LED輻射測試之我見

薛曉曉 陳 萍 黃 犇

（浙江省電子信息產品檢驗所，310012）

0 引言

近年來，全球能源緊缺，溫室效應日益加劇，生態環境越來越惡劣，這已逐漸成為全世界亟待解決的難題，改變人們的能源獲取方式以及如何提高能源利用率已是我們未來面臨的重要的問題。在世界電力結構中，照明用電所占比重約為19%[1]。雖然世界各國發展水平不一，照明用電所占比重也有所不同，但隨著全球能源的緊缺，生產成本的不斷提高，在世界各國能源消費中照明耗能已不容忽視，比重日漸增加。照明節能問題也就成了目前亟待解決的問題。

目前應用最廣泛的照明光源是白熾燈，其集光性好，制造方便，而且成本低，啟動快，但光效低，耗能嚴重。早在1998年，美國就已經頒布法令，計劃在12年內完全淘汰白熾燈；2012年歐盟以及日本已全面禁售白熾燈；我國擬在2016年實現白熾燈的全面禁用[1]。白熾燈被禁后，它的替代品又是什么呢? 在照明領域，LED照明產品以其強大的自身優勢正吸引著人們關注，它的出現也為照明界開拓出一個全新領域，并為照明節能設計提供了更多的選擇。LED作為新型高效光源之一，具有節能、高效、綠色環保、壽命長等顯著特點，是人類照明史上的又一次飛躍，是目前公認的最具發展前景的第四代綠色光源[2]。

隨著LED性能的不斷提高，其應用領域不斷拓展，已從最初的狀態表征發展到目前的交通信號燈、路燈、汽車照明等領域，可謂LED的使用已經涉足人們生活各個領域。隨著國家對低碳、節能減排政策的不斷推進，LED照明產業遇到了一個大好的發展時機[3]。LED是行業未來發展的必然趨勢，二十一世紀必將進入以LED為代表的新型照明光源時代。

1 LED燈的輻射危害

LED作為一種綠色新光源，將其運用于照明是一種嶄新的嘗試，是科學技術發展的一大進步。與傳統燈具相比，由于它是固態半導體材料，不存在汞污染，其環保性順應了當前節能減排的時代潮流。但將LED應用于照明必然會對人體產生長時間照射作用，因此將LED用于照明是否會對人體產生輻射傷害，這是人們最關注的問題，也是LED燈是否能夠廣泛推廣使用的關鍵影響因素[3]。

皮膚是人體最大的器官，眼睛則是人體對光輻射最敏感的器官，因此對人體造成輻射危害主要發生在人的皮膚和眼睛這兩個地方[4]。

LED光源的光譜范圍較寬，不同波段的輻射滲透能力不同，不同光譜范圍內的輻射作用區域也存在差異[5]，如UVC和部分UVB波段會對角膜及結膜產生影響，部分UVB和 UVA波段會對人體的晶狀體產生影響，可見光波段會對視網膜產生影響等。光輻射對人眼造成的危害具體發生在哪里與光輻射的作用區域有關。光輻射導致的眼睛損傷主要有以下5種：（1）光致角膜炎和光致結膜炎（2）紫外輻射導致白內障（3）視網膜灼傷（4）視網膜藍光危害（5）紅外輻射導致自內障[6]。

光輻射對皮膚的危害主要有以下3種：（1）皮膚曬黑（2）皮膚老化（3）皮膚癌。一般皮膚曬黑主要有兩種形式：即時曬黑和耐久性曬黑。所謂即時曬黑是指最初在太陽或其它人工光源下曬幾分鐘后造成的，曝曬停止之后顏色就會漸漸褪去，不會對人體造成危害。而耐久性曬黑則是最常見的危害，它是光輻射所引起的光化學反應，也就是說人體皮膚中細胞已經受損。光輻射不僅能使皮膚曬黑而且也能造成皮膚老化。研究表明，長期的光輻射能加速皮膚老化，使其呈現干燥、粗糙、皮革狀和皺紋累累等現象。而對皮膚危害最嚴重的則是會導致皮膚癌變，最常見的皮膚癌有三種：基底細胞癌、鱗癌、惡性黑素癌[6]。

因此，對LED燈進行輻射安全的測試顯得尤為重要，下面就LED燈輻射安全測試的研究進行介紹。

2 LED燈輻射安全測試的研究

LED燈是否具有輻射危害，是否會對人身體產生傷害，這都需要通過對LED燈進行全方面的測試才能得出結論。LED是一種特殊光源，它無論在光譜、空間強度分布光、尺寸等方面都與其他光源不同。在LED光學設計上存在巨大差異，這對嚴重影響LED測量的重現性，使得LED的測量困難。這引起了國際照明委員會的關注。他們召開會議并制定了LED強度測量標準，該標準涉及 LED輻射度、光度和色度測量三個方面[7]，其中LED輻射度測量包括光譜輻照度測試、光譜輻亮度測試、表觀光源測試3項內容[8]。國內很多廠家已根據標準生產出相應的LED輻射安全性能測試系統，如深圳沃霖電子有限公司生產的SMS-300 測試系統、杭州遠方光電信息股份有限公司生產的OST-300光輻射安全專用光譜分析系統等[9]，下面就根據這些測試系統對上述內容進行具體介紹。

