LED球灯泡的光生物安全测试与分析

李芹 王杰 赵海波 孟祥玮 郭阳

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2016.24.179

摘 要：随着LED技术的发展，LED照明产品光效、亮度不断地提高，光对人体皮肤、眼睛的危害随之受到人们的关注，光生物安全的评价技术越来越受到重视。运用GB/T 20145-2006《灯和灯系统的光生物安全性》，采用光生物安全性的测试系统，对LED球灯泡进行了光生物安全测试，涵盖辐照度、辐亮度等项目测试，并探讨和分析LED光生物安全的检测方法与测试影响因素，探讨一种更为严格的光生物安全测试方法。

关键词：光生物安全 LED灯具 光危害 辐照度 辐亮度

中图分类号：TM923.34 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）08（c）-0179-04

灯具是人类生活中不可缺少的电器，随着LED技术不断地突破、LED产品成本大幅度降低，LED灯使用的迅速推广，LED灯因为节能、环保、高亮度优点被使用者喜爱。LED灯虽然有诸多优点，却存在被人忽略的的光生物安全风险。从2002年开始，有关人类第三种非视觉光接收器（细胞）、光辐射对生理节律及内分泌系统的影响等基础研究的开展，为大家研究LED照明在应用过程中呈现的潜在危害提供了依据。研究表明，LED光辐射影响人类生物节律的调理，不规范的LED照明能够在人群中引起失眠、晕厥、头痛、情感妨碍等广泛的神经系统反常。特别是随着LED技术的发展，市场上出现了越来越多的大功率、高亮度的LED产品，由于芯片功率的提升，芯片射出光的辐射亮度大幅度提高；通过增大驱动电流、多芯片集成，LED产品的功率越来越高；通过增加二次光学设计，如，采用透镜会聚等，LED的光束越来越窄，视网膜受到的辐射越来越强[1]。有关光生物安全的问题必须引起重视和研究，检测灯具产生的光辐射对人类健康的影响非常重要。

目前，在我国LED光源和灯具的光生物安全性还未列入强制性检验的项目，但是如果要出口欧盟、北美等国家时，光生物安全则是必不可少的检测项。该文运用GB/T 20145-2006《灯和灯系统的光生物安全性》对灯具的辐照度、辐射亮度作了测试，并对检测结果的辐射危害类型进行分析归类，以避免光生物辐射对用户的危害。

1 LED光生物安全测试过程

GB/T 20145-2006中规定：普通照明用灯或灯系，评价其危害主要是从皮肤和眼睛的光化学紫外危害，眼睛的近紫外危害，蓝光危害，眼睛的红外辐射等方面来评价，光生物安全性检测主要对辐照度、辐亮度等方面进行测试。

1.1 辐照度测量

该实验采用光谱辐射分析仪SUV-3000、ST-80C照度计测量系统。在辐射照度测试之前，首先应对光谱分析仪作定标校正。

1.1.1 照度校正

把紫外氘灯装在移动小车上并接好线，将紫外氘灯与探头贴近，调节紫外氘灯的位置使之与照度探头在同一水平线，氘灯与照度计的距离按氘灯计量证书计量时的距离。在SR-3000E软件上点击“零位采集”，零位采集完成后，打开紫外氘灯电源，慢慢调到氘灯计量证书上计量的电参数，并稳定5 min。紫外氘灯稳定后，点击“光谱校正”，系统开始紫外照度部分校正。校正完成后，熄灭紫外氘灯并取下放好，换上光强标准灯并接好线，让灯的照度口正对探头，灯与探头的距离为50 cm。打开光强标准灯的对准激光，调节光强标准灯的位置使之与探头在同一水平线。在灯和探头面前各放一个光阑，注意光阑孔中心要与探头中心、标准灯中心在同一水平线上，慢慢地调到光强标准灯计量证书上的电参数，让其稳定5 min，接着系统开始可见光部分的照度校正。待校正完成之后，点击“光色测量”，比较测得的照度与证书上的照度，照度相差小于1%，则认为此次校正有效，否则应重新校正。慢慢地将电源电调至0 V，待光强灯冷却并取下放好。

1.1.2 辐照度测试

安装待测试的LED灯具，进行样品的辐照度测试（如图1）。

对于普通照明用灯来说，标准要求其危害值应在产生500勒克斯（lx）照度的距离处测定，调节测试距离使得该灯具产生500勒克斯（lx）的照度值后，还应考虑到人眼的生理防护距离为20 cm，因此，必须保证测试距离大于人眼的生理距离。另外，测量波长的间隔选择也至关重要，在测量前必须明确。光源危害值的计算方法是将光谱扫描后进行危害函数加权，而波长间距和波长精度对加权值的影响是非常大的，比如：在波长300 nm处，波长变化3 nm，紫外光谱加权函数变化达250%，由此可见波长间距与波长精度对测试结果的影响有多大，故在测量中应区别设置波长间隔。一般来说，测量间距的选择是这样的，对于小于400 nm的光谱采用1 nm的扫描步长；大于400 nm的 光谱采用5 nm的扫描步长。而波长精度在不同波段也是分开不同的要求，如果想要测量误差小于3%时，标准所推荐的波长精度见表1。在紫外波段特别是300～325 nm波段段长间距和波长精度要求是最高的。

