LED球燈泡的光生物安全測試與分析

李芹 王杰 趙海波 孟祥瑋 郭陽

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.24.179

摘 要：隨著LED技術的發展，LED照明產品光效、亮度不斷地提高，光對人體皮膚、眼睛的危害隨之受到人們的關注，光生物安全的評價技術越來越受到重視。運用GB/T 20145-2006《燈和燈系統的光生物安全性》，采用光生物安全性的測試系統，對LED球燈泡進行了光生物安全測試，涵蓋輻照度、輻亮度等項目測試，并探討和分析LED光生物安全的檢測方法與測試影響因素，探討一種更為嚴格的光生物安全測試方法。

關鍵詞：光生物安全 LED燈具 光危害 輻照度 輻亮度

中圖分類號：TM923.34 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）08（c）-0179-04

燈具是人類生活中不可缺少的電器，隨著LED技術不斷地突破、LED產品成本大幅度降低，LED燈使用的迅速推廣，LED燈因為節能、環保、高亮度優點被使用者喜愛。LED燈雖然有諸多優點，卻存在被人忽略的的光生物安全風險。從2002年開始，有關人類第三種非視覺光接收器（細胞）、光輻射對生理節律及內分泌系統的影響等基礎研究的開展，為大家研究LED照明在應用過程中呈現的潛在危害提供了依據。研究表明，LED光輻射影響人類生物節律的調理，不規范的LED照明能夠在人群中引起失眠、暈厥、頭痛、情感妨礙等廣泛的神經系統反常。特別是隨著LED技術的發展，市場上出現了越來越多的大功率、高亮度的LED產品，由于芯片功率的提升，芯片射出光的輻射亮度大幅度提高；通過增大驅動電流、多芯片集成，LED產品的功率越來越高；通過增加二次光學設計，如，采用透鏡會聚等，LED的光束越來越窄，視網膜受到的輻射越來越強[1]。有關光生物安全的問題必須引起重視和研究，檢測燈具產生的光輻射對人類健康的影響非常重要。

目前，在我國LED光源和燈具的光生物安全性還未列入強制性檢驗的項目，但是如果要出口歐盟、北美等國家時，光生物安全則是必不可少的檢測項。該文運用GB/T 20145-2006《燈和燈系統的光生物安全性》對燈具的輻照度、輻射亮度作了測試，并對檢測結果的輻射危害類型進行分析歸類，以避免光生物輻射對用戶的危害。

1 LED光生物安全測試過程

GB/T 20145-2006中規定：普通照明用燈或燈系，評價其危害主要是從皮膚和眼睛的光化學紫外危害，眼睛的近紫外危害，藍光危害，眼睛的紅外輻射等方面來評價，光生物安全性檢測主要對輻照度、輻亮度等方面進行測試。

1.1 輻照度測量

該實驗采用光譜輻射分析儀SUV-3000、ST-80C照度計測量系統。在輻射照度測試之前，首先應對光譜分析儀作定標校正。

1.1.1 照度校正

把紫外氘燈裝在移動小車上并接好線，將紫外氘燈與探頭貼近，調節紫外氘燈的位置使之與照度探頭在同一水平線，氘燈與照度計的距離按氘燈計量證書計量時的距離。在SR-3000E軟件上點擊“零位采集”，零位采集完成后，打開紫外氘燈電源，慢慢調到氘燈計量證書上計量的電參數，并穩定5 min。紫外氘燈穩定后，點擊“光譜校正”，系統開始紫外照度部分校正。校正完成后，熄滅紫外氘燈并取下放好，換上光強標準燈并接好線，讓燈的照度口正對探頭，燈與探頭的距離為50 cm。打開光強標準燈的對準激光，調節光強標準燈的位置使之與探頭在同一水平線。在燈和探頭面前各放一個光闌，注意光闌孔中心要與探頭中心、標準燈中心在同一水平線上，慢慢地調到光強標準燈計量證書上的電參數，讓其穩定5 min，接著系統開始可見光部分的照度校正。待校正完成之后，點擊“光色測量”，比較測得的照度與證書上的照度，照度相差小于1%，則認為此次校正有效，否則應重新校正。慢慢地將電源電調至0 V，待光強燈冷卻并取下放好。

1.1.2 輻照度測試

安裝待測試的LED燈具，進行樣品的輻照度測試（如圖1）。

對于普通照明用燈來說，標準要求其危害值應在產生500勒克斯（lx）照度的距離處測定，調節測試距離使得該燈具產生500勒克斯（lx）的照度值后，還應考慮到人眼的生理防護距離為20 cm，因此，必須保證測試距離大于人眼的生理距離。另外，測量波長的間隔選擇也至關重要，在測量前必須明確。光源危害值的計算方法是將光譜掃描后進行危害函數加權，而波長間距和波長精度對加權值的影響是非常大的，比如：在波長300 nm處，波長變化3 nm，紫外光譜加權函數變化達250%，由此可見波長間距與波長精度對測試結果的影響有多大，故在測量中應區別設置波長間隔。一般來說，測量間距的選擇是這樣的，對于小于400 nm的光譜采用1 nm的掃描步長；大于400 nm的 光譜采用5 nm的掃描步長。而波長精度在不同波段也是分開不同的要求，如果想要測量誤差小于3%時，標準所推薦的波長精度見表1。在紫外波段特別是300～325 nm波段段長間距和波長精度要求是最高的。

