LED燈光生物安全性比對結果分析

牟麗霞，楊春霞，葉祥平，黃蕊慰

(惠州質量計量監督檢測所，廣東 惠州　516003)

?

LED燈光生物安全性比對結果分析

牟麗霞，楊春霞，葉祥平，黃蕊慰

(惠州質量計量監督檢測所，廣東 惠州516003)

為了解及分析各檢測機構對于LED照明產品光生物安全性的檢測水平，國家光電產品光輻射安全質量監督檢驗中心組織了15家實驗室參加LED照明產品的燈的危險等級、亮度值和視網膜藍光危害值比對試驗。本文參照能力驗證的統計和評價方法處理比對結果數據，其中用到了事先約定方法和Z比分數判定法對各項比對參數進行評價。統計結果表明，各比對實驗室燈的危險等級判定基本一致，但亮度值和視網膜藍光危害值穩健CV值偏大，且存在問題結果和離群結果。各檢測機構和儀器廠家應加強交流與合作，進一步提高光生物安全性檢測水平。

光生物安全;燈的危險等級;Z比分數;亮度;視網膜藍光危害

引言

近年來，隨著LED技術的進步以及生產成本的降低，傳統照明光源已逐漸被LED光源替代，縱使LED光源具備諸多優點，如節能省電，使用壽命長，體積小，亮度高等，但其發光成份中藍光高對人類(尤其是兒童和老人)具有潛在危險，目前LED照明產品的光生物安全性檢測越來越多地受到消費者和生產商的重視，且新的國家標準GB 7000.1—2015已經把燈的光生物安全性列為強制檢測范疇[1]。

國內以及國際上已經有很多檢測機構可以對LED照明產品的光生物安全性進行檢測，但由于各檢測機構使用的儀器不一致，檢測儀器操作過程復雜，儀器更新換代較快，人員操作影響檢測結果等因素，一直未有機構組織開展過大規模比對試驗，國家光電產品光輻射安全質量監督檢驗中心于2015年9月發起LED照明產品的光生物安全性多家實驗室間比對試驗，目的在于了解及分析各檢測機構對于光生物安全檢測結果的一致性以及存在的問題，進而推動LED照明產品光生物安全檢測技術的發展和提高。

本次比對參加實驗室共有15家(實驗室代碼分別為01，02，03…15)，比對機構涵蓋國際認證檢測機構、國內知名民營檢測機構及國家法定檢測機構，覆蓋區域包括廣東、上海、江蘇、山東、福建、江蘇等省市，本文秉承科學原則對結果數據進行分析和討論。

1　樣品選取、測試方法與儀器設備介紹

1.1樣品選取

本次比對樣品選取考慮因素分別為：①樣品傳遞過程中安全性；②安裝方法應簡單方便；③在檢測過程中樣品需具有代表性，且各實驗室均對類似樣品開展過檢測工作。

最終選取了3個體積相對較小，接頭均為E27且相關色溫不同的日常用燈，分別為LED射燈(樣品1#)，LED磨砂球泡(樣品2#)，LED透明球泡(樣品3#)。經過近200 h的老化，3個樣品均在15 min內光通量和電參數達到穩定。

1.2測試方法

本次比對測試方法主要參照國家標準GB/T 20145—2006，國際標準IEC 62471:2006和IEC/TR 62778：2012。測試距離規定為20 cm[2]；測試波長范圍定為300 nm～800 nm，步長5 nm；供電參數約定為LED射燈AC 220V/50 Hz，LED磨砂球泡燈AC 220 V/50 Hz，LED透明球泡燈AC 220V/60 Hz；預熱時間15 min。

1.3儀器設備

光輻射安全測試系統由計算機、光譜儀、光纖和積分球組成。通常檢測實驗室為保證測試的準確性還會安裝光學導軌，測試過程中被測燈在光學導軌上移動，另外，在測試之前會用標準燈對系統進行校正[3]。經過調研，各比對實驗室使用的儀器設備及標準燈都在計量有效期之內，且精度均能滿足測試方法要求。

2　比對參數與結果分析方法

2.1比對參數

對于LED產品來說，通常LED燈的危險等級與燈的亮度以及其藍光危害成分密切相關，本次比對參數設計為3個，分別為燈的危險等級、亮度值和視網膜藍光危害值。

2.2結果分析方法

由于燈的危險等級判定具有特殊性，判定結果沒有具體數值，只有危險類別，不能使用一般的評價方法，因此約定判定方法為：比對結果燈的危險等級若大于80%實驗室等級一致，則這些比對結果一致的實驗室結果滿意，其他評價等級不一樣的實驗室離群。

