趙介軍，喬 波，過 峰

(1.無錫出入境檢驗檢疫局，江蘇 無錫 214101；2.杭州浙大三色儀器有限公司，浙江 杭州 310030)

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LED藍光危害研究

趙介軍1，喬 波2，過 峰1

(1.無錫出入境檢驗檢疫局，江蘇 無錫 214101；2.杭州浙大三色儀器有限公司，浙江 杭州 310030)

隨著人們對于照明產(chǎn)品光生物效應(yīng)的關(guān)注，LED照明產(chǎn)品的光生物輻射安全問題，尤其是視網(wǎng)膜藍光危害已成為人們對于LED產(chǎn)品望而卻步的一個重要原因。通過研究LED的藍光危害，分析了LED藍光危害產(chǎn)生的原因和可能對人體造成的傷害。并通過實驗調(diào)研市場上LED照明產(chǎn)品的藍光危害現(xiàn)狀，闡述了如何正確的使用LED產(chǎn)品，從而有效避免藍光輻射危害。

藍光危害；視網(wǎng)膜；LED；光生物安全

引言

隨著人們對于健康的關(guān)注和對于光生物輻射效應(yīng)的認(rèn)識，與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的照明產(chǎn)品的光生物輻射安全的關(guān)注度一直居高不下。全球大量的光生物學(xué)、醫(yī)學(xué)研究表明，現(xiàn)代照明光源具有與人體生物特征不一致、不和諧的效應(yīng)，對人類的健康構(gòu)成了新的威脅。兒童近視、視力退化、夜視力差、失眠、肥胖、荷爾蒙下降、生殖功能減退、乳腺癌、脫發(fā)、抑郁癥等，都與用“光”有密切關(guān)系。與此同時，LED照明產(chǎn)品借助產(chǎn)業(yè)資本和政府補貼政策的雙重推動，以其節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小等特點得以迅速發(fā)展，并逐步開始進入室內(nèi)照明。

在此背景下，人們對于LED照明產(chǎn)品的光生物輻射效應(yīng)的關(guān)注與重視達到了前所未有的高度。那么，LED照明產(chǎn)品究竟會對人體造成何種傷害？

1 藍光光生物效應(yīng)

藍光危害是由波長介于300nm與700nm的輻射照射后引起的光化學(xué)作用，通常會存在導(dǎo)致視網(wǎng)膜損傷的潛能。如果照射時間超過10s，這種損害機理起主要作用，而且是熱損害機理的數(shù)倍之多。

1.1 LED藍光的產(chǎn)生

白光LED技術(shù)可通過多種方式予以實現(xiàn)(如圖1所示)，主要有兩種：一是利用藍光技術(shù)與黃色熒光粉配合形成白光；二是多種單色光混合得到白光[1]。由于不同色彩LED的驅(qū)動電壓、發(fā)光輸出、溫度特性及壽命各不相同，因此多色混合白光LED的制作方式復(fù)雜，成本較高。生產(chǎn)廠商普遍采用第一種技術(shù)。

圖1 白光LED技術(shù)Fig.1 Technology of white LED

目前主流采用的GaN芯片，輻射譜的中心波長為450nm～470nm，輻射譜帶的半寬度為30nm。當(dāng)輻射譜激發(fā)YAG黃色熒光粉并且混合了藍光后，就會形成如圖2所示的典型白光LED光譜。從圖2中可以看出，不同色溫LED的發(fā)射光譜與激發(fā)黃色熒光粉的發(fā)光光譜的比例不同。高色溫LED光譜中藍光所占的比重明顯高于低色溫的LED。目前普遍認(rèn)為4000K以上的高色溫白光LED會對人體造成光生物輻射的潛在危險。特別是當(dāng)LED用于室內(nèi)照明時， 由于與人體的接觸時間較長，建議采用2700K～3000K且顯色指數(shù)為80以上的低色溫LED。但是，由于低色溫LED的光效較低。所以，照明產(chǎn)品生產(chǎn)廠家為了追求光效和顯色指數(shù)，通過會提高產(chǎn)品的色溫，致使市場中存在較多高色溫、高顯色指數(shù)的產(chǎn)品。同時，為了追求高利用率的LED產(chǎn)品，出現(xiàn)了越來越多的大功率、高亮度的LED產(chǎn)品。這些產(chǎn)品通過增加二次光學(xué)設(shè)計元件，增加了光源的功率與亮度，但越來越窄的光束角和越來越亮的LED，也使得潛在的光生物輻射危害悄然增加[2～3]。