測得的照度光譜分布如圖2所示。

1.2 輻亮度測量

1.2.1 亮度校正

與輻照度測量一樣，應首先進行亮度校正。用可見光線取代紫外光線，視網膜亮度計鏡頭正對導軌末端的對準激光，調節鏡頭是鏡頭孔處于十字架的中央，關掉對準激光。裝上光強標準燈并連好線，將光強標準燈有毛玻璃的一面對準視網膜亮度計，使其亮度計朝向視網膜亮度計，慢慢點亮標準燈，使燈兩端電參數和計量證書上一致，讓燈穩定5 min。調整鏡頭切面與亮度計之間的距離，使亮度計上的毛玻璃成像清晰，且在亮度計所成像的白色光圈中間區域內（如圖3）。

運行“SR-3000L”軟件，點擊“零位采集”，零位采集完成后點擊“光譜校正”，在彈出的對話框中輸入計量證書上的標準光度值，點擊確定，系統開始亮度校正。

1.2.2 輻亮度測試

校正完成后，安裝好被測樣品，點亮被測樣品并穩定，調節鏡頭位置使被測樣品成像清晰，調節曝光時間使“Max Exposure：XXXXX”信號值介于50 000～65 000之間（注意保持樣品與鏡頭的距離不變，即鏡頭移動多少距離，樣品也移動多少距離）。測試特定爆輻時間下不同波段射出光的爆輻參數，得出光譜分布數據（如圖4）。

2 測試結果

LED球泡燈的光生物安全測試結果如表2所示。

3 結果分析

依據表2可對該次測試的LED球燈泡的輻射危險類別進行分析和判定。對于眼睛光化學紫外和近紫外危害，從測試結果中得知，被測燈的紫外輻射有效積分光譜照度Es，LED球泡燈為 0.000E+00，小于標準限值；而近紫外光譜照度EUVA，LED球泡燈為1.438E-04，小于標準限值，故LED球燈泡均無光化學紫外和近紫外危害。

在測量皮膚和眼睛的光化學紫外危害和眼睛的近紫外危害時，由于眼睛的生理特征等原因，特別在測試某一方向比較長的燈時，必須注意限制視場光闌的使用。限制視場光闌的張角不應大于1.4 rad，然后再根據受試光源端面到探測器端面的距離來計算出光闌的限制長度[2]。

對于視網膜藍光危害，標準要求在燈具曝輻時間t不超過10 000s的情況下，藍光加權輻亮度Lb不應超過100 W/m2·sr-1。測試結果中，LED球泡燈的藍光加權輻亮度Lb為106.0，小于標準限值，故LED球燈泡均無藍光危害。

對于視網膜熱危害，LED球泡燈的熱危害加權輻亮度Lr為2 215，小于標準限值，故符合該項目無危險類燈的要求。

對于視網膜熱危害爆輻限值——對微弱視覺刺激的危害分析，LED球泡燈的近紅外輻亮度Lir為2.789E+00，小于標準限值，故LED球燈泡均視網膜熱危害。

對于眼睛紅外輻射（380～3 000 nm）的危害，LED球泡燈的紅外輻射Eir為4976E-03小于標準限值，故LED球燈泡無近紅外視網膜危害。

4 結語

該文是基于GB/T 20145-2006標準對LED球泡燈的光生物安全性進行了檢測，并對其危害等級進行了評估和分析。根據上述實驗結果分析，該次檢測的LED球泡燈在光生物安全檢測中都屬于無危險類燈具。

評價燈和燈系統光生物安全性的檢測十分復雜，因為所測量的不是一個簡單的點光源，而是一個擴展光源，而且需要評價的也不是單一光譜的光源，而是寬波段光源，所以，測量中我們需要考慮照明系統的環境中的一些實際情況做出判斷，客觀評價燈和燈系統的安全等級的分類。就目前而言，我國關于光生物安全測量的相關技術及設備已相對成熟，能夠滿足相關標準的測量要求。

參考文獻

[1] 高勛.基于云計算的Web結構挖掘算法研究[D].北京：北京交通大學，2010.

[2] 虞建棟.光生物安全性的測試與評價研究[D].杭州：浙江大學，2006.

[3] 徐學基.關于發光二極管產品的光生物安全性及其標準問題（一）[J].光源與照明，2011（4）：29-31.

[4] 徐學基.關于發光二極管產品的光生物安全性及其標準問題（二）[J].光源與照明，2012（1）：36-39.