亮度值和視網膜藍光危害值分析參照CNAS-GL02《能力驗證結果的統計處理和能力評價指南》，使用基于穩健總計統計量的Z比分數(中位值和標準化IQR)統計評價參加實驗室的結果[4]，用中位值估計均值，用標準化四分位距衡量數據的分散程度，減少極端結果對平均值和標準偏差的影響，把樣品所有實驗室結果的中位值和標準化IQR分別寫為中位值(A)和標準化IQR(A)，穩健Z比分數(用Z表示)為：

(1)

照度值、亮度值和視網膜藍光危害值最終以實驗室間Z比分數評價各參加實驗室的檢測結果，依據CNAS-GL02《能力驗證結果的統計處理和能力評價指南》第3.5節能力評價第3條數值的統計判定，一般將Z比分數分為：|Z|≤2為滿意結果，2<|Z|<3為有問題結果，|Z|≥3為不滿意結果[5]。

同時，視網膜藍光危害值是決定LED產品的光生物安全危險等級的最主要參數，評價中結合考慮光生物安全危害等級判定中視網膜藍光危害限值，若某間實驗室測量得到的光生物等級不一樣且其藍光危害值離限值較遠，仍判定其離群。

3　結果分析與討論

3.1燈的危險等級

光生物安全性主要研究的是光輻射對皮膚和眼睛的作用[6]，對LED產品，光譜主要集中在波長為300 nm～800 nm范圍內，此波段的光輻射能對視網膜造成光化學危害，甚至能夠引發視網膜炎。在對LED燈的光生物安全性進行檢測時，通常會對燈的危險等級進行評級，一般分為無危險類(0類)、低危險類(1類)、中度危險類(2類)和高危險類(3類)[7]。各實驗室比對數據匯總如表1所示。

從表1中可以看出，樣品1#有14間實驗室危險等級一致，均為1類危險，占比對實驗室總數的93%，只有1間實驗室為0類危險，判定04實驗室數據離群；樣品2#全部實驗室測試結果為0類危險，占比對實驗室總數的100%，判定所有實驗室比對結果滿意；樣品3#全部實驗室測試結果均為1類危險，占比對實驗室總數的100%，判定所有實驗室比對結果滿意。

從燈的類型分析，樣品2#(LED磨砂球泡)和樣品3#(LED透明球泡)發光方向均不集中，朝四面八方發射，所有比對實驗室燈的危險等級判定一致，但對于樣品1#(LED射燈)光束角較小，出現1家實驗室燈的危險等級判定離群，說明燈的類型對光生物安全等級的判定可能會產生影響。

總體來說，各實驗室燈的光生物安全危險等級判定基本一致。

3.2亮度值

亮度是人眼對光亮感覺產生刺激大小的度量。亮度是經常要測量的發光體光度特性之一[8]。發光體表面的亮度與其表面狀況、發光特性的均勻性、觀察方向等有關，因而亮度的測量頗為復雜，且測量的往往是一個小發光面積內亮度的平均值[9]。亮度的單位是坎德拉/平方米(cd/m2)。對于亮度值測量，由于儀器設備原因，11家實驗室能通過光生物安全測試系統得到，4家實驗室測試系統不能通過光生物安全測試系統直接讀出且沒有提交測試結果。各比對實驗室數據匯總如表2所示。

統計量數據如表3所示。

Z值分布如表4所示。

表2　各比對實驗室亮度值測量結果

表3　各比對實驗室亮度值統計量數據分析

表4　各比對實驗室亮度值Z值分析

從表4的Z值分布統計數據上可以看出，所有提交結果的實驗室對于樣品1#，樣品2#亮度值測量|Z|≤2，結果滿意。07號實驗室對于樣品3#亮度值測量|Z|≥3，結果離群，可能是該實驗室在測量亮度時只探測到發光區域的某一顆燈珠的原因，這種測量方法相對嚴苛。

3.3藍光危害值

藍光危害值是為了防止長期受到藍光輻射的視網膜產生視網膜光化學損傷，光源的光譜輻亮度與藍光危害函數B(λ)加權積分后的能量，藍光加權輻亮度LB不應超過下面限值[6]：

(2)

