IEC 62778在燈具國家強制性標準中的應用分析

朱春紅，俞婷玉，陳文聰，麥 勇

(中山出入境檢驗檢疫局，廣東中山 528400)

IEC 62778在燈具國家強制性標準中的應用分析

朱春紅，俞婷玉，陳文聰，麥 勇

(中山出入境檢驗檢疫局，廣東中山 528400)

IEC 60598—1：2014和GB 7000.1—2015安全標準將藍光危害列入安全檢測的必檢項目。本文通過深入分析IEC 60598—1：2014和GB 7000.1—2015引用的IEC/TR62778標準，在理論指導基礎上給出了藍光危害的判定技巧。

藍光危害；LED； GB 7000.1—2015；IEC/TR 62778

引言

燈具國家強制性標準GB 7000.1—2015于2015年12月31日正式頒布，將于2017年1月1日正式生效，該標準等同采用IEC 60598—1：2014，用來代替GB 7000.1—2007。在該標準第四章結構中增加視網膜藍光危害部分，是新版標準的一大變化，該變化也是響應近幾年來LED燈具的蓬勃發展和LED燈具的安全要求特點的重大體現。照明用LED白光因發光原理導致光譜中藍光成分含量較高，根據研究，富藍光會造成以下幾種主要不良危害[1]：①藍光是1種褪黑激素抑制劑；②藍光會使眼睛內的黃斑區毒素量增高；③藍光可導致白內障術后的眼底損傷；④藍光可引發視覺模糊。國際電工委員會制定了IEC 62471系列標準來判定人造光源的光生物危害評估，針對LED照明藍光危害，專門制定了IEC/TR 62778標準。滿足IEC/TR 62778的光生物安全測試設備，不僅需要傳統的光生物安全測試系統，還需與分布光度計測試系統聯動測試，整套測試系統價格昂貴，國產的就需上百萬。新版燈具國家安全標準GB 7000.1：2015將光生物安全要求納入其中，那我們過去生產、銷售和使用的LED燈具是否安全？是否有一個簡單易行的安全評價方法？新版國標安全標準的實施，對我們現行燈具安全檢測實驗室，尤其承擔國內3C認證檢測的燈具檢測實驗室，對其設備和檢測工作要求將會產生什么樣的影響？均需進行深入研究。

1 GB 7000.1—2015中視網膜藍光危害檢測要點[2]

帶有整體式LED或LED模塊的燈具應根據IEC/TR 62778“應用IEC 62471評估光源和燈具的藍光危害”進行評估。不應使用藍光危害類別大于RG2的LED光源。使用IEC/TR 62778基于200 mm、0.011弧度的條件進行測量。

對按照IEC/TR 62778具有危險組別1/2(Ethr)邊界條件的燈具，應使用下述標記要求：

a)對固定式燈具，要按IEC/TR 62778進行附加的評估來找到燈具RG2與RG1間界限的距離Xm。燈具應進行標記并有按本標準3.2.23的說明；

b)在200 mm(0.011弧度測量)處超過RG1的可移式燈具和手提燈，要按照本標準3.2.23的規定標記。

GB 7000.4覆蓋的兒童用可移式燈具，以及GB 7000.212覆蓋的電源插座夜燈，在200 mm(0.11弧度測量)處不應超過RG1。

要點分析：

方法應根據IEC/TR 62778“應用IEC 62471評估光源和燈具的藍光危害”進行評估。IEC/TR 62778測量條件為200 mm(0.11弧度測量)。

達到RG2的燈具。對于兒童用可移式燈具和電源插座小夜燈禁止使用；對于固定式燈具、可移式和手提燈應按照標準的3.2.23的規定標記進行警告性使用。對于固定式LED燈具，在確定警告性標記前，需依照IEC/TR 62778評估方法確定燈具RG2與RG1間界限的距離Xm。