测得的照度光谱分布如图2所示。

1.2 辐亮度测量

1.2.1 亮度校正

与辐照度测量一样，应首先进行亮度校正。用可见光线取代紫外光线，视网膜亮度计镜头正对导轨末端的对准激光，调节镜头是镜头孔处于十字架的中央，关掉对准激光。装上光强标准灯并连好线，将光强标准灯有毛玻璃的一面对准视网膜亮度计，使其亮度计朝向视网膜亮度计，慢慢点亮标准灯，使灯两端电参数和计量证书上一致，让灯稳定5 min。调整镜头切面与亮度计之间的距离，使亮度计上的毛玻璃成像清晰，且在亮度计所成像的白色光圈中间区域内（如图3）。

运行“SR-3000L”软件，点击“零位采集”，零位采集完成后点击“光谱校正”，在弹出的对话框中输入计量证书上的标准光度值，点击确定，系统开始亮度校正。

1.2.2 辐亮度测试

校正完成后，安装好被测样品，点亮被测样品并稳定，调节镜头位置使被测样品成像清晰，调节曝光时间使“Max Exposure：XXXXX”信号值介于50 000～65 000之间（注意保持样品与镜头的距离不变，即镜头移动多少距离，样品也移动多少距离）。测试特定爆辐时间下不同波段射出光的爆辐参数，得出光谱分布数据（如图4）。

2 测试结果

LED球泡灯的光生物安全测试结果如表2所示。

3 结果分析

依据表2可对该次测试的LED球灯泡的辐射危险类别进行分析和判定。对于眼睛光化学紫外和近紫外危害，从测试结果中得知，被测灯的紫外辐射有效积分光谱照度Es，LED球泡灯为 0.000E+00，小于标准限值；而近紫外光谱照度EUVA，LED球泡灯为1.438E-04，小于标准限值，故LED球灯泡均无光化学紫外和近紫外危害。

在测量皮肤和眼睛的光化学紫外危害和眼睛的近紫外危害时，由于眼睛的生理特征等原因，特别在测试某一方向比较长的灯时，必须注意限制视场光阑的使用。限制视场光阑的张角不应大于1.4 rad，然后再根据受试光源端面到探测器端面的距离来计算出光阑的限制长度[2]。

对于视网膜蓝光危害，标准要求在灯具曝辐时间t不超过10 000s的情况下，蓝光加权辐亮度Lb不应超过100 W/m2·sr-1。测试结果中，LED球泡灯的蓝光加权辐亮度Lb为106.0，小于标准限值，故LED球灯泡均无蓝光危害。

对于视网膜热危害，LED球泡灯的热危害加权辐亮度Lr为2 215，小于标准限值，故符合该项目无危险类灯的要求。

对于视网膜热危害爆辐限值——对微弱视觉刺激的危害分析，LED球泡灯的近红外辐亮度Lir为2.789E+00，小于标准限值，故LED球灯泡均视网膜热危害。

对于眼睛红外辐射（380～3 000 nm）的危害，LED球泡灯的红外辐射Eir为4976E-03小于标准限值，故LED球灯泡无近红外视网膜危害。

4 结语

该文是基于GB/T 20145-2006标准对LED球泡灯的光生物安全性进行了检测，并对其危害等级进行了评估和分析。根据上述实验结果分析，该次检测的LED球泡灯在光生物安全检测中都属于无危险类灯具。

评价灯和灯系统光生物安全性的检测十分复杂，因为所测量的不是一个简单的点光源，而是一个扩展光源，而且需要评价的也不是单一光谱的光源，而是宽波段光源，所以，测量中我们需要考虑照明系统的环境中的一些实际情况做出判断，客观评价灯和灯系统的安全等级的分类。就目前而言，我国关于光生物安全测量的相关技术及设备已相对成熟，能够满足相关标准的测量要求。

参考文献

[1] 高勋.基于云计算的Web结构挖掘算法研究[D].北京：北京交通大学，2010.

[2] 虞建栋.光生物安全性的测试与评价研究[D].杭州：浙江大学，2006.

[3] 徐学基.关于发光二极管产品的光生物安全性及其标准问题（一）[J].光源与照明，2011（4）：29-31.

[4] 徐学基.关于发光二极管产品的光生物安全性及其标准问题（二）[J].光源与照明，2012（1）：36-39.