圖2 典型白光LED光譜Fig.2 Spectrum of typical white LED

2.2 藍光與人體健康

藍光作為白光LED中不可或缺的組成部分，可以穿透人眼的晶狀體到達視網(wǎng)膜，而對視網(wǎng)膜造成光化學(xué)損害。日本研究發(fā)現(xiàn)，所有大于20J·cm-2的藍光輻射，會導(dǎo)致明顯的眼底變化。而且人眼的晶狀體從形成開始，是伴隨著人的年齡增長而逐漸發(fā)育完全的。所以，發(fā)生藍光危害的最大風(fēng)險在嬰幼兒時期。此時，還未發(fā)育完全的人眼晶狀體對于短波光譜輻射的透過率很高，是成年人眼的數(shù)倍，短波的藍光更容易通過此類人的晶狀體達到視網(wǎng)膜，從而會加速視網(wǎng)膜黃斑區(qū)細(xì)胞的氧化。成年人眼晶狀體雖然對藍光具有較低的透過率，但長時間暴露在藍光下仍然會造成視網(wǎng)膜的退行性改變，形成光致視網(wǎng)膜炎[4]。

2 藍光輻射安全的評價與測量

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織IEC TC76于2006年根據(jù)CIE S: 009技術(shù)報告，制訂了IEC 62471“燈和燈系統(tǒng)光生物安全”國際標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了視網(wǎng)膜藍光的光化學(xué)損傷。IEC隨后也專門針對燈具和光源的藍光危害制訂了IEC 62778技術(shù)報告。我國也陸續(xù)完成了半導(dǎo)體發(fā)光二極管的器件和模塊的要求與等級分類方法和測試方法標(biāo)準(zhǔn)的制訂。標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)危害程度不同分為四個等級，RG0“免除類”、RG1“低危險”、RG2“中度危險”和RG3“高危險”。對于達到RG0“免除類”的LED產(chǎn)品，正常人眼可以長時間(10000秒)直視，而不會造成視網(wǎng)膜光化學(xué)傷害。

對于藍光危害的測量，通常采用測量被測樣品輻亮度的方法予以實現(xiàn)。當(dāng)被測樣品為小光源時(對邊角小于0.011弧度)，可以采用測量輻照度的代替方法。輻亮度通常采用點成像輻射亮度計和面成像輻射亮度計(例如CCD相機)測量。在新制定的半導(dǎo)體發(fā)光二極管測試方法中，建議采用光譜輻亮度方法進行測量，輻射亮度計的光譜范圍應(yīng)覆蓋300nm～700nm。如果采用CCD面成像輻亮度測量方法，輻亮度值需進行光譜系數(shù)校正。當(dāng)采用不同曝光時間進行測量時，響應(yīng)的線性需作校正。同時，成像輻射亮度計的測量視場應(yīng)該與輻射危害分類等級相對應(yīng)的視場角(如100毫弧度、11毫弧度等)一致，接收孔徑為7mm。對于在不同距離測量時，成像輻射亮度計的視場角和接收孔徑應(yīng)保持不變。

3 藍光危害調(diào)研實驗

3.1 實驗樣品與裝置

通過在超市、市場、網(wǎng)購等途徑，隨機選取了市售的常見類型和規(guī)格LED燈樣品共9只，進行了樣品的藍光輻射測量與評價。測試樣品如表1所示。

表1 實驗樣品Table 1 Test sample

實驗裝置采用由杭州浙大三色儀器有限公司生產(chǎn)的光生物安全輻射測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由光譜輻射分析儀、視網(wǎng)膜亮度計和校準(zhǔn)源組成，結(jié)構(gòu)如圖3所示。為了能夠有效測量被測樣品對人眼造成的潛在危險，實驗使用的視網(wǎng)膜亮度計采用了完全模擬人眼光學(xué)系統(tǒng)的測量結(jié)構(gòu)，包括模擬人眼瞳孔的φ7mm光闌，模擬視網(wǎng)膜成像的200萬像素CCD相機。同時，有效模擬人眼觀察光源不同持續(xù)時間所對應(yīng)的1.7mrad、11mrad和100mrad的視場角變化，并在測量距離改變過程中測量視場角保持恒定[5]。

圖3 光生物輻射安全實驗裝置結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure of the experimental device

3.2 實驗結(jié)果

根據(jù)IEC 62471標(biāo)準(zhǔn)定義的測試方法和安全等級分類方法，對9個被測分別進行了測試，并根據(jù)測試結(jié)果對其進行了光生物輻射安全的危險等級分類。結(jié)果如表2所示。

表2 樣品測試結(jié)果及危險等級分類Table 2 Sample test results and risk level classification

在光生物輻射安全測試中，被測樣品最終的危險等級是依據(jù)所有危害類型中，危險等級最高的一項來進行評定的。對于24號和25號被測樣品來說，雖然其他5個危害類型的危險等級均為RG0，但由于藍光危害為RG2，則該被測樣品最終的危險等級仍然會被歸為RG2。

結(jié)合表1和表2可以看出，在測試的9只LED燈具中，LED球泡燈、LED PAR燈、LED燈管、LED壁燈和筒燈都劃分為無危險等級；LED投光燈和LED射燈被劃分為低危險；2只LED手電筒則被劃分為中度危險等級。藍光危害潛在風(fēng)險的存在，致使ES、EUVA、LR、LIR和EIR均處于無危險等級的被測樣品最終的危險等級被評定為低危險或者中度危險。這說明藍光危害對LED產(chǎn)品的光生物安全危險等級的評定具有至關(guān)重要的作用。同時，藍光危害的風(fēng)險可能會隨著樣品光束角的減小而增高。

