基于光谱分析的AMOLED蓝光危害与节律效应随年龄变化研究

当前光生物安全研究多针对光谱分布恒定的人工照明,且较少考虑人眼透射率随年龄变化的影响。未来20年AMOLED可能将逐步成为智能手机的主流显示屏。为了探索AMOLED的蓝光危害与节律效应与使用者年龄的关系,为AMOLED个性化设计及使用提供理论参考,我们根据CIE 203-2012A给出的人眼透射率随年龄变化的函数表达式,得到了11个不同年龄(1—100岁,每间隔10岁)人眼透射率。采集了6个不同色温(2 300、 2 700、 3 400、 4 100、 5 000和6 500 K)AMOLED 380～780 nm可见光波段的原始光谱分布数据,对不同色温下AMOLED的原始光谱分布数据进行归一化处理,由不同色温下AMOLED的归一化光谱分布数据乘以不同年龄人眼透射率,得到不同年龄下不同色温AMOLED在人眼视网膜上的有效光谱分布。利用人眼视网膜有效光谱分布,代替蓝光危害因子与节律因子计算公式中的原始光谱分布,计算了AMOLED在不同年龄人眼视网膜上有效光谱分布的蓝光危害因子与节律因子。通过高质量函数拟合分析,研究了AMOLED的蓝光危害与节律效应随年龄变化。研究分析结果表明：AMOL...     

不同年龄群体的光生物效应评价方式

研究了照明光环境对不同年龄人群的光生物效应定量评价方式。从光照转换角度提出了一种考虑不同年龄人眼透射谱、瞳孔直径以及受光面积的节律因子模型,选取3种不同色温(3 000,4 000,6 000 K)的白光LED光源,在同种照度500 lx下实验测试其光谱分布,并对提出的节律因子进行计算,与之前标准中考虑年龄的修正因子方式进行了线性拟合对比分析。结果表明:在相同色温下,随着年龄的增大,节律因子值逐渐减少;而对于相同年龄,随着色温的增大,节律因子是变大的,此种规律与其他研究人员得出的实验结论一致。从线性拟合相关度上来看,三种色温下两种考虑年龄的节律因子的直线相关度分别为0.958 08,0.958 33,0.957 22,具有较高的相关性。较之于标准中的考虑透光谱方式,本文提出了另外一种考虑不同年龄人眼差异的光生物效应评价方式,尝试对人眼模型的透射谱进行绝对而不是相对效应的考虑方式。     

不同手机屏幕对青少年生理节律和蓝光危害的影响

针对市场上三款常见的不同材质的手机屏幕（LED背光LCD、OLED、SUPER AMOLED）,在黑暗中、屏幕距离瞳孔15 cm处4种不同色温的条件下,研究不同手机对青少年生理节律和蓝光危害的影响。在充分考虑年龄、人眼受光面积、透射率的情况下,改进传统计算蓝光危害因子的公式,并计算节律因子和蓝光危害因子。结果表明,不管何种手机,节律因子和蓝光危害因子都随色温升高而增大,并且均呈现出良好的线性关系。在7 425~9 201 K色温下,节律因子由大到小依次为:OLED > SUPER AMOLED > LED背光LCD;而蓝光危害因子由大到小依次为:LED背光LCD > SUPER AMOLED > OLED,由此可以根据不同需求,选择相对更健康合适的手机。     

生物节律因子的调光计算

针对光生物效应重要性及复杂性问题,提出一种生物节律因子的调光计算方法。给定三通道LED工作在额定条件下的光谱分布就能够实现任意比例的混合光源的照度、相关色温、节律因子的便捷计算。实验选用三种色温白光LED组成三通道光源,基于脉冲宽度调制（PWM）原理进行三通道分时调光。在某一照明测试空间距离下,先测得单通道独立工作时的光谱分布,并通过调光计算方法得到三通道在任意比例下混合光源的理论照度、相关色温、节律因子;再测得三通道光源在不同混合比例下的实际照度、相关色温与节律因子。然后将理论与实际计算所得的照度、相关色温、节律因子进行比较,并分析误差。实验结果表明,照度、相关色温、节律因子的多条拟合直线与调光计算式所描述直线的斜率差异分别在6%、2%、3%以下,截距差异分别在2%、5%、3%以下。用显著性差异检验来检验实际节律因子与理论计算所得节律因子的正态分布特性,结果显示并无明显差异,表明在给定各LED光源光谱分布的情况下,调光计算方法不用通过测量混合光源光谱分布,便能快速有效地计算出混合光源照度、相关色温、节律因子。     

