UVB LED：光疗新时代或许来了 解读LED照明灯具调光方案和市场成长潜力

导语： 随着深紫外LED冉冉新星的升起，UVA、UVC LED已经慢慢取代传统汞灯，逐渐占据市场。然而对于UVB LED的应用领域，大家仍在不断摸索中，可以确定的是光疗是一个新的可预期的方向。

随着深紫外LED冉冉新星的升起，UVA、UVC LED已经慢慢取代传统汞灯，逐渐占据市场。然而对于UVB LED的应用领域，大家仍在不断摸索中，可以确定的是光疗是一个新的可预期的方向。

光疗是利用电磁波辐射产生不同波长的光线来治疗皮肤病的一种方法[[[] Hexsel CL, Lim HW, 鞠梅. 光疗:最新进展[J]. 中华皮肤科杂志, 2007, 40(5):318-319.]]。紫外线光疗仪最早是PUVA设备。1974年，Parrish等[[[] Parrish JA, Fltzpatrlck FB, et al. Photochemotherapy of psoriasis with oral methoxsalen and longwave ultraviolet light[J]. N Engl J Med, 1974, 291(23):1207-1211.]]科学家报道内服补骨脂素(Psoralen)后照射长波紫外线可以治愈银屑病。美中不足的是要想达到良好的治疗效果必须借助辅助药物——补骨脂素，而且PUVA疗法的副作用较大，其表现为在治疗过程中易灼伤皮肤和致癌风险高等问题。1981年，Parrish等[[[] Parrish JA, Jaenicke KF. Action spectrum for 10 phototherapy of psoriasis[J].

Journal of Investigative Dermatology, 1981, 76(5):359-362.]]科学家研究表明，中波紫外线中的295-313 nm是最有效的波段，295 nm以下的UVB几乎无抗病活性，大于313 nm的紫外线具有致癌风险。这些限制推动了Narrowband UVB在临床上的使用，经证实310-313 nm也是相对最安全的波段。NB UVB疗法的出现解决了需要配合补骨脂素等光敏性化合物使用的问题，病人可以自主选择是否使用补骨脂素，提高了治疗效果的同时节省了治疗费用。目前医院中治疗皮肤病的仪器包括NB UVB紫外线光疗仪和308 nm准分子激光治疗仪。后者是通过惰性气体氯化氙产生的脉冲光波来治疗皮肤类疾病，临床研究表明，单一的308 nm波长具有更好的治疗效果。但是由于价格昂贵、体积大等问题，不适合便携式家用。至于LED峰值波长在308 nm左右是否具有更好的效果还有待于研究。

表1 紫外线光疗及其适应症

目前使用的紫外灯多为汞灯，通过汞灯中的汞蒸气电离激发放电产生电磁波辐射。波长类型单一和易破碎是汞灯典型的问题，其内的重金属汞对人体和环境都易造成严重的危害。2017年8月16日，《关于汞的水俣公约》正式生效，包括中国在内的128个签订方承诺减少汞的排放和使用，保护公众远离人为汞污染。其中规范手工业一项意味着汞灯将被逐渐取缔。此时LED凭借体积小、冷光源、节能环保、不需要预热等优势应运而生(图1)，多家企业都已在积极布局UVB LED的应用，光疗新时代即将到来。目前三安光电已研发出波长峰值为310 nm的UVB LED，半波宽仅有10 nm，波长集中对于光疗效果更具有优势。

国家原卫生部副部长、中国医师协会名誉会长殷大奎先生在“全国皮肤病救助工程中国行”上海站启动仪式上说，截止2014年，全世界有4.2亿左右人患有皮肤病，其中，中国就有近1.5亿人[[[] 人民网. 全世界4.2亿人患有皮肤病，中国占近1.5亿人.

http://world.people.com.cn/n1/2016/0812/c57506-28632376.html, 2016/08/12.]]。而其中最常见的皮肤病是牛皮癣(银屑病)、白癜风、特异性皮炎等，这些疾病的特点都是治愈过程缓慢，顽固易反复，治愈阶段需要耗费大量的精力、人力及物力。而根据《皮肤病生活质量量表》的调查结果，皮肤病患者除了痛痒难忍，因为影响美观从而降低社交生活质量也是常态。这就说明不仅要尽快找到彻底治愈的方法，同时也要关注病人的心理健康，要知道心理疾病往往也可以摧毁一个人，有可能别人的一个眼神、一句话就是压死”骆驼”的最后一棵稻草。因此，研究皮肤病的患病机理、治疗机制具有重要意义，势在必行。