各比對實驗室數據匯總如表5所示。

統計量數據如表6所示。

Z值分布如表7所示。

表5　各比對實驗室藍光危害值測量結果

表6　各比對實驗室藍光危害值統計量數據分析

表7　各比對實驗室藍光危害值Z值分析

藍光危害值不僅和亮度值有關，而且和表觀光源大小也有密切關系，藍光危害值是決定LED產品的光生物安全危險等級的最主要參數。從統計結果中可以看出，對于樣品1#，08號實驗室藍光危害值測量|Z|≥3，判定08號實驗室對于藍光危害測量結果離群，除此以外還應結合考慮光生物安全危害等級判定藍光危害0類限值為100(W·m-2·sr-1)， 只有04號實驗室藍光危害值<100(W·m-2·sr-1)，因此判定04號實驗室對于藍光危害測量也離群；而對于樣品2#，06號和08號實驗室藍光危害值測量|Z|≥3，判定06號和08號實驗室藍光危害值測量結果離群，10號實驗室藍光危害值2<|Z|<3,判定10號實驗室測量結果存在問題；對于樣品3#，04號實驗室藍光危害值2<|Z|<3,判定04號實驗室測量結果存在問題，其余所有實驗室藍光危害值測量均|Z|≤2，比對結果滿意。

4　比對總結與建議

1)本次比對3只樣品燈的危險等級判定只有1家實驗室離群，說明各實驗室對燈的危險等級判定基本一致；

2)對提交數據的11實驗室進行亮度值分析，有1家實驗室離群，經分析可能是該實驗室在測量亮度時只探測到發光區域的某一顆燈珠的原因，這種測量方法相對嚴苛；3)視網膜藍光危害值測量有少數幾家實驗室存在問題結果以及離群結果，經分析與實驗室在測量發光面不均勻的燈時測試方法是否一致以及測試人員的作業手法有關；

除此之外，儀器是否及時定標以及標準燈的可靠性也影響測量結果。

總的來說，各實驗室在對普通類型的燈進行危險等級判定時結果基本保持一致，只有在測量處于某一危險類別邊緣的LED燈時，可能出現危害等級不一致的情況。建議檢測機構與儀器設備制造商多交流和合作制造更先進更智能的光生物安全檢測設備，減少人員因素對檢測結果的影響，同時檢測機構間也應加強交流與討論，特別是針對特殊類型燈具的安裝及測試方法，提高檢測結果一致性。

[1] 燈具 第1部分:一般要求與試驗：GB 7000.1—2015[S].北京：中國標準出版社，2015.

[2] Application of IEC 62471 for the assessment of blue light hazard to light sources and luminaires：IEC/TR 62778—2012[S]. National Electrotechnical Commission, 2014.

[3] 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.

[4] 能力驗證結果的統計處理和能力評價指南：CNAS-GL02[S]. 北京：中國合格評定國家認可委員會, 2014.

[5] 張元福. 分析實驗室能力驗證數據統計評價方法研究[J]. 現代測量與實驗室管理,2003,(3)：45-48.

[6] 燈和燈系統的光生物安全性：GB/T 20145—2006[S].北京：中國標準出版社，2006.

[7] Photobiological safety of lamps and lamp systems:IEC 62471:2006[S].National Electrotechnical Commission, 2006.

[8] 柯頓 J.R，馬斯頓 A.M. 光源與照明[M]. 陳大華,胡榮生，等譯. 上海: 復旦大學出版社,2000.

[9] 金偉其，胡威捷. 輻射度 光度與色度及其測量[M]. 北京：北京理工大學出版社，2011.

LED Light’s Photobiological Safety Comparison Analysis

MOU Lixia, YANG Chunxia, YE Xiangping, HUANG Ruiwei

(Guangdong Huizhou Quality & Measuring Supervision Testing Institute，Huizhou516003,China)

In order to understand and analysis testing institution’s detection capability of LED lamps’ photobiological safty, National Testing Center for Optical Radiation Safety of Photoelectric Products(Guangdong) organized 15 laboratories participate LED lighting product’s risk rating, luminance and retinal blue-ray damage value comparison test. In this article, the statistical and evaluation method of the capability verification is used to deal with the data, in which uses the prior agreement method and theZratio score method to evaluate the comparison parameters. Statistical results show that, the laboratories have almost the same result in risk rating, but the luminance and retinal blue-ray damage value’s CV values are too large, and have the problem and outlier results. The detection institutions and manufacturers should enhance more communication and cooperation, to improve the level of light and biological safety testing.

photobiological safety; risk group classification;Zratio fraction; luminance; Retinal blue light hazard

TM923

ADOI:10.3969/j.issn.1004-440X.2016.05.002