镜片的蓝光辐射防护评价及其标准研究

文/唐小军韩世洋曹文才李一洲毕海蛟

镜片的蓝光辐射防护评价及其标准研究

文/唐小军1韩世洋2曹文才3李一洲4毕海蛟5

针对防蓝光镜片是否具有防护功能的疑惑，结合日常人工光源中的蓝光光谱分布，归纳出蓝光防护设计要求；通过若干眼镜镜片的紫外-可见光透射比、蓝光透射比、蓝光光谱透射比、光源透过镜片后的显色指数、镜片黄色指数等一系列测量实验，总结出镜片蓝光防护需求，从而得到防蓝光镜片工艺设计的关注点，确保镜片在不损害镜片视觉功能的基础上具有或提升蓝光防护效果；根据实验结果，提出了有关镜片蓝光防护透射性能评价方法和产品标准要求的建议。

镜片；蓝光危害；蓝光防护；透射性能；标准

相对以太阳光为主的自然光，照明、显示等非自然光称为人工光源。现代都市生活，室内活动增多，照明、显示用途的人工光源被大量使用，加上“低头族”“办公室白领一族”长期对着各类屏幕，眼睛接受人工光源辐射的危害大幅增加。灯和灯系统的光生物安全概念在上个世纪末就提了出来，CIE（国际照明委员会）在2002年发布了CIE S 009/E：2002 Photobiological Safety of Lamps and Lamp Systems（灯和灯系统的光生物安全性）。我国于2006年采用该标准。

灯与灯系统对人眼的危害主要是紫外危害、蓝光危害、热危害和红外辐射危害。一般的LED照明光源、电子产品显示光源的紫外危害、热危害和红外辐射危害都相对较小，但其蓝光特征对视网膜引起的伤害却受到广泛关注。故本文重点关注蓝光对人眼的危害。

眼镜是重要的人眼防护产品，肩负着蓝光防护的重任。然而，蓝光是生理调节、日常作息中必不可少的部分，所以，防蓝光不能像防紫外光一样全部阻断。那么防蓝光镜片应该如何防蓝光呢？本文通过一系列的实验，研究防蓝光眼镜的蓝光防护指标，对防蓝光镜片标准的制定有积极意义。本文的眼镜镜片，指的是非着色的眼镜镜片，不包括太阳镜片、变色镜片和其他一些特殊用途的眼镜镜片。

1 蓝光及其危害

在可见光中，一般把波长在400nm～500nm范围的部分称为蓝光。如果蓝光照射眼球的时间超过10秒，会引起光化学作用，可能导致视网膜损伤。其损害是热损害的数倍之多。

同时，蓝光是太阳光的重要组成部分。在日常生活，太阳光中的蓝光并不会对人眼产生额外的伤害。而本文研究的蓝光危害，主要是指人工光源，特别是现在普遍使用的蓝光光源，包括LED照明、LED显示屏等。

1.1 白光LED中的蓝光

蓝光LED技术是于1998年被研发出来，具有高效能、长寿命、小体积等诸多优点，并于2014年获得诺贝尔物理学奖。其核心技术是将GaN芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起，前者发出波长为465nm、带宽约为30nm的蓝光，后者经过蓝光照射，产生黄光。二者混合在一起，LED照明产生“白光”。与波长范围为380nm～780nm的太阳光的白光相比，LED的“白光”的光谱并不连续。

1.2 实验A设计及分析——人工光源中的蓝光光谱分布

1.2.1 相关概念

光谱密度表示单位波长区间内辐射能量的大小。光源中不同波长色光的辐射能量是随波长的变化而变化的，因此，光谱密度是波长的函数。光谱密度与波长之间的函数关系称为光谱分布。在实用中，常用相对光谱能量（功率）分布来描述光谱分布，即光谱密度的相对值与波长之间的函数关系，记为S（λ）。相对光谱能量分布可用任意值来表示，但通常是取波长λ=555nm处的辐射能量为100，作为参考点，比较得出参考值。若以光谱波长λ为横坐标，相对光谱能量分布S（λ）为纵坐标，就可以绘制出光源相对光谱能量分布曲线。

为了直观反映日常生活中的照明、显示所用光源，实验选用了几种有代表性的样品，进行相对光谱功率分布情况检测，以探讨眼镜镜片对蓝光防护的需求。

1.2.2 实验设计及分析

（1）实验目的：了解日常生活中典型人工光源中的蓝光相对光谱能量分布情况。

（2）实验样品：随机选择具有代表性的LED灯泡、LED台灯、手机、平板电脑、液晶电视各一种。

（3）样品状态及要求：在正常使用、标准模式下，模拟日常使用状态进行检测，具体如下：

LED灯泡使用标准方法在积分球中进行测量；

LED台灯正常摆放平桌上，垂直投影在白纸上，观察者离桌面30cm处进行45度观察；

对于手机、平板电脑，观察者离其屏幕表面几何中心30cm处垂直观察；

液晶电视，观察者离其屏幕表面几何中心2m垂直观察。

（4）实验仪器：光谱分析仪。

（5）实验结果：图1～5分别给出样品发出光的相对光谱能量分布情况。

图1 某型号LED灯泡相对光谱功率分布情况

图2 某型号LED台灯相对光谱功率分布情况

图3 某型号手机屏幕相对光谱功率分布

图4 某型号平板电脑屏幕相对光谱功率分布

图4 某型号液晶屏幕相对光谱功率分布情况

（6）实验分析及结论：以上分布图表明，LED灯及以LED作为背光源的产品所发出的蓝光波长主要集中在465±30nm段。那么，要保护眼睛，就要适当降低整个蓝光波段，尤其是降低465±30nm波段的光谱透射比。

1.2.3 镜片防蓝光的设计要求

查阅CIE S 009/E：2002中的宽波段光源对视网膜危害的光谱加权函数中蓝光危害加权函数B(λ)可知：波长在400nm～500nm范围的B(λ)均大于0.1；在435nm、440nm处的B(λ)等于1.0；440±25nm范围的B(λ)均大于0.7。同等光谱能量的光，其B(λ)值越大，对人眼视网膜的光化学损伤越大，所以波长为435nm、440nm的蓝光危害最大。

在镜片的防蓝光工艺设计时，应降低整个蓝光波段的光谱能量密度，特别是440±25nm的蓝光光谱段。

根据实验A可知，日常生活中的人工光源的蓝光谱能量密度比较大的是435nm～485nm范围，即435nm～485nm波段是防蓝光镜片的防护重点。

由于蓝光是可见光的主要组成部分，对物体显色非常重要，所以不能过分阻断蓝光，避免物体颜色失真，同时避免光透射比下降太多，引起视物不清晰。为此，在镜片的防蓝光工艺设计时，其可见光透射比、光源透射后的显色指数也应重点关注。特别是后者，对部分专业人士而言，显色指数非常重要。

作者单位：
1．广州计量检测技术研究院、广东省视光学学会
2、3、4．广州计量检测技术研究院
5．广州动态集成测试技术研究院