本文旨在阐述银屑病以及白癜风的患病机理和治疗机制，有助于患者认识了解，在一定程度上能减少了患者在治疗过程中的的不配合度与情绪波动，提高皮肤病患者的生活质量指数。白癜风是一种由于黑素细胞减少或缺失导致黑色素无法正常分泌的自身免疫性疾病，皮损为乳白色色素脱失斑。其患病机制尚未明确，大部分学者认为自身免疫因素在白癜风的发病中起着重要的作用[[[] 卢保振, 柏冰雪. 调节性T细胞在白癜风发病中的研究进展[J]. 国际免疫学杂志, 2016, 39(1):93-96.]]。从细胞生物学角度来看，患者体内的调节性T细胞不仅可以破坏黑素细胞的免疫调节效应，而且其功能的缺失将激活细胞毒性T细胞，细胞毒性T细胞识别及对抗黑素细胞上的抗原，最终破坏黑素细胞[[[] Yang L, Wei Y, Yang J, et al. Global Activation of CD8+ Cytotoxic T Lymphocytes Correlates with an Impairment in Regulatory T Cells in Patients with Generalized Vitiligo[J]. PLoS ONE, 2012, 7(5):e37513-.][[] Chentoufi AA, Binder NR, Berka N, et al. Advances in type I diabetes associated

tolerance mechanisms[J]. Scand J Inmaunol, 2008, 68(1):1.]]。近年来Thl7细胞如何影响自身免疫性疾病也是一个新的研究亮点。2005年，Harrington等[[[] Harrington LE, Hatton RD, Mangan PR, et al. Interleukin 17–producing CD4+ effector T cells develop via a lineage distinct from the T helper type 1 and 2 lineages[J]. Nature Immunology, 2005, 6(11):1123-1132.]]首次提出了Thl7细胞的概念。目前认为，CD4+辅助T细胞可分为Th1、Th2、Th17和调节性T细胞四个亚群。Thl7细胞能够通过产生一系列细胞因子与其他免疫细胞相互作用，参与释放前炎症因子的过程，介导炎症反应的产生，进而影响免疫细胞的功能及免疫系统的调节。

如图2所示，UVB治疗白癜风通过抑制或促进相关的细胞因子，同时诱导细胞毒性T细胞凋亡以及抑制前炎症因子的释放。Imokawa G等[[[] Imokawa G, Miyagishi M, Yada Y. Endothelin-1 as a New Melanogen: Coordinated Expression of Its Gene and the Tyrosinase Gene in UVB-Exposed Human Epidermis[J]. Journal of Investigative Dermatology, 1995, 105(1):32-37.]]科学家发现，经UVB照射后角质形成细胞分泌的Endothelin-1、Interleukin-1α、Tyrosinase表达量增加。ET-1是黑素细胞的有丝分裂原，其含量的增加促使残存的黑素细胞分裂、增殖和移动。酪氨酸酶的作用是催化黑素细胞形成黑色素。除此之外，杨宪鲁等[[[] 杨宪鲁, 王海燕, 苏芳, et al. NB-UVB治疗对寻常型稳定期白癜风患者外周血IL-17,IL-23的影响[J]. 中国皮肤性病学杂志, 2013(11):1103-1104.]]发现UVB会抑制IL-17和IL-23的表达。IL-17是Thl7细胞诱导分化的细胞因子并具有促炎症作用，而IL-23通过上调促炎症因子TNF-α、IL-1β和IL-17的分泌间接促使炎症发生。因此UVB通过抑制IL-6、IL-17、IL-23、IL-1β、TNF-α等炎症细胞因子的释放，调节调节性T细胞与Th17细胞之间的免疫平衡，从而有效地抑制免疫反应[11-[[] 周运恒, 马红霞, 熊怡凇, et al. 调节性T细胞和Th17细胞在自身免疫性疾病中的研究进展[J]. 中国实验诊断学, 2010, 14(7):1152-1155.]]。