2.1 光譜輻照度測試

光譜輻射照度是光輻射測量領域的基本指標，主要用于光輻射探測器的校準以及目標光源的測試。通過進行光譜輻射照度測試可獲得目標源的輻射強度以及相關光譜輻射特性。其具體測試方法如下：

1、校正：在進行光譜輻照度測試之前，首先需要對光譜測試系統進行校正。進行校正需要用到光強標準燈以及其具體參數。具體步驟如下：先在暗室中進行零位采集，使用光強標準燈對光譜測試系統進行校正。

2、確定待測LED燈光信號的強弱以及掃描間隔。

3、使用光譜測試系統進行光譜輻照度測量。

2.2 光譜輻亮度測試

對光譜輻亮度進行測量是指從一個輻射面內制定的部分在給定的立體角中所發射的輻射功率。光譜輻亮度是我國現行標準中的一項重要指標，其具體測試方法如下：

1、校正：在進行光譜輻亮度測試之前，同樣需要對光譜測試系統進行校正。進行校正需要用到白板和光強標準燈以及其具體參數。具體步驟如下：先在暗室中進行零位采集，使用白板和光強標準燈對光譜進行校正。

2、確定待測LED燈光信號的強弱以及掃描間隔。

3、使用光譜測試系統進行光譜輻照度測量。

2.3 表觀光源測試

表觀光源也是測試分析LED光安全性的現行標準中重要一項。表觀光源是指在視網膜上可能形成最小影像的實際發光體或虛發光體，主要用于確定400nm--1400nm波長范圍內的光輻射表觀光源的位置。其具體測試方法如下：

1、確定CCD的溫度和曝光時間：不同的CCD具有不同的特性，根據具體選用的CCD的使用要求選用相應，而曝光時間與待測LED燈光信號的強弱有關，其可根據前面確定的待測LED燈光信號的強弱值進行確定。一般情況下，會根據經驗和待測光源的強弱先確定一個大概的曝光時間進行曝光測試，然后再對其進行修正。如果曝光時間過長，信號溢出，則減少曝光時間后再進行曝光測試，反之，增加曝光時間，直至選出一個適當的曝光時間。

2、調整待測面位置：確定測試參數后，根據采集的圖像調整CCD成像裝置與鏡頭的位置，使CCD測試面與待測LED待測面重合。

3、進行暗電流采集：采集時需要關閉待測LED燈。

4、點亮待測LED燈，對其進行輻亮度測量以及有效輻亮度評價。

5、表現光源區域的確定：可通過二維ISO來實現。

5、確定表面光源區域后得出表觀光源對向角的值。

2.4 輻射安全評價

現有測試系統都已具有輻射安全評價功能，可將光譜輻照度測試、光譜輻亮度測試以及表觀光源測試這三種測試的結果導入到自帶輻射安全評價系統中，由系統自動完成評價。評價結果以安全評價等級、光譜分布圖及各項參數的具體測量值的形式給出，方便快捷。

3 結語

LED具有節能、高效、綠色環保等顯著特點，是目前公認的最具發展前景的第四代綠色光源。將其運用于照明是一種嶄新的嘗試，是科學技術發展的一大進步。但將LED應用于照明必然會對人體產生長時間照射作用，因此將LED用于照明是否會對人體產生輻射傷害，這是人們最關注的問題，也是LED燈是否能夠廣泛推廣使用的關鍵影響因素，對LED的輻射安全進行測試顯得尤為重要。在照明用LED產品的輻射安全性檢測方面，我國已經制定相關的測試標準，對一些指標做出了規定，同時也提供了響應的測試方法，對光生物危害的安全評價提供了依據。隨著科學技術的發展和檢測水平的提高，LED輻射安全的檢測技術一定會更加完善。只有完善的檢測技術才能更好地促進我國LED產業的發展，才能使我國的LED產品更加具有產品競爭力。

[1]沙磊，朱秋曙，唐家麒等.LED照明器具的安全測試和設計中需要注意的問題[J].日用電器，2012，（11）：32-34.

[2]鄔崇朝，陳大華.LED推廣應用瓶頸的探討[J].照明工程學 報，2009，20（4）：38-42.DOI ：10.3969/j.issn.1004-440X.2009.04.009.

[3]葛莉葒.LED燈輻射安全測試的研究[J].現代顯示，2009，（7）：60-62.DOI ：10.3969/j.issn.1006-6268.2009.07.015.

[4]楊樾.照明用LED的輻射安全[J].中國照明電器，2008，（12）：31-33.DOI ：10.3969/j.issn.1002-6150.2008.12.010.

[5]黃建民.LED燈光輻射安全性測試評價研究[J].南方農 機，2010，（4）：41-43.DOI ：10.3969/j.issn.1672-3872.2010.04.028.

[6]虞建棟.光生物安全性的測試與評價研究[D].浙江大學，2006.

[7]鮑超.超高亮度LED測量問題[J].液晶與顯示，2003，18（4）：244-250.DOI ：10.3969/j.issn.1007-2780.2003.04.003.

[8]虞建棟.LED光輻射安全及標準進展[J].信息技術與標準化，2009，（5）：14-16，21.DOI ：10.3969/j.issn.1671-539X.2009.05.007.

[9]李倩，孫建佩，潘建根等.光生物安全測量技術研究和測定系統[C].//江蘇LED照明論壇論文集.2011：122-126，107.