打造更舒适的 LED 灯泡

种种迹象表明，LED 灯泡预示着家居照明的未来。 与老式的、耗能的白炽灯相比，LED 灯泡的效率高出数倍，使用寿命长数十倍。

但有一个问题：目前的 LED 灯发出的蓝光非常多。你或你认识的人可能拥有蓝光过滤眼镜是有原因的。科学家认为，过度暴露于蓝光会抑制褪黑激素，扰乱引导身体入睡的昼夜节律。

[相关：关于蓝光如何影响我们的眼睛，还有很多需要了解]

因此，研究人员正在努力制造更友好的 LED 灯泡。其中一个团队已经成功制造出一种可以缓解蓝光问题的化合物。研究人员相信，这项于 3 月发表在《ACS 应用材料与界面》上的研究成果，有朝一日可以点亮他们所谓的“以人为本”的灯光。

休斯顿大学研究生、论文作者之一 Shruti Hariyani 表示：“如果我们再努力一点，发明出以人为本的灯泡，我们就可以消除对这些超级昂贵眼镜的需求。”

LED（发光二极管的缩写）通常发出一种颜色的光。为了产生全光谱的白光，LED 灯泡依靠称为荧光粉的化学物质。当特定荧光粉被特定波长的光激发时，它会发出另一种颜色的光。大多数 LED 灯泡依靠蓝色发光二极管，其中有一组经过微调的荧光粉，它们被蓝光激活并将其“转换”为形成白光的光谱。

但这也留下了很多蓝光，而且随着我们将白炽灯换成荧光灯或 LED 灯泡，我们对更节能照明的追求，正在向这个已经充满了发出蓝光、扰乱睡眠的电视、显示器和智能手机的世界投射更多的蓝光。

“事实证明，白炽灯只是以人为中心的灯，”休斯顿大学化学家、另一位作者 Jakoah Brgoch 说道。“我们从来没有这样考虑过它们。”

如果你曾经认为白炽灯看起来温暖舒适，而 LED 灯或荧光灯则显得单调乏味，那么这是有原因的。尽管白炽灯存在种种缺点，但它非常善于模拟自然阳光的光谱。白炽灯通过加热灯丝使其发光，其原理与太阳光的发光原理相同。

为了帮助制造出能够减少蓝光并更好地匹配阳光的 LED 灯，自 2010 年代中期以来，一些灯泡尝试用紫色 LED 替换蓝色核心，并依靠不同的荧光粉。这种方法可以很好地产生红色等暖色，但要产生真正自然的光线，这些灯泡仍然需要产生光谱的另一端。不幸的是，研究人员尚未找到一种能将紫色变成蓝色的有效荧光粉——这是帮助紫色 LED 灯泡更好地模拟我们从白炽灯中获得的全光谱的缺失环节。

“目前有很多能产生蓝色光的荧光粉，但能用于紫色 LED 的却不多，”Brgoch 说道。“我们在最近几年的工作中遇到了一些，但没有一种能满足所有不同的要求。”

具体来说，荧光粉需要经受住灯泡内部的温和温度——大约 300 华氏度，即 150 摄氏度。而且，至关重要的是，它们需要高效；如果在改变 LED 颜色时 LED 的光线损失太多，那就不行了。

为了将紫色变成蓝色，哈里亚尼和布尔戈奇将目光转向了含有稀土元素铕的荧光粉。哈里亚尼预测，这种化合物在受到可见光波长之外的紫外线激发时会产生蓝色。但经过测试，结果发现，这种荧光粉受到更宽的波长范围激发，接近紫色。

“我们可以用可见光激发这种荧光粉，这对于蓝光发光材料来说相当罕见，”Hariyani 说道。“我一看到它，就知道我们可以将它与紫光 LED 一起使用。我们可以将这种以人为本的组件作为其应用目标。”

[相关：不要再将所有问题归咎于蓝光]

荧光粉并非新技术。老式阴极射线管电视从 20 世纪 60 年代开始使用荧光粉。许多荧光粉都是人们熟知的“怪物”，多年来一直在不断改进。但 Hariyani 表示，这种新型荧光粉甚至在研究人员开始对其进行微调以更广泛使用之前，就已经可以与行业标准荧光粉相媲美。“这真的令人兴奋，”她说。

这种荧光粉的发明者希望它有朝一日能应用于家庭和办公室照明，但他们对未来的前景持现实态度。在实验室中制造这种物质是一回事，大规模生产又是另一回事。“某种东西如何从一克变成一公斤？” Brgoch 说。“这是一个很大的障碍。”

确实，蓝色 LED 灯泡之所以如此常见，是因为它们更容易批量生产。但这不仅仅是冷白色蓝色 LED 灯泡与暖黄色紫色 LED 灯泡之间的对决。由于阳光在一天中不断变化，蓝色白色灯泡在下午对我们的昼夜节律来说并不是什么问题。

费城郊外西切斯特大学的物理学家布兰登·米切尔（Brandon Mitchell）没有参与这篇论文，他认为灯泡应该反映这一点。“如果外面还是晴朗的一天，如果是下午 2 点，你不会想要黄色灯泡，而是想要白色灯泡，”他说。“然后如果是晚上 7 点，你不会想要白色灯泡，而是黄色灯泡。”

有可以改变颜色的 LED 灯泡，但它们价格昂贵，而且距离普及还有很长的路要走。这就是 Mitchell 看到这类工作的发展方向。“这篇论文讨论了理想的暖色 LED，”他说，“我们已经有了很好的白色 LED。”