在二十一世紀初期，基于對光和睡眠的開(kāi)創(chuàng )性研究，研究人員在我們的視網(wǎng)膜中發(fā)現了尚未知曉的細胞：ipRGCs。這些細胞對光敏感，這類(lèi)細胞可以接收光信號，并直接連接到我們大腦調節睡眠模式的部分，影響晝夜節律。

這些細胞Z重要的是它們對藍光很敏感，它們的峰值敏感度大約在450-480nm的波長(cháng)處。當被光刺激時(shí)，它們發(fā)出一個(gè)喚醒的信號。該信號在各種生理反應中可以被觀(guān)察到；例如，它可以阻止我們的身體釋放褪黑素，而褪黑素與我們的晝夜節律循環(huán)密切相關(guān)。對藍光的Z大靈敏度與自然光線(xiàn)有關(guān)：藍光輻射在早晨更普遍，白天減弱，晚上沒(méi)有；因此，我們的身體將它作為生物鐘同步的提示。

機遇與挑戰

一方面，可以提供額外的光線(xiàn)，幫助那些在自然條件下得不到足夠光的人。例如，早上少量的藍光可以幫助那些生活在陽(yáng)光不充足地區的人，或者那些晝夜節律周期不那么規則的人群，如青少年和老年人。我們對早晨的藍光特別敏感，在起來(lái)后的頭一到兩個(gè)小時(shí)。

另一方面，晚上暴露在光線(xiàn)下會(huì )產(chǎn)生不必要的影響。研究表明，常見(jiàn)的室內照明條件（100 lx及以上）足以顯著(zhù)影響晝夜周期。這種效果在光線(xiàn)關(guān)閉后持續數小時(shí)，因此會(huì )延遲睡眠。來(lái)自手機和平板電腦的光線(xiàn)是另一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。 隨著(zhù)LED照明的普及，這種擔心變得更加嚴重，尤其是使用強藍光的LED。

為晝夜節律調節光譜

晝夜生理節奏與藍光的總量成比例。藍光的總量是兩個(gè)因素的產(chǎn)物：一個(gè)是總光量；另一個(gè)是光譜中藍光輻射的相對量。為了影響晝夜循環(huán)，可以改變光照水平和光譜。

目前，已經(jīng)有提出各種度量，來(lái)量化藍光的總量，但是，這種作用光譜在450-480nm處具有峰值敏感度。因此，修改此范圍內的光譜提供了Z大的機會(huì )。

LED技術(shù)可以根據需要形成光譜，尤其是重新組織光譜來(lái)增加或消除藍色輻射，但同時(shí)必須要保持光的其他重要特性。一個(gè)關(guān)鍵的方面是光本身的色度，應該保持白色。如果簡(jiǎn)單地從白光源去除所有藍光輻射（例如，用藍光抑制濾光器），則所產(chǎn)生的光會(huì )呈現黃綠色，對實(shí)際使用來(lái)說(shuō)不適宜。因此，減少光源的晝夜節律刺激不能簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單地去除藍色輻射。

早上和晚上的需求

白光的特點(diǎn)是其相關(guān)的色溫（CCT）。高溫光，例如日光，包含更多的短波長(cháng)輻射，而低溫光則包含更多的紅色輻射（圖1）。這樣，可以通過(guò)調整其CCT和強度來(lái)調節光源的晝夜節律，早上高、晚上低。人類(lèi)視覺(jué)系統通過(guò)色彩適應過(guò)程來(lái)自然地適應不同CCT的光線(xiàn)，因此廣泛的CCTs對于一般照明是可接受的。

圖1. 該圖描繪了各種光源的色度。黑線(xiàn)表示白光的黑體軌跡。從白熾燈中去除藍色輻射會(huì )讓它變成黃綠色。雖然燭光在技術(shù)上分類(lèi)為白光，但燭光具有明顯的黃色色調。

這種方法可以在早上很好地增加晝夜節奏，將CCT提高到4000-5000K，并將光照強度提高到1000lx以上。各種醫學(xué)研究已經(jīng)證實(shí)，富含藍色、高CCT的光可以幫助同步睡眠時(shí)間，特別是對于需要醫療條件來(lái)改變晝夜節律周期的人群。 因此，照明行業(yè)已經(jīng)接受了這個(gè)概念，并且推出了一批藍光輻射強的產(chǎn)品。

另一方面，生產(chǎn)出一種在晚上生理刺激低的光源更具挑戰性。為了減少總藍色量，必須調整光量和光譜。光強度可以稍微降低一些，從典型的100-300 lx降到30-50 lx，但是對于家庭使用來(lái)說(shuō)，就太暗淡了。要想獲得非常少的藍色輻射的光譜時(shí)，會(huì )出現更嚴重的挑戰，因為降低色溫達到了極限。如果CCT遠低于2700K，相當于白熾燈泡的溫度，那么就不那么完美了。盡管在技術(shù)上表現為白光，但是光線(xiàn)呈黃色。一個(gè)例子就是蠟燭產(chǎn)生的光；CCT為2000K，在特定情況下可能會(huì )令人愉快，但對于大多數家庭活動(dòng)來(lái)說(shuō)，這看起來(lái)太黃了。

