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LED对视力和健康的影响

50kHz

 

图3 LED上的电压波形，横轴是时间，纵轴是电压，可以看到电压在一个值上下波动,称为纹波。

Nick Holonyak于1962年发明了第一个实用LED（美国专利3249473),被称为“发光二极管之父”。

纹波造成发光二极管亮度的闪烁。

发光二极管亮度跟所加电压成正比，当纹波电压达到最高点，亮度最大，当纹波点达到最低点，亮度最小。瞳孔在亮的环境会缩小，在暗的环境会扩大。 低频时眼部肌肉不断调节瞳孔，长期十分疲劳造成松弛，不能有效调节晶状体看远处物体时就造成近视； 高频闪烁光，使得眼部肌肉跟不上变化，强光直接射在视网膜上，造成感觉细胞受损，视网膜变性，头痛和眼睛疲劳。

输出纹波闪烁：LED电流电压是指数关系，那么电压纹波一点点变化可引起电流很大的变化。

肖克利方程描述了发光二极管电流与电压的关系： I 是二极管电流，Is是反向饱和电流，V是二极管电压，Vt是热电压，Vt=25.85毫伏， n是理想因数，n=1~2。电流和电压是指数曲线。当电压有很小的改变，电流会有巨大变化。

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图4 LED的电流和电压的关系，横轴为电压，纵轴为电流。.

从图3中，我们看到大多数电源有一定的电压纹波。纹波是LED灯直流电压附近的微小电压波动变化。

从图4中，我们看到当LED电压有一个小的变化从Va到Vb时，LED电流具有Ia到Ib的的巨大变化。灯的亮度正比于输出功率。当你从点a或点b画一条水平线到电流轴，从点a或点b画一条垂直线到电压轴，工作点的输出功率是这两条线,电流轴和电压轴围成的长方形的面积。我们可以看到，当工作点从a点变化到b点，面积增加至少1/3。亮度增加至少1/3。如果这样的亮度变化频率低，瞳孔将跟随调整，并导致眼睛肌肉疲劳。长期造成近视。如果这样的亮度高频率变化，瞳孔在强光时不能及时收缩，强光会伤害到视网膜。

由Albert等人最近的研究工作表明：周期性的强光照射后大白鼠逐渐出现视网膜变性和脉络膜新生血管。[21]

英国Essex大学，加拿大国家研究委员会，美国Northeast大学,做了LED灯闪烁的健康研究：3和70赫兹之间的低频闪烁可引起癫痫发作;看不见的闪烁（70赫兹）以上可引起全身乏力，头痛及视力障碍[12]。

市场上的许多LED灯中含有紫外线，红外线，红色，绿色或蓝色的强烈的光，对人的眼睛有害。

关于红色，绿色和蓝色强光对眼睛影响的研究。

北京协和医院研究结果，确定波长（760nm）红光促进新生豚鼠向近视转变[13]。

复旦大学生物测量结果表明，在绿色光中的豚鼠具备近视屈光特点[14]。

位于德克萨斯州，圣安东尼奥市Northrop Grumman信息技术公司做研究收集的数据。显示：近紫外线蓝光产生眩光降低视觉性能[15]。

德克萨斯西南医学中心发现强烈的蓝色光可引起黄斑变性等视力问题[16]。

瑞典斯德哥尔摩卡罗林斯卡医学院发现蓝光对光感受器和视网膜色素上皮细胞功能产生重大影响，诱发光化学损伤和细胞死亡[17]。

环境健康科学研究所得出的结论：蓝光损伤视网膜和造成黄斑变性[18]

蓝光导致视网膜色素上皮细胞的损伤[23]。

有些开关电源带来强烈的电磁辐射比国际标准更高。强电磁辐射危害人体健康甚至造成癌症。

市场调光方式通过高频打开和关闭开关来调光产生高频闪烁光。高频率的闪烁会伤害视网膜。

LED开启时间Ton和关断的时间Toff。Ton+ Toff的= Ts，Ts是切换周期。

LED的波形Io和Vo如图5所示。

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图5市场LED调光时的电流，电压波形

Io是通过LED的电流和Vo是LED上的电压;Ton是LED点亮的时间，Toff是LED熄灭时的时间; Ts为开关周期。

市场上也用电池作为LED电源，电池没有反馈，会带来电压变化而引起的低频亮度闪烁。低频闪烁造成眼睛疲劳和近视。

参考文献

[12]Wilkins, A.,Veitch, J.,Lehman, B. LED Lighting Flicker and Potential Health Concerns: Energy Conversion Congress and Exposition(ECCE),2010 IEEE, Date of Conference: 12-16 Sept. 2010, page 173.

[13] Long Q, Chen D, Chu R, Illumination with monochromatic long-wavelength light promotes myopic shift and ocular elongation in newborn pigmented guinea pigs.Cutan Ocul Toxicol. 2009;28(4):176-80. doi: 10.3109/15569520903178364.

[14] Wang F, Zhou J, Lu Y, Chu R, Effects of 530?nm green light on refractive status, melatonin, MT1 receptor, and melanopsin in the guinea pig. Curr Eye Res.2011 Feb;36(2):103-11.doi:10.3109 /02713683. 2010.526750.Epub 2010 Dec 15.

[15]Zuclich JA, Previc FH, Novar BJ, Edsall PR, Near-UV/blue light-induced fluorescence in the human lens: potential interference with visual function, J Biomed Opt. 2005 Jul-Aug;10(4):44021

[16]Walker DP, Vollmer-Snarr HR, Eberting CL., Ocular hazards of blue-light therapy in dermatology.J Am Acad Dermatol. 2012 Jan;66(1):130-5. doi: 10.1016/j.jaad.2010.11.040. Epub 2011 May 4.

[17] Algvere PV, Marshall J, Seregard S, Age-related maculopathy and the impact of blue light hazard,Acta Ophthalmol Scand.2006 Feb;84(1):4-15.

[18] Wielgus AR, Collier RJ, Martin E, Lih FB, Tomer KB, Chignell CF, Roberts JE, Blue light induced A2E oxidation in rat eyes--experimental animal model of dry AMD, Photochem Photobiol Sci. 2010 Nov;9(11):1505-12. doi: 10.1039/c0pp00133c. Epub 2010 Oct 5.

[21] Albert DM, Neekhra A, Wang S, Darjatmoko SR, Sorenson CM, Dubielzig RR et al. Development of choroidal neovascularization in rats with advanced intense cyclic-light-induced retinal degeneration,Arch Ophthalmol 2010; 128(2):212-222.

[22] PN Youssef, N Sheibani and DM Albert, Retinal light toxicity, Eye (2011) 25, 1-14; doi:10.1038/eye.2010.149; published online 29 October 2010.

[23] Sparrow JR, Nakanishi K, Parish CA, The lipofuscin fluorophore A2E mediates blue light-induced damage to retinal pigmented epithelial cells, Invest Ophthalmol Vis Sci.2000 Jun; 41(7):1981-9.