鏡片的藍光輻射防護評價及其標準研究

文/唐小軍韓世洋曹文才李一洲畢海蛟

鏡片的藍光輻射防護評價及其標準研究

文/唐小軍1韓世洋2曹文才3李一洲4畢海蛟5

針對防藍光鏡片是否具有防護功能的疑惑，結合日常人工光源中的藍光光譜分布，歸納出藍光防護設計要求；通過若干眼鏡鏡片的紫外-可見光透射比、藍光透射比、藍光光譜透射比、光源透過鏡片后的顯色指數、鏡片黃色指數等一系列測量實驗，總結出鏡片藍光防護需求，從而得到防藍光鏡片工藝設計的關注點，確保鏡片在不損害鏡片視覺功能的基礎上具有或提升藍光防護效果；根據實驗結果，提出了有關鏡片藍光防護透射性能評價方法和產品標準要求的建議。

鏡片；藍光危害；藍光防護；透射性能；標準

相對以太陽光為主的自然光，照明、顯示等非自然光稱為人工光源。現代都市生活，室內活動增多，照明、顯示用途的人工光源被大量使用，加上“低頭族”“辦公室白領一族”長期對著各類屏幕，眼睛接受人工光源輻射的危害大幅增加。燈和燈系統的光生物安全概念在上個世紀末就提了出來，CIE（國際照明委員會）在2002年發布了CIE S 009/E：2002 Photobiological Safety of Lamps and Lamp Systems（燈和燈系統的光生物安全性）。我國于2006年采用該標準。

燈與燈系統對人眼的危害主要是紫外危害、藍光危害、熱危害和紅外輻射危害。一般的LED照明光源、電子產品顯示光源的紫外危害、熱危害和紅外輻射危害都相對較小，但其藍光特征對視網膜引起的傷害卻受到廣泛關注。故本文重點關注藍光對人眼的危害。

眼鏡是重要的人眼防護產品，肩負著藍光防護的重任。然而，藍光是生理調節、日常作息中必不可少的部分，所以，防藍光不能像防紫外光一樣全部阻斷。那么防藍光鏡片應該如何防藍光呢？本文通過一系列的實驗，研究防藍光眼鏡的藍光防護指標，對防藍光鏡片標準的制定有積極意義。本文的眼鏡鏡片，指的是非著色的眼鏡鏡片，不包括太陽鏡片、變色鏡片和其他一些特殊用途的眼鏡鏡片。

1 藍光及其危害

在可見光中，一般把波長在400nm～500nm范圍的部分稱為藍光。如果藍光照射眼球的時間超過10秒，會引起光化學作用，可能導致視網膜損傷。其損害是熱損害的數倍之多。

同時，藍光是太陽光的重要組成部分。在日常生活，太陽光中的藍光并不會對人眼產生額外的傷害。而本文研究的藍光危害，主要是指人工光源，特別是現在普遍使用的藍光光源，包括LED照明、LED顯示屏等。

1.1 白光LED中的藍光

藍光LED技術是于1998年被研發出來，具有高效能、長壽命、小體積等諸多優點，并于2014年獲得諾貝爾物理學獎。其核心技術是將GaN芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起，前者發出波長為465nm、帶寬約為30nm的藍光，后者經過藍光照射，產生黃光。二者混合在一起，LED照明產生“白光”。與波長范圍為380nm～780nm的太陽光的白光相比，LED的“白光”的光譜并不連續。

1.2 實驗A設計及分析——人工光源中的藍光光譜分布

1.2.1 相關概念

光譜密度表示單位波長區間內輻射能量的大小。光源中不同波長色光的輻射能量是隨波長的變化而變化的，因此，光譜密度是波長的函數。光譜密度與波長之間的函數關系稱為光譜分布。在實用中，常用相對光譜能量（功率）分布來描述光譜分布，即光譜密度的相對值與波長之間的函數關系，記為S（λ）。相對光譜能量分布可用任意值來表示，但通常是取波長λ=555nm處的輻射能量為100，作為參考點，比較得出參考值。若以光譜波長λ為橫坐標，相對光譜能量分布S（λ）為縱坐標，就可以繪制出光源相對光譜能量分布曲線。

為了直觀反映日常生活中的照明、顯示所用光源，實驗選用了幾種有代表性的樣品，進行相對光譜功率分布情況檢測，以探討眼鏡鏡片對藍光防護的需求。

1.2.2 實驗設計及分析

（1）實驗目的：了解日常生活中典型人工光源中的藍光相對光譜能量分布情況。

（2）實驗樣品：隨機選擇具有代表性的LED燈泡、LED臺燈、手機、平板電腦、液晶電視各一種。

（3）樣品狀態及要求：在正常使用、標準模式下，模擬日常使用狀態進行檢測，具體如下：

LED燈泡使用標準方法在積分球中進行測量；

LED臺燈正常擺放平桌上，垂直投影在白紙上，觀察者離桌面30cm處進行45度觀察；

對于手機、平板電腦，觀察者離其屏幕表面幾何中心30cm處垂直觀察；

液晶電視，觀察者離其屏幕表面幾何中心2m垂直觀察。

（4）實驗儀器：光譜分析儀。

（5）實驗結果：圖1～5分別給出樣品發出光的相對光譜能量分布情況。

圖1 某型號LED燈泡相對光譜功率分布情況

圖2 某型號LED臺燈相對光譜功率分布情況

圖3 某型號手機屏幕相對光譜功率分布

圖4 某型號平板電腦屏幕相對光譜功率分布

圖4 某型號液晶屏幕相對光譜功率分布情況

（6）實驗分析及結論：以上分布圖表明，LED燈及以LED作為背光源的產品所發出的藍光波長主要集中在465±30nm段。那么，要保護眼睛，就要適當降低整個藍光波段，尤其是降低465±30nm波段的光譜透射比。

1.2.3 鏡片防藍光的設計要求

查閱CIE S 009/E：2002中的寬波段光源對視網膜危害的光譜加權函數中藍光危害加權函數B(λ)可知：波長在400nm～500nm范圍的B(λ)均大于0.1；在435nm、440nm處的B(λ)等于1.0；440±25nm范圍的B(λ)均大于0.7。同等光譜能量的光，其B(λ)值越大，對人眼視網膜的光化學損傷越大，所以波長為435nm、440nm的藍光危害最大。

在鏡片的防藍光工藝設計時，應降低整個藍光波段的光譜能量密度，特別是440±25nm的藍光光譜段。

根據實驗A可知，日常生活中的人工光源的藍光譜能量密度比較大的是435nm～485nm范圍，即435nm～485nm波段是防藍光鏡片的防護重點。

由于藍光是可見光的主要組成部分，對物體顯色非常重要，所以不能過分阻斷藍光，避免物體顏色失真，同時避免光透射比下降太多，引起視物不清晰。為此，在鏡片的防藍光工藝設計時，其可見光透射比、光源透射后的顯色指數也應重點關注。特別是后者，對部分專業人士而言，顯色指數非常重要。

作者單位：
1．廣州計量檢測技術研究院、廣東省視光學學會
2、3、4．廣州計量檢測技術研究院
5．廣州動態集成測試技術研究院