今天，所有“睡眠友好”型的燈泡都使用這種低溫方法（溫度范圍從2000-2300K），因此光色不自然。由于這個(gè)顏色質(zhì)量有問(wèn)題，制造商建議，這種燈泡只能用于一些照明燈具，例如，床頭燈。值得注意的是，迄今為止這些產(chǎn)品的有效性還沒(méi)有得到臨床研究的證實(shí)。

同樣的方法也適用于顯示器：從f.lux等計算機程序到Apple Nightshift等智能手機功能，通過(guò)在夜間降低屏幕色溫可降低藍光輻射量。但是，溫度只能降到某個(gè)點(diǎn)（大約3500K），然后屏幕就變成黃色，看起來(lái)不能接受。

圖2是各種商業(yè)光源的藍色輻射量。從圖上看，基本上由色溫決定。這也揭示了一個(gè)看似不可避免的折衷：低藍只能靠非常黃的光色獲得。實(shí)際上，這種權衡取決于傳統LED技術(shù)的基本屬性：依靠藍色泵浦LED來(lái)產(chǎn)生白色光譜，造成藍色輻射量和光色度基本上相關(guān)。

圖2. 藍光輻射量因不同的光源而異。傳統的LED通過(guò)降低色溫來(lái)減少藍色輻射，藍色量幾乎與相同溫度的自然光的量相同，如橙線(xiàn)所示。BlueFree技術(shù)擺脫了這種折衷，在舒適的色溫下可以實(shí)現非常低的藍光量。

一個(gè)無(wú)藍的解決方案

確定并理解這種折衷的根本原因之后，實(shí)際上可以規避它，以Z少的藍色量提供真正的白光。Soraa開(kāi)發(fā)的BlueFree SSL技術(shù)就是一個(gè)例子。它依靠紫光LED來(lái)替換標準的藍色LED，通過(guò)去除相對較窄的光譜范圍內的能量，可以保持白熾燈的色溫，同時(shí)實(shí)際上從光譜中去除任何藍光輻射。

基于紫光的全光譜LED可以顯著(zhù)改善光的質(zhì)量。在這些全光譜產(chǎn)品中，紫光LED由三種熒光粉（藍色、綠色和紅色）補充，以產(chǎn)生非常高顯色性的全白色光譜。 然而，在BlueFree案例中，只使用了綠色和紅色熒光粉。通過(guò)仔細選擇這些熒光粉，盡管沒(méi)有藍色輻射，仍然可以保持非常好的顯色性。

圖3比較了相同色溫2700K下各種白光源的光譜，并說(shuō)明了BlueFree方法。標準LED在440-490nm范圍內具有高光譜量，在這個(gè)范圍內，晝夜節律敏感度是Z大的。相反，BlueFree光譜在這個(gè)范圍內顯示出非常小的輻射。

圖3

測試理論

為了驗證BlueFree方法的有效性，Soraa邀請斯坦福大學(xué)教授Jamie Zeitzer和睡眠醫學(xué)領(lǐng)域的全球專(zhuān)家研究其生理影響。他設計了一個(gè)實(shí)驗來(lái)測量受試者在暴露在光線(xiàn)后的“照明后瞳孔反應”（PIPR）。在暫時(shí)暴露于光線(xiàn)之后（瞳孔從完全擴張到完全收縮），瞳孔回到殘余收縮狀態(tài)，其大小由控制晝夜循環(huán)的ipRGC細胞控制。更高量的藍光會(huì )出現更多的殘余收縮，這表明晝夜節律刺激更高。

圖4顯示參與者在35 lx照度下受到光照刺激后的瞳孔擴張速度，由兩種光源誘導：標準LED和BlueFree LED，均在2700K的色溫下。這兩個(gè)光源具有相同的色度，因此參與者不能直觀(guān)地區分它們。BlueFree LED產(chǎn)生更明顯的擴張速度。

圖4.

這個(gè)實(shí)驗證實(shí)，BlueFree光譜能夠顯著(zhù)減少晝夜節律刺激，而不用采用低色溫。因此BlueFree燈可以在家庭環(huán)境中無(wú)縫使用，產(chǎn)生白光和良好的顯色性，對睡眠周期影響較小。

由于我們眼睛中存在會(huì )調節我們晝夜節律的細胞，這些細胞對藍敏感，家庭環(huán)境中的光線(xiàn)（尤其是富含藍光的LED照明）有可能在晚上擾亂我們的睡眠模式并引起長(cháng)期的健康問(wèn)題。目前一些商業(yè)產(chǎn)品試圖通過(guò)發(fā)出極低色溫的光來(lái)減輕這種影響，但是黃色色調會(huì )令人不舒服。相比之下，更新的技術(shù)可以采用紫光LED來(lái)產(chǎn)生真正的白光，而幾乎沒(méi)有藍光輻射。斯坦福大學(xué)Zeitzer教授的臨床實(shí)驗表明，與標準LED光源相比，BlueFree燈泡對我們的晝夜節律系統的破壞性要小得多