4 結(jié)論

藍光危害已經(jīng)成為人們?nèi)找骊P(guān)注的照明安全問題。此次調(diào)研的市售LED產(chǎn)品，也基本覆蓋常用的室內(nèi)照明產(chǎn)品。從測試結(jié)果來看，現(xiàn)階段市場上的LED產(chǎn)品，總體上還是符合光生物安全標(biāo)準(zhǔn)的。

但是當(dāng)前的LED產(chǎn)品還未形成規(guī)范有序的市場秩序，魚龍混雜、以次充好的產(chǎn)品仍然存在。為了促進LED照明產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展與升級，必須盡快完善標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展和改進LED照明技術(shù)，規(guī)范LED的市場。同時，LED產(chǎn)品制造商也有責(zé)任通過標(biāo)識的方式指導(dǎo)用戶正確使用照明產(chǎn)品，例如不能擅自更改產(chǎn)品的外形結(jié)構(gòu)，拆除燈具的配件、罩殼等，也不能更改它們的用途，在安裝上要嚴(yán)格按照要求來安裝燈具。對于窄光束的LED產(chǎn)品應(yīng)有不能用眼睛直視光源的警示。照明產(chǎn)品生產(chǎn)廠家要嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中標(biāo)記的要求，對一些需要標(biāo)記的產(chǎn)品進行警告標(biāo)記或提醒提示。

[1] Steranka F M, Bhat J, Collins D， et al. High Power LEDs-Technology Status and Market Applications[J].Phys. Stat.Sol.,2002,194 (2):380-388.

[2] IEC.IEC 62471-2 Photobiological safety of lamps and lamp systems-Part 2: Guidance on manufacturing requires relating to non-laser optical radiation safety[S].IEC,2009.

[3] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)的管理委員會. GB/T 30117.2燈和燈系統(tǒng)的光生物安全 第2部分：非激光光輻射安全相關(guān)制造要求指南[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

[4] 喬波, 程麗玲. 光生物輻射危害解讀[J]. 照明工程學(xué)報, 2013, 24(增刊): 61-65.

[5] 過峰, 喬波, 趙介軍. 光生物輻射安全測量技術(shù)[J]. 照明工程學(xué)報, 2014,25(4):45-49.

國際照明委員會第28屆大會 (CIE 2015)征文通知

國際照明委員會第28屆大會(CIE 28th Session)將于2015年6月28日—7月4日在英國曼切斯特市曼切斯特大學(xué)舉行。同時，聯(lián)合國大會已宣布2015年為國際光年，曼切斯特作為CIE大會舉辦地，必將是全球的聚會。組委會現(xiàn)向全世界范圍內(nèi)從事光與照明相關(guān)工作的人員征集論文。

提交論文的要求是：未在正式刊物發(fā)表過的研究工作和成果報告及科技論文；內(nèi)容在國際照明委員會7個分部和技術(shù)委員會范圍之內(nèi)，包括顏色和視覺、光和輻射的測量、室內(nèi)照明與設(shè)計、交通運輸照明和光信號、室外照明及應(yīng)用、光生物和光化學(xué)、圖像技術(shù)等。

衷心邀請我國照明領(lǐng)域從事科研、教育和生產(chǎn)單位的廣大照明科技工作者積極關(guān)注和參與這一盛事，并請按照征文的要求提交原創(chuàng)英文科技論文摘要。論文摘要提交截止日期是2014年12月1日，錄用通知發(fā)放日期是2015年2月15日前。另外，組委會要求收到文章錄用通知的作者于2015年3月31日前注冊參會，否則文章取消錄用。

有關(guān)會議的具體詳細(xì)內(nèi)容請登陸CIE官方網(wǎng)站的會議頁面http://session2015.cie.co.at/。

目前大會的論文摘要在線提交系統(tǒng)已經(jīng)開通，請登錄以下鏈接查看有關(guān)的論文格式要求和摘要提交流程http://session2015.cie.co.at/abstract_submission。

Research of LED Blue Light Hazard

Zhao Jiejun1, Qiao Bo2, Guo Feng1

(1.WuxiEntry-exitInspectionandQuarantineBureau,Wuxi214101,China;2.SENSINGInstrumentsCo.,Ltd.,Hangzhou310030,China)

LED lighting products with its beneficial characteristics, such as energy saving, environmental protection, long life, small size, and etc, have gradually entered people’s life. People started to care about the photobiological effects of lighting products. The photobiological radiation safety of LED lighting products, especially the retinal blue light hazard has become an important reason why people do not choose LED products. This paper analyzed the reasons and their possible harms to the human body which may be caused by LED blue light hazard. And by performing research on current situation of LED lighting products blue light hazard in market, it described how to properly use LED products so as to effectively prevent blue light hazards.

blue light hazards; retinal; LED; photobiological safety

江蘇出入境檢驗檢疫局《LED照明電器光生物安全的研究》課題項目(計劃編號：2013KJ14)

TB17

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2015.01.016