摘要：长时间使用手机、平板电脑、电脑显示屏等设备，已成为当今社会生活中十分普遍的现象.这些设备的发光波段具体是多少？是否会对人们眼部视力造成伤害？这也成为大家十分关注的问题.针对这些问题，本文利用光谱仪测量了不同型号手机、电脑显示屏的发光光谱，以及光谱强度随探测距离的变化，并对不同设备进行了分析和比较，讨论了这些设备对人眼可能造成的危害.
关键词：手机；显示屏；光谱；蓝光伤害；人眼健康
由于工作和生活的需求，使得人们对手机电脑的依赖程度逐年升高.据调查显示，80后平均每天使用手机的时间在10小时以上的占59.26%[1].长时间的使用电子产品，给人眼的健康带来极大的危害.刘颖俏等人的研究结果表明[2]，便携式电子显示屏发出的光不仅能使眼睛疲劳，同时也影响人体的生理节律；如果在夜间使用便携式电子显示产品会降低人的主观嗜睡程度.正因为如此，人们开始关注如何正确选择电子产品、使用电子产品，最大程度地降低电子显示屏对人眼健康造成的潜在危害.
光辐射与人类生活息息相关，在适当照射的情况下，不管是紫外光、可见光还是红外光，都能对人体产生积极的生理影响.然而，在照射过度的情况下，光辐射可能存在着潜在的危害.如表1所示，不适当的光照会对人体造成一定的损伤，尤其是紫外光会对人眼内部一些结构造成严重损伤[3].
表1 光对人眼的损伤情况(信息来源文献[3])
此外，研究结果表明，人眼水晶体若长时间接触到过度的蓝光(400～500 nm)，其中的蛋白质就会“变性”，视网膜色素上皮细胞和感光细胞会出现损伤，视力的对比敏感度会明显降低，严重时会出现白内障[4-9].除此之外，人眼在蓝光的照射下，人体体温会有所上升[4]；相应的生物钟相位会有所延迟[5].
综上所述，不同波段的光对人体的损害是不同的，为了能够更好地了解我们日常接触的电子显示设备对人眼健康的影响，本文利用光纤光谱仪测量了常见型号手机、电脑显示屏的发光光谱，分析了具体的光谱成份，讨论了它们对人眼健康造成的潜在危害，以及对如何预防提出了建议.
1 实验内容
研究中选择了9部不同型号的手机(HTC夺目3D；诺基亚2060；诺基亚920；红米1s；红米Note2；苹果6；苹果6s；荣耀6；魅族2)和3台不同型号的电脑(联想L171；戴尔P2314Ht；联想Thinkpad E530)进行实验.实验中使用AvaSpec光纤光谱仪(可测波长范围为200～1100 nm)在相同的测试条件下测试了显示屏设备的发光光谱，并通过改变光纤光谱仪探头到显示屏的距离，测试了部分显示屏光谱强度和距离的关系.为了消除背景光的干扰，测试选择夜间在暗室中进行.另外，如图1所示，不同界面测量光谱的强度和光强比是不同的，为了避免这一因素对实验结果造成的影响，手机显示屏测试中我们选择QQ联系人界面进行实验，电脑显示屏选择空白文件夹即白屏进行实验.
图1 不同界面(白屏和蓝屏)光谱图
2 实验结果
2.1 不同型号显示屏的发光光谱
图2给出了不同品牌型号手机显示屏的光谱图，从中可以发现手机显示屏光谱由3个主要组份组成，分别是主波长在450 nm的蓝光、主波长在530 nm的绿光以及主波长在600 nm左右的红光.这3部分的峰位基本无变化，但是相对强度存在差异.苹果品牌的不同型号手机显示屏之间的光谱波长差异极小(如图2(a))，诺基亚品牌的不同型号手机显示屏之间的光谱波长差异如图2(b)所示，诺基亚920型号手机的530 nm的主峰绝对强度占优势，峰宽较宽；短波长的蓝光(450 nm)峰相对尖锐；590 nm的谱峰也相对较强.红米品牌的不同型号手机显示屏之间的光谱特征差异明显，如图2(c)所示，红米1s型号手机的530 nm的主峰绝对强度占优势，峰宽相对较宽；短波长的蓝光(450 nm)相对尖锐；光谱主要在红绿波段，而红米Note2型号手机的450 nm的主峰强度占优势，没有出现590 nm的主峰；光谱主要集中在蓝绿波段.HTC夺目3D、荣耀6、魅族2三种不同型号手机显示屏之间的光谱差异如图2(d)所示，HTC夺目3D和魅族2的蓝光峰占优势，峰比较尖锐，590 nm的主峰相对于荣耀6型号手机较弱.
