LED輻射測(cè)試之我見(jiàn)

薛曉曉 陳 萍 黃 犇

（浙江省電子信息產(chǎn)品檢驗(yàn)所，310012）

0 引言

近年來(lái)，全球能源緊缺，溫室效應(yīng)日益加劇，生態(tài)環(huán)境越來(lái)越惡劣，這已逐漸成為全世界亟待解決的難題，改變?nèi)藗兊哪茉传@取方式以及如何提高能源利用率已是我們未來(lái)面臨的重要的問(wèn)題。在世界電力結(jié)構(gòu)中，照明用電所占比重約為19%[1]。雖然世界各國(guó)發(fā)展水平不一，照明用電所占比重也有所不同，但隨著全球能源的緊缺，生產(chǎn)成本的不斷提高，在世界各國(guó)能源消費(fèi)中照明耗能已不容忽視，比重日漸增加。照明節(jié)能問(wèn)題也就成了目前亟待解決的問(wèn)題。

目前應(yīng)用最廣泛的照明光源是白熾燈，其集光性好，制造方便，而且成本低，啟動(dòng)快，但光效低，耗能?chē)?yán)重。早在1998年，美國(guó)就已經(jīng)頒布法令，計(jì)劃在12年內(nèi)完全淘汰白熾燈；2012年歐盟以及日本已全面禁售白熾燈；我國(guó)擬在2016年實(shí)現(xiàn)白熾燈的全面禁用[1]。白熾燈被禁后，它的替代品又是什么呢? 在照明領(lǐng)域，LED照明產(chǎn)品以其強(qiáng)大的自身優(yōu)勢(shì)正吸引著人們關(guān)注，它的出現(xiàn)也為照明界開(kāi)拓出一個(gè)全新領(lǐng)域，并為照明節(jié)能設(shè)計(jì)提供了更多的選擇。LED作為新型高效光源之一，具有節(jié)能、高效、綠色環(huán)保、壽命長(zhǎng)等顯著特點(diǎn)，是人類(lèi)照明史上的又一次飛躍，是目前公認(rèn)的最具發(fā)展前景的第四代綠色光源[2]。

隨著LED性能的不斷提高，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，已從最初的狀態(tài)表征發(fā)展到目前的交通信號(hào)燈、路燈、汽車(chē)照明等領(lǐng)域，可謂LED的使用已經(jīng)涉足人們生活各個(gè)領(lǐng)域。隨著國(guó)家對(duì)低碳、節(jié)能減排政策的不斷推進(jìn)，LED照明產(chǎn)業(yè)遇到了一個(gè)大好的發(fā)展時(shí)機(jī)[3]。LED是行業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，二十一世紀(jì)必將進(jìn)入以L(fǎng)ED為代表的新型照明光源時(shí)代。

1 LED燈的輻射危害

LED作為一種綠色新光源，將其運(yùn)用于照明是一種嶄新的嘗試，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一大進(jìn)步。與傳統(tǒng)燈具相比，由于它是固態(tài)半導(dǎo)體材料，不存在汞污染，其環(huán)保性順應(yīng)了當(dāng)前節(jié)能減排的時(shí)代潮流。但將LED應(yīng)用于照明必然會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間照射作用，因此將LED用于照明是否會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生輻射傷害，這是人們最關(guān)注的問(wèn)題，也是LED燈是否能夠廣泛推廣使用的關(guān)鍵影響因素[3]。

皮膚是人體最大的器官，眼睛則是人體對(duì)光輻射最敏感的器官，因此對(duì)人體造成輻射危害主要發(fā)生在人的皮膚和眼睛這兩個(gè)地方[4]。

LED光源的光譜范圍較寬，不同波段的輻射滲透能力不同，不同光譜范圍內(nèi)的輻射作用區(qū)域也存在差異[5]，如UVC和部分UVB波段會(huì)對(duì)角膜及結(jié)膜產(chǎn)生影響，部分UVB和 UVA波段會(huì)對(duì)人體的晶狀體產(chǎn)生影響，可見(jiàn)光波段會(huì)對(duì)視網(wǎng)膜產(chǎn)生影響等。光輻射對(duì)人眼造成的危害具體發(fā)生在哪里與光輻射的作用區(qū)域有關(guān)。光輻射導(dǎo)致的眼睛損傷主要有以下5種：（1）光致角膜炎和光致結(jié)膜炎（2）紫外輻射導(dǎo)致白內(nèi)障（3）視網(wǎng)膜灼傷（4）視網(wǎng)膜藍(lán)光危害（5）紅外輻射導(dǎo)致自?xún)?nèi)障[6]。