银屑病又称牛皮癣，是一种慢性的自身免疫性疾病[[[] 潘日宇, 张学军. 中长波紫外线光疗在银屑病治疗研究进展[J]. 大家健康, 2013(23):310-311.]]。患者的免疫系统过度活跃，触发皮肤炎症并导致表皮细胞更新速度比正常的快。正常的表皮细胞更新周期是28-30天，但是由于皮肤表皮细胞增殖速度变快，患者的表皮细胞3-4天就会更新一代。随着越来越多皮肤细胞的迅速产生，旧的皮肤细胞被推向皮肤表面，形成鳞屑状的红斑(图3)。

目前银屑病的患病机制尚未明确，如图4所示，大部分学者认为UVB通过诱导DNA产生光聚物，最主要的是环丁烷嘧啶二聚体、6-4光产物和Dewar异构体，抑制表皮细胞合成，继而调节表皮细胞周期[[[] Krutmann J, Morita A. Mechanisms of ultraviolet (UV) B and UVA phototherapy[J]. Journal of Investigative Dermatology Symposium Proceedings, 1999, 4(1):70-72.]]。UVB还能通过上调p53抑癌基因来延长表皮细胞的循环周期。

银屑病是T细胞介导的自身免疫性疾病，T细胞分泌的细胞因子影响免疫系统引起严重的炎症反应。Th1细胞主要分泌IFN-、TNF-α、IL-2和IL-12等细胞因子，主要介导细胞免疫;Th2细胞主要分泌IL-4、IL-5、IL-10和IL-13等细胞因子，主要介导体液免疫[[[] 汪娈, 杨慧兰, 樊建勇, et al. 寻常型白癜风患者外周血Th1/Th2细胞因子的研究[J]. 皮肤性病诊疗学杂志, 2009, 16(5):287-289.]]。Th17主要跟IL-17、IL-23和IL-22等细胞因子有关。大部分学者认为Th1与Th2的比例平衡有可能是导致白癜风发病的主要原因[[[] 郭红卫, 王京滨, 李国民, et al. 窄谱UVB治疗对银屑病外周血Th1/Th2细胞因子的影响[J]. 皮肤性病诊疗学杂志, 2006, 13(5):340-342.]]，但是Li J等[[[] Li J, Xu’e Chen, Liu Z, et al. Expression of Th17 cytokines in skin lesions of patients with psoriasis[J]. Journal of Huazhong University of Science & Technology, 2007, 27(3):330-332.]]认为Th17在发病中更具重要作用，银屑病皮损区的IL-17和IL-22的含量明显高于正常皮肤。

在过去的几年里，市场上可以使用的UVB LED基本上都被日系和韩系公司所垄断，国内正处于刚起步的阶段。基于三安UVC LED优异的性能表现，目前三安光电新推出了波长范围为308-320 nm的UVB芯片，以及可满足客户不同设计需求的高性能封装体。三安光电UVB芯片尺寸包括20 mil、30 mil和42 mil可供选择。单颗芯片在350mA的电流驱动下可以达到40 mW的光功率。

对于需要达到高辐射密度应用的客户，三安亦可以提供客制化封装服务，例如体积小的近无机1313封装及集成式内含4颗芯片的6868封装，后者可在350 mA的电流驱动下达到160 mW的光功率，现阶段光通维持率可达到L50@10Khrs。若此产品应用于医疗设备领域，为维持良好的治疗效果，产品研发者需以治疗有效辐射剂量为产品使用周期末辐射剂量要求，从而估算并设计产品设计周期初始辐射剂量。

编辑：严志祥

解读LED照明灯具调光方案和市场成长潜力

随着LED应用市场的持续快速发展，应用范围的持续扩大也导致了对产品要求的不断提高，在LED终端产品中关于LED亮度的调节这项功能也就显得十分的必要。也是目前如LED灯具和显示屏等必须注重的环节。

如今，LED照明已确然成为一项主流技术。该项技术正日臻成熟，标志之一就是大量LED照明标准和规范的陆续出台。严格的效率要求已存在相当一段时间了，今后仍将不断提高。但近段时间，LED照明设计师的工作却更为棘手了，因为要同时满足以下两项要求：既要用针对白炽灯的调光器来实现调光控制功能，又要实现高功率因数性能，对于LED亮度的调节，目前主要分为模拟调光和PWM调光，下面就将对LED调光的相关情况进行介绍。