白光LED光谱特性及司辰节律因子

为分析白光LED的光-电-热特性及其变化,在热沉温度和驱动电流可控的条件下,测试了温度、电流对白光LED光谱分布的影响,建立了白光LED光功率和光谱蓝白比(蓝光光谱光功率与白光光谱光功率的比值)预测模型。相关性分析显示光谱蓝白比、色温及司辰节律因子之间高度相关,光谱蓝白比与色温、光谱蓝白比与司辰节律因子均存在线性关系,表明由光谱分布变化预测光谱色温漂移及其非视觉生物效应的可能性。实验结果表明,白光LED光功率、蓝白比、色温及司辰节律因子的预测值与实测值吻合较好,最大预测误差分别不超过4.22%、1.54%、1.31%和2.15%;同时,白光LED光谱蓝白比可作为一种有效手段,用于预测光谱色温及司辰节律因子,进而评估其光学特性和非视觉生物效应。     

三基色白光LED的司辰节律因子研究

采用司辰节律因子模型,通过计算三基色白光LED光源在不同工作电流下的司辰节律因子,对可调色温的三基色白光LED光源进行非视觉效应研究。为了获取与自然光非视觉效应类似的LED白光,建立了司辰节律因子和相关色温分别相对于工作电流的关系模型,从而已知自然光的司辰节律因子和相关色温,就可以确定三基色LED的工作电流。通过测试一天内不同时刻的自然光光谱,根据上述模型推算出了三基色LED的工作电流。在所推算的三基色电流下,测试了白光LED光谱参数并计算了相应的司辰节律因子。与自然光司辰节律因子的对比结果表明,理论值和实验值的误差在1.1%以内,证实该方法具有可行性。本文所呈现的方法对于利用三基色白光LED模拟自然光具有一定的指导意义。     

LED背光显示器对不同年龄人视网膜照度、节律效应和蓝光危害的影响

研究了视网膜照度、节律效应和蓝光危害随年龄的变化规律.采用光谱仪测量了4款常见发光二极管背光显示器显示白色和蓝色时的归一化光谱分布,然后结合不同年龄人眼的晶状体透射谱,计算了视网膜照度因子、节律因子和蓝光危害能效因子,得到三者与年龄的变化规律.研究表明:对于同一发光二极管背光显示器,视网膜照度因子、节律因子和蓝光危害能效因子均随年龄的增加而显著减小;同一人眼的视网膜照度因子随显示器类型的变化较小;对于年轻人,不同类型显示器的蓝光危害能效因子和节律因子差异明显,特别是显示蓝色时,但是,对于老年人,不同类型显示器的蓝光危害能效因子和节律因子差异较小.     

多基色LED的照明通信光源显色性研究

可见光无线通信(visible light communication,VLC)是将LED照明技术和光通信技术相结合的一种新兴技术。针对目前LED照明通信光源显色性差、光效低且色温不可调等问题,依据多基色LED白光通信原理进行了相关研究,以Yoshi等提出的高斯分布形式作为基色LED的光谱模型,利用国际照明委员会(CIE)推荐的一般显色指数(R_a)和美国国家标准与技术研究所(National Institute of Standards and Technology,NIST)推荐的一般色质指数(Q_a)评价光源的显色性。采用遗传算法,在2 700~6 500 K色温范围内优化出单个色温以及色温可调光源满足显色性最优的光谱组合,并基于R_a和Q_a大于80的原则优化出色温可调光源光视效能(luminous efficacy of radiation,LER)最优化的光谱组合。最后根据实验结果分析了光源的显色性、光视效能和色温可调性三者之间的关系。结果表明：三基色色温可调白光LED满足显色性最优的峰值波长组合为613 nm/541 nm/464 nm,此时R_a和Q_a的最小值分别为81.2和81,可以满足一般条件下的照明通信需求;四基色色温可调白光LED满足显色性最优的峰值波长组合为620 nm/562 nm/505 nm/449 nm,此时R_a和Q_a的最小值分别为96.7和92.2。在特殊照明场所或要求较高的通信速率时,应采用四基色白光LED作为照明通信光源。仿真得到了三基色和四基色白光LED的最佳光谱组合,为宽通道可见光通信光源的设计提供了参考依据。     