光輻射對(duì)皮膚的危害主要有以下3種：（1）皮膚曬黑（2）皮膚老化（3）皮膚癌。一般皮膚曬黑主要有兩種形式：即時(shí)曬黑和耐久性曬黑。所謂即時(shí)曬黑是指最初在太陽(yáng)或其它人工光源下曬幾分鐘后造成的，曝曬停止之后顏色就會(huì)漸漸褪去，不會(huì)對(duì)人體造成危害。而耐久性曬黑則是最常見(jiàn)的危害，它是光輻射所引起的光化學(xué)反應(yīng)，也就是說(shuō)人體皮膚中細(xì)胞已經(jīng)受損。光輻射不僅能使皮膚曬黑而且也能造成皮膚老化。研究表明，長(zhǎng)期的光輻射能加速皮膚老化，使其呈現(xiàn)干燥、粗糙、皮革狀和皺紋累累等現(xiàn)象。而對(duì)皮膚危害最嚴(yán)重的則是會(huì)導(dǎo)致皮膚癌變，最常見(jiàn)的皮膚癌有三種：基底細(xì)胞癌、鱗癌、惡性黑素癌[6]。

因此，對(duì)LED燈進(jìn)行輻射安全的測(cè)試顯得尤為重要，下面就LED燈輻射安全測(cè)試的研究進(jìn)行介紹。

2 LED燈輻射安全測(cè)試的研究

LED燈是否具有輻射危害，是否會(huì)對(duì)人身體產(chǎn)生傷害，這都需要通過(guò)對(duì)LED燈進(jìn)行全方面的測(cè)試才能得出結(jié)論。LED是一種特殊光源，它無(wú)論在光譜、空間強(qiáng)度分布光、尺寸等方面都與其他光源不同。在LED光學(xué)設(shè)計(jì)上存在巨大差異，這對(duì)嚴(yán)重影響LED測(cè)量的重現(xiàn)性，使得LED的測(cè)量困難。這引起了國(guó)際照明委員會(huì)的關(guān)注。他們召開(kāi)會(huì)議并制定了LED強(qiáng)度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)涉及 LED輻射度、光度和色度測(cè)量三個(gè)方面[7]，其中LED輻射度測(cè)量包括光譜輻照度測(cè)試、光譜輻亮度測(cè)試、表觀光源測(cè)試3項(xiàng)內(nèi)容[8]。國(guó)內(nèi)很多廠(chǎng)家已根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)出相應(yīng)的LED輻射安全性能測(cè)試系統(tǒng)，如深圳沃霖電子有限公司生產(chǎn)的SMS-300 測(cè)試系統(tǒng)、杭州遠(yuǎn)方光電信息股份有限公司生產(chǎn)的OST-300光輻射安全專(zhuān)用光譜分析系統(tǒng)等[9]，下面就根據(jù)這些測(cè)試系統(tǒng)對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行具體介紹。

2.1 光譜輻照度測(cè)試

光譜輻射照度是光輻射測(cè)量領(lǐng)域的基本指標(biāo)，主要用于光輻射探測(cè)器的校準(zhǔn)以及目標(biāo)光源的測(cè)試。通過(guò)進(jìn)行光譜輻射照度測(cè)試可獲得目標(biāo)源的輻射強(qiáng)度以及相關(guān)光譜輻射特性。其具體測(cè)試方法如下：

1、校正：在進(jìn)行光譜輻照度測(cè)試之前，首先需要對(duì)光譜測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行校正。進(jìn)行校正需要用到光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈以及其具體參數(shù)。具體步驟如下：先在暗室中進(jìn)行零位采集，使用光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈對(duì)光譜測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行校正。

2、確定待測(cè)LED燈光信號(hào)的強(qiáng)弱以及掃描間隔。

3、使用光譜測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行光譜輻照度測(cè)量。

2.2 光譜輻亮度測(cè)試

對(duì)光譜輻亮度進(jìn)行測(cè)量是指從一個(gè)輻射面內(nèi)制定的部分在給定的立體角中所發(fā)射的輻射功率。光譜輻亮度是我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其具體測(cè)試方法如下：