图2 不同型号手机显示屏光谱特征图
图3给出了3种不同型号电脑的显示屏光谱图.图中显示，不同电脑显示屏光谱差异较大，尤其是联想L171.联想L171电脑显示屏谱峰为3个尖锐的峰，波长分别是436 nm、487 nm和546 nm，谱峰尖锐；戴尔P2314Ht和联想Thinkpad E530电脑显示屏光谱与手机显示屏相似，谱峰以红绿蓝三色的宽波段组成.
图3 不同型号电脑显示屏光谱特征图
已有的实验结果显示，电子产品显示屏的发光光谱会有不同，但主要集中在可见光(400～780 nm)范围内，没有紫外和红外光，光谱中有 450 nm、530 nm和590 nm波长的峰，其中，530 nm占绝对优势，450 nm次之，590 nm最弱.
2.2 相同型号显示屏光谱特征随探测距离的变化
实验发现，戴尔P2314Ht电脑显示屏在相同条件下发光光谱强度随探测距离(10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm)的变化不明显，因此我们这里没有给出强度随距离改变的情况，其具体光谱如图3所示.这表明，对于面积较大的电脑显示屏(面光源)，0～50 cm范围内，光强度随着距离的改变不会发生明显的减弱.
图4 相同型号手机显示屏光谱特征随探测距离的变化图
图4给出了苹果6s显示屏在相同条件下光谱特征随探测距离变化而变化的关系，从图中可以发现，手机显示屏在相同条件下光谱强度随探测距离的变化发生明显改变；探测距离相同的条件下，手机显示屏光谱主峰均显示449 nm峰略高于538 nm峰；随着探测距离的增大，各峰光强都逐渐减弱.这表明对于较小的面光源的手机显示屏，随着使用时距人眼距离的增加，光强会明显减弱.
3 讨论
实验结果显示手机、电脑显示屏的发光光谱的波长(430～680 nm)在可见光(400～780 nm)范围内，不发射紫外和红外光，主要由450 nm、530 nm、590 nm左右的宽波段组成.这是因为现在的手机、电脑普遍采用液晶显示器，而液晶显示器是利用背光原理，即使用3种基色荧光灯管作为背光光源，通过辅助光学模组和液晶层对光线的控制力(在电场的作用下，液晶分子的排列方向发生变化，使背光光源透光率改变)来达到较为理想的显示效果[9-11].因此，红绿蓝这3种基色背景光源使手机、电脑显示屏所发出的光必定会在可见光范围内，光谱主峰显示为450 nm(蓝)、530 nm(绿)、590 nm(红)3种，这和我们的实验结果相符，我们在所有的显示屏中都观察到了这3色对应的光谱.尽管如此，我们的实验结果表明(图2和图3)，不同型号显示器的这3种波长成分的比例不同，即使是同一品牌的手机，波长也会有很大的区别，小米手机和联想的显示器尤为明显.
生物学研究表明，长时间使用显示屏发出的蓝光会使视网膜色素上皮细胞和感光细胞出现损伤[7]；受486 nm可见光照射的大鼠，会因为视紫红质介导视网膜光损伤[6]；晶状体中的蛋白质就会“变性”，视力的对比敏感度会明显降低，严重时会出现白内障[6]；除此之外，人眼在蓝光的照射下，人体体温会有所上升[4]；相应的生物钟相位会有所延迟[5].测试结果表明，我们实验中测试的所有显示屏中都有450 nm的峰，这说明当下人们所使用的手机、电脑显示屏都存在蓝光危害，因此，长时间使用手机必然会危害人眼健康，为了减少这一伤害，手机显示屏发光设计应尽量避开或降低蓝光的出现.
为了减少蓝光对人眼健康的影响，建议人们可以从蓝光的产生、传播过程和接受者3个角度预防蓝光对人眼健康的影响[12].首先，在设计液晶显示器时应该尽量降低蓝光基色的使用，从而降低蓝光的辐射分布；其次，从光的传播过程中，利用一些光学元件过滤蓝光波段(420～480 nm)，降低蓝光辐照量[13]，2014年以来，明基BenQ等众多品牌已经开始着手研发滤蓝光护眼显示器，从这一途径降低蓝光对人眼危害；第三，人们在工作生活中应该尽量控制使用手机、电脑的时间，以此降低人眼在蓝光中的曝光时间；第四，在使用手机、电脑时，要适时调节显示屏的亮度，尽量避免过高的辐射量对人眼的伤害；同时，在实验中我们也看到，手机光强会随着距离的增加而明显减弱，所以在使用手机时要注意人眼距离显示屏的远近，从而降低光辐照量.
4 结论
当下，人们的生活、学习、工作等已经离不开电子产品，长时间使用电子显示器产品不仅使我们的生物节律紊乱，而且使我们的眼睛备受伤害.本文研究了不同显示器的光谱，让人们对电子显示器更加了解，能够让人们更加意识到电子显示器对人眼健康的危害，既希望生产厂家能够生产研发出有利于人体健康的科技产品，同时希望使用者能够有效控制使用电子产品的时间，保护自身的健康.