不同调光方式LED照射下的人体非视觉效应

分别采用模拟调光和PWM调光方式实现LED光调节。采用生理参数法,以在校大学生为研究对象,选择3种色温(3 000,5 600,6 500 K)LED光源,在3种照度(300,500,800 lx)水平下,对8名(5男,3女)受测者在实验前后的脉搏和瞳孔进行测量。选择同样3种色温LED光源,分别采用两种调光方式添加蓝光(464nm,20 lx)实现300 lx的照明环境,对12名(8男,4女)受测者在实验前后的脉搏和瞳孔进行测量。结果表明:两种调光方式实现的LED光环境对人体脉搏变化率和瞳孔收缩率的影响均没有显著性差异;在测试照明环境中添加蓝光,可引起人体脉搏变化率和瞳孔收缩率增大,峰值处分别增加约6%和9%。     

LED光源光谱对隧道出口段明适应的影响

随着我国经济的不断发展,高速公路隧道建设的发展也非常迅猛。前期在隧道的实际工程设计中,为完全保证隧道车辆通行安全,隧道内部全线灯具的输出功率和安装布置全部取决于一年四季中最大的洞外亮度值和车辆速度值。这样的设计尽管充分考虑了安全性,但盲目的增加隧道照明亮度,不能够缓解视觉适应的问题。随着LED在隧道照明中的应用, LED光源光谱的影响逐渐引起人们的关注。调查研究发现高速公路隧道在出口段交通事故发生率比较高,主要原因是隧道出口段内外亮度差较大,驾驶员在驶离时明适应时间较长。LED光源的光谱呈现双峰结构,在长波长范围内,光谱含量差异明显。明适应的能力主要与两个因素有关,一是瞳孔面积的变化;二是感光色素的光化学反应。不同色温的LED具有不同的光谱特性,进而通过影响感光色素的合成,来影响明适应的时间长短。现在市场上可用的隧道照明LED光源的色温可选范围比较广,所以实验选取了市场上可用的不同色温的大功率的LED光源作为研究对象,其色温分别是3 000, 3 500, 4 000, 4 500, 5 000, 5 700和6 500 K等7种。邀请了30名视觉功能正常,矫正视力1.0以上,且无色盲、色弱等其他眼疾的观察者参加了本次实验。地点选择在长9 m,高2.8 m,宽5 m的模拟隧道内。实验参数选取3组亮度值,分别为4, 8和12 cd·m^-2;2个灯具安装高度分别是2.0和2.4 m;3个安装角度分别是15°, 20°和25°。共评估了126种照明条件。实验结果表明:隧道出口段亮度越大,明适应时间越小;当亮度相同时,随着色温的增大,明适应时间减小;灯具安装角度和安装高度对光谱的影响很小,改变安装高度和安装角度并不能有效的减小明适应时间。从明适应的角度出发,通过分析不同色温LED灯的光谱,为隧道照明设计与应用中出口段LED光源的选择提供数据和理论支撑。     

珠宝店的光环境氛围指标及消费者心理感知的差异评价

珠宝是高端消费奢侈品,购物时的品质和美好的视觉体验影响消费者的购买行为,决定着品牌价值的提升.随着L ED光源的迅速普及与应用,在珠宝店的氛围营造上,照明因素(色温、照度和显色指数等)的作用越来越显著,本文针对珠宝店中四种色温条件下的氛围评价指标进行研究.采用可调色温的L ED光源,模拟珠宝店展示台的照明环境,运用可靠...     