1、校正：在進(jìn)行光譜輻亮度測(cè)試之前，同樣需要對(duì)光譜測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行校正。進(jìn)行校正需要用到白板和光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈以及其具體參數(shù)。具體步驟如下：先在暗室中進(jìn)行零位采集，使用白板和光強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)燈對(duì)光譜進(jìn)行校正。

2、確定待測(cè)LED燈光信號(hào)的強(qiáng)弱以及掃描間隔。

3、使用光譜測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行光譜輻照度測(cè)量。

2.3 表觀光源測(cè)試

表觀光源也是測(cè)試分析LED光安全性的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中重要一項(xiàng)。表觀光源是指在視網(wǎng)膜上可能形成最小影像的實(shí)際發(fā)光體或虛發(fā)光體，主要用于確定400nm--1400nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光輻射表觀光源的位置。其具體測(cè)試方法如下：

1、確定CCD的溫度和曝光時(shí)間：不同的CCD具有不同的特性，根據(jù)具體選用的CCD的使用要求選用相應(yīng)，而曝光時(shí)間與待測(cè)LED燈光信號(hào)的強(qiáng)弱有關(guān)，其可根據(jù)前面確定的待測(cè)LED燈光信號(hào)的強(qiáng)弱值進(jìn)行確定。一般情況下，會(huì)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和待測(cè)光源的強(qiáng)弱先確定一個(gè)大概的曝光時(shí)間進(jìn)行曝光測(cè)試，然后再對(duì)其進(jìn)行修正。如果曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，信號(hào)溢出，則減少曝光時(shí)間后再進(jìn)行曝光測(cè)試，反之，增加曝光時(shí)間，直至選出一個(gè)適當(dāng)?shù)钠毓鈺r(shí)間。

2、調(diào)整待測(cè)面位置：確定測(cè)試參數(shù)后，根據(jù)采集的圖像調(diào)整CCD成像裝置與鏡頭的位置，使CCD測(cè)試面與待測(cè)LED待測(cè)面重合。

3、進(jìn)行暗電流采集：采集時(shí)需要關(guān)閉待測(cè)LED燈。

4、點(diǎn)亮待測(cè)LED燈，對(duì)其進(jìn)行輻亮度測(cè)量以及有效輻亮度評(píng)價(jià)。

5、表現(xiàn)光源區(qū)域的確定：可通過(guò)二維ISO來(lái)實(shí)現(xiàn)。

5、確定表面光源區(qū)域后得出表觀光源對(duì)向角的值。

2.4 輻射安全評(píng)價(jià)

現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)都已具有輻射安全評(píng)價(jià)功能，可將光譜輻照度測(cè)試、光譜輻亮度測(cè)試以及表觀光源測(cè)試這三種測(cè)試的結(jié)果導(dǎo)入到自帶輻射安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，由系統(tǒng)自動(dòng)完成評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果以安全評(píng)價(jià)等級(jí)、光譜分布圖及各項(xiàng)參數(shù)的具體測(cè)量值的形式給出，方便快捷。

3 結(jié)語(yǔ)

LED具有節(jié)能、高效、綠色環(huán)保等顯著特點(diǎn)，是目前公認(rèn)的最具發(fā)展前景的第四代綠色光源。將其運(yùn)用于照明是一種嶄新的嘗試，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一大進(jìn)步。但將LED應(yīng)用于照明必然會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生長(zhǎng)時(shí)間照射作用，因此將LED用于照明是否會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生輻射傷害，這是人們最關(guān)注的問(wèn)題，也是LED燈是否能夠廣泛推廣使用的關(guān)鍵影響因素，對(duì)LED的輻射安全進(jìn)行測(cè)試顯得尤為重要。在照明用LED產(chǎn)品的輻射安全性檢測(cè)方面，我國(guó)已經(jīng)制定相關(guān)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)一些指標(biāo)做出了規(guī)定，同時(shí)也提供了響應(yīng)的測(cè)試方法，對(duì)光生物危害的安全評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和檢測(cè)水平的提高，LED輻射安全的檢測(cè)技術(shù)一定會(huì)更加完善。只有完善的檢測(cè)技術(shù)才能更好地促進(jìn)我國(guó)LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，才能使我國(guó)的LED產(chǎn)品更加具有產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

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