调光是照明系统非常常见的功能。对于白炽灯来说，它可以以低成本轻易实现。LED灯的调光却存在一定难度，但对于建筑师和住宅用户来说，在转换到LED照明时可不愿失去调光控制应有的优势。这就涉及到LED照明类的许多相关知识。

功率因数是非常重要的因素，因为高功率因数可降低配电网络的损耗。降低电力使用对环境所造成影响的最有效方式是减少浪费，因此世界各地的监管机构都在进一步严格他们的功率因数规范。其中一个例子就是能源之星固态照明能效规范（09/12/07），它规定住宅照明产品的功率因数（PF）应大于0.7，商用照明产品的功率因数（PF）应大于0.9。

LED灯具的调光方法最主要、常见的有三种，这三种调光技能都是根据LED驱动电流输入的变化来进行调光的。按照不同的电路系统也能够分为模仿调光和PWM调光。

第一种：这种调光方法为通过调制LED驱动电流来完成LED灯的调光，由于LED芯片的亮度与LED驱动电流成一定的比例干系，所以我们调节LED驱动电流就可以控制LED灯的明暗。

第二种：这种调光方法被称为模仿调光方法或线性调光方法。该种调光方法的好处是：当驱动电流线性增长或减小时，减小了驱动电流过冲过程中对LED芯片寿命的影响，而且调光电路的抗滋扰性较强。其缺陷则是驱动电流的大小变化过程肯定对LED芯片的色温有一定的影响。

第三种：这种调光方法称之为脉冲宽度调制(PWM)。该种方法是经过调节使驱动电流呈方波状，其脉冲宽度可变，经过对脉冲宽度的调制转变为调制LED灯连续点亮的时间，也同时转变了输入功率，从而到达节能、调光的目标。频率跟平常一样大概在200Hz~10KHz；因为人的眼睛视觉的滞后性，不会感觉得到光源在调光过程中产生的闪耀现象。此种调光方法的好处是能改善LED的散热性能，缺陷是驱动电流的过冲对LED芯片的寿命肯定有一定的影响。

总的来说，模拟调光通常可以很简单的来实现。但是由于LED光的特性要随着平均驱动电流而偏移。对于单色LED来说，其主波长会改变。对白光LED来说，其相关颜色温度（CCT）会改变。用PWM调光则保证了LED发出设计者需要的颜色。PWM调光也可以提高输出电流精度。用线性调节的模拟调光会降低输出电流的精度。通常来说，相对于模拟调光，PWM调光可以精度大于线性控制光输出。

从节能来说，没有可比性。因为PWM是保证CCT和颜色情况下测定电流（光强），模拟调光则是不存在这个前提。如果要牺牲这个前提来考虑节能的话，需要实测数据。但估计在实现同等照度的情况下，PWM会有优势。

从调光响应时间来说，PWM调光由于其响应速度快，并且能够更加精确地调光。在实际使用中应用得最为广泛。

如果LED照明控制器以线路调光或次级侧调光的方式进行工作。最简单的线路调光方式是前沿可控硅控制器。这是目前最常用的照明控制方式，但不幸的事，使用可控硅控制器对LED灯进行调光时会产生大量问题。更先进的线路调光器是电子前沿或后沿调光器。次级侧电子控制调光器则用于专业照明系统。

可控硅控制器在白炽灯中的表现无可挑剔，但在LED灯中会产生各种负面效应，其中包括闪烁、发光不均匀、音频噪声以及闪动。要想弄清原因，首先必须了解可控硅调光器的工作原理。

从上面介绍的应用情况可以看出，如果所采用的控制器既能执行功率因数校正，又能执行恒流驱动和相位角检测，那么设计出的隔离式及非隔离式LED驱动器就能与所有类型的调光控制器实现稳定工作。此外，还能使电路满足所有国际标准的效率、功率因数、谐波和EMI要求。过去，白炽灯泡必须针对特定的电源电压进行制造。现在，却不必再受此限制，制造出的可调光LED灯可以不经任何改装而通用于世界各地。

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