做為評量光源的指標,暖光色溫較低,冷光色溫較高;色溫愈高的照明燈具,其藍光峰值也就愈明顯。根據光譜能量分布圖所示,色溫較高的白光LED,其放射高峰值約在450nm左右,同時也在波長550nm到650nm之間,呈現另一波峰值。DOE表示,在波長約400nm到480nm藍光區光線下「過度」曝露,確實會導致視網膜受損。

然而,DOE強調這並不代表 LED 比其他傳統光源更易造成視力或藝術品的損害。當LED與傳統光源在同一色溫下,兩者的藍光含量其實相同。也就是說,LED並沒有比傳統照明來的傷眼,加上無紅外線或紫外線等有害光源,對人體所造成的危害也相對較小。而且依照現行國際標準來看,白光LED並不具藍光危害(Blue light hazard)的威脅。

DOE也指出,近年來各地許多博物館,都相當注重LED或傳統照明等光源對文物、藝術品的損害性,因此在選擇照明光源都相當僅慎。目前已有愈來愈多博物館採用LED照明,其實也間接證明LED照明對物品同樣不構成危害。

參考來源:

DOE Publishes Technical Brief Clarifying Misconceptions About Safety of LED Lighting
http://energy.gov/eere/ssl/articles/doe-publishes-technical-brief-clarifying-misconceptions-about-safety-led-lighting

DOE technical report True Colors
http://www1.eere.energy.gov/buildings/ssl/pdfs/true-colors.pdf

DOE fact sheet Optical Safety of LEDs
http://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/opticalsafety_fact-sheet.pdf

同樣是白光,照明用的LED白光與3C產品所使用的LED背光光源,都是同樣的發光原理、同樣的波長分佈;唯一不同的是,我們不會去直視照明用的燈光,但是卻會長期直視3C產品的光源;所以,比起照明用的LED白光,我們更應該注意的是持續性使用3C產品才對。

「藍光危害」僅僅是個名詞,不是「藍光」就等於「危害」。正確使用加上定量評估,合格的LED燈具是可以放心使用的。

如何正確使用LED燈

專家們一致認為,白天的時間,可以用較高的照明色溫來提升心理的工作情緒,以獲得較高的工作效率;到了晚上,就要用低色溫的燈光,給予人們生理上的提示,需要休息了。

另外,值得一提的是,LED燈具的光源會隨著點燈時間的累積,光源中的螢光粉也會跟著變質,這樣會導致光源的色溫變高,由原本的暖光白(3000K)漸變為中性白(4000K),或由原本的自然白(5500K)漸變為日光白(6500K),會連帶使光源射出的藍光成份增加。任何燈具製造商都無法避免這種色溫的改變,僅能加強散熱能力來降低變化的幅度,色溫變高雖不至於對人眼造成傷害,但長期下來,也會容易讓人產生頭暈眼花或心理不舒服的感覺,尤其是光線變為偏藍色(大於6500K),對整個照明氣氛大打折扣,生理沒有損傷,反而心理先造成損傷;因此,品質再好的LED燈具,就算沒有故障仍建議視光源色溫的變化量,至少每一至兩年更換一次,如此才不會影響生活品質造成心理上的不愉悅。

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