展陈照明光源光谱对光敏文物的辐照损伤研究

展陈照明中的光辐照会对光敏文物材料造成褪色、老化等辐照损伤,尤其对字画、染色丝绸、彩绘陶器等颜色非常丰富的光敏性文物损伤巨大,不利文物安全。国内外展陈照明标准为减少对文物的辐照损伤,严格控制照明标准水平,如光敏文物的照度仅50lx,不利于观众更加细致的欣赏这类文物。随着半导体固态光源Light emitting diode （LED）技术的发展,其光谱中不含对文物损伤最大的紫外和红外波段,与传统光源相比具有天然优势,能够实现在相同照度条件下对文物产生更小的伤害。并使得在不增加对文物损伤的前提下,提高照明环境亮度从而改善照明环境水平成为可能。然而,即使仅有可见光光谱,可见光光子能量仍会对材料造成不可逆的损伤。而LED光源光谱多样,甚至有较大差异,在LED光源大规模进入文物展陈照明领域时,如何科学指导博物馆文物照明光源的研发与应用,是改善文物展陈照明环境的关键问题。该研究对常见光敏文物材料进行可见光连续辐照下表面颜色属性变化的测量研究,通过制备常用的国画颜料和植物染料样品（国画颜料主要有硃磦、赭石、三青、花青、胭脂、炭黑、曙红、酞青蓝;植物染料主要有茜草、黄檗、栀子、靛蓝、槐米、苏木、紫草）,利用不同波长单色光和不同色温复合光的LED作为光源,对样品进行大剂量连续辐照实验。辐照过程中,定期测量材料表面颜色的色度学参数L*, a*, b*,以CIE 1976 L*a*b*均匀色空间色差计算方法,求算出不同光谱的LED光源辐照后样品的色差变化。再分别从辐射度学和光度学出发,对比分析具有不同光谱的LED光源对国画颜料和植物染料的长期辐照影响。实验结果表明：不论从辐射度学还是光度学角度分析,相同辐照剂量或曝光量照射后,单色光中短波长的蓝光辐照导致样品的色差最大,绿光次之,红光最小;而在复合光中,高色温LED光源由于蓝光占比较大,对样品的辐照影响明显高于低色温LED光源;目前利用光照度对博物馆照明环境进行评价时,由于蓝光对应的人眼视见函数数值较低,与辐射照度评价相比,蓝光辐照对文物的影响会被进一步低估;相同光照条件下,植物染料的老化程度总体高于国画颜料;黄色系的植物染料（黄檗、槐米）和红色系的国画颜料（硃砂、曙红）在光照过程中更易老化。因此,博物馆展陈照明的LED光源应严格控制蓝光成分,采用低色温的光源更有助于对文物的保护。在今后制定文物展陈照明标准时,应对光源的蓝光占比进行限制。此外,对于黄色系、红色系等光敏文物进行照明时,相应的展陈照明标准应更为严格。该研究对于LED光源在博物馆照明更加合理的研发与应用,以及未来博物馆展陈照明标准改进及照明条件改善具有重要指导意义。     

基于远程荧光技术的高显指白光LED的制备和性能研究

针对目前LED灯具在照明方面显色性不足,以及传统LED点胶封装所存在的芯片发热导致荧光粉性能衰减、色温漂移、出光不均匀等问题,采用近年来新兴的远程荧光封装方式。用黄绿色YGG荧光粉和氮化物红色荧光粉,与硅胶制成远程荧光片封装成LED灯具。通过大量实验确定了黄绿粉、红粉与硅胶的最佳比例,制备了不同色温的LED灯具,并选择了色坐标,光效,显色指数,R9,色质指数,色温,全色域指数等参数对灯具进行了测试与分析,为优质LED照明提供了更客观地综合评价。实验结果表明红粉与黄绿粉的最佳比例为1∶7.6,荧光粉总量与硅胶最佳比例为1∶5,此时制成的白光LED灯具的色温为4 113 K,色坐标(x, y)为(0.375 4, 0.373 1),光效为52.33 lm·w-1,色域度为0.981,显色指数高达96,其中R9为97。色质指数Qa值高达93,全色域指数为79。同时相较于传统封装而言,远程荧光封装的荧光板表面温度大大低于点胶封装荧光粉表面温度,可以有效地避免温度过高对LED产生的不良影响。     

RGBW四色LED混光优化在日光模拟中的应用

根据全日日光色温和亮度的变化曲线,利用RGBW四色LED混光模拟全日日光色温和亮度的变化,并采用遗传算法优化混合光的显色指数.采用Matlab进行仿真,并基于Arduino开源平台搭建日光模拟系统对仿真结果进行验证.实验表明,该策略可准确模拟全日日光色温和亮度的变化规律,同时通过遗传算法的优化可使LED混合光兼具最优的显色性能,验证了所提策略的正确性和有效性.该策略可应用于密闭环境照明、植物照明等特殊照明领域的日光模拟仿真试验和工程实践.     

LED光环境及服装色彩对消费者行为影响分析

LED光源具有高显色性、高发光效率、寿命长、节能环保等优秀的性能,目前很多服装店已经采用L ED进行照明.但服装店在选择照明方式上出现很多问题,比如灯光不能再现服装的真实原貌,消费者的氛围感知不强,消费者购买欲望差.以可调L ED光源为基础,针对服装店室内照明场合,分别采用普通照明方式、重点照明方式、局部照明方式和混合...     

彩色变焦照明系统设计

针对基于RGB混色技术在小角度、近距离空间内较难实现彩色LED,且有关彩色变焦照明相关文献也较少的问题,设计了一款彩色变焦照明系统。系统主要由LED光源、TIR透镜、微结构透镜组成,可在650mm处实现良好混色照明,变焦范围为4.2°~9.1°(半光强角),且变焦照明过程中,在光强下降为20%的角度内能量利用率达85%以上,半光强角内的能量利用率始终在75%以上,满足设计要求。