2 IEC/TR 62778藍光危害評估要點分析[3]

2.1 IEC/TR 62778：2014介紹

IEC 62471是一個綜合性標準，描述的是人造光輻射體的所有潛在健康危害，內容涵蓋光譜的紫外線、可見光和紅外光。IEC/TR 62778報告專門討論IEC 62471：2006中的4.3.3和4.3.4中描述的危害，該危害稱為視網膜藍光危害，因為它主要是可見光譜中藍光部分引起，該部分光譜對視網膜有潛在的危害。在IEC 62471中，評估允許的最大照射時間tmax值既取決于產品本身，也取決于觀察距離，對于通用照明燈具其評估距離取值為照度500lx處，但不小于200 mm。由于在實際的應用中，高于或低于500lx的照度值很常見，所以在IEC/TR 62778報告中，測試距離確定為200 mm處，測量視場角度定位0.011弧度。光源視場角大小不僅于光源尺寸大小有關，更與視距有關。在IEC 62471中，測量視場角大于等于0.011弧度按照4.3.3大光源方法計算tmax，測量視場角小于0.011弧度的按照4.3.4小光源方法計算tmax。

IEC/TR 62778在明確其測量條件與IEC 62471不同之外，還主要研究以下兩個問題：

1)光生物安全信息傳遞，從光源部件到基于該部件的更高層級照明產品的傳遞。

2)關于光照距離和危險分類的建議。通過光譜計算和光學考量，在進行藍光危害值分析基礎上給出這些建議。

2.2 光譜、色溫和藍光危害

1)曝輻限值計算的光譜精確測量。

依據IEC 62471[4]曝輻限值4.3.3節公式和4.3.4節公式：

照射時間小于等于10 000秒時，曝輻限值見公式(1)。

(1)

照射時間大于10 000秒時，曝輻限值見公式(2)。

(2)

照射時間小于或等于100s時，曝輻限值見公式(3)。

(3)

照射時間大于100s時，曝輻限值見公式(4)。

(4)

式中Lλ(λ,t)指光譜輻亮度，單位W·m-2·sr-1·nm-1；Eλ(λ,t)指光譜輻照度，單位W·m-2·nm-1；B((λ) 指藍光危害權重函數；△λ指波長帶寬，單位nm；t照射持續時間，單位s。

要計算曝輻限值時間，就需計算藍光危害加權輻亮度或藍光危害加權輻照度，需用光譜儀對光源的光譜功率分布進行精確測量，并利用計算機按照加權函數值進行積分計算，測量和計算過程相對較復雜。

2)藍光加權輻亮度(或藍光加權輻照度)與亮度(或照度)之間關系，及與色溫CCT之間關系。

因光源亮度值(或照度值)與藍光加權輻亮度值(或藍光加權輻照度值)均來自同一光譜輻射的權值計算，因此在二者之間有緊密的關系，存在確定的比例關系，即：

(5)

通過研究一系列不同光源的光譜，能觀察發現：KB,V值與所有白光光源色溫CCT有強烈的線性相關性，如白熾燈、氣體放電燈、熒光燈、LED燈等，如圖1所示。

圖1 白光光源色溫與KB,V值關系圖Fig.1 The correlation between KB,V and CCT of the daylight spectra

3)KB,V值與色溫CCT內在聯系原因分析。

藍光危害加權函數B(λ)與CIE 1931Z曲線有較好的一致性，如圖2所示。

圖2 亮度曲線、藍光危害權值函數和CIE 1931 Z曲線波長圖Fig.2 The photopic eye sensitivity curve, the blue light spectral weighting function and the CIE 1931 Z curve

人眼光視覺函數等于CIE 1931 Y曲線。

(6)

因此，在KB,V值與Z/Y之間存在一種近似(非精確)的線性相關關系。依據CIE 1931x,y坐標定義，很容易得出：

(7)

依據光源色坐標值(x,y)，不需精確測量全光譜值，即可估算出KB,V值，因B(λ)與CIE 1931Z曲線近似相等，其估值精度在15%以內，KB,V值與色坐標關系如圖3所示。依據色坐標值即可求出色溫值，因此KB,V值與色溫CCT存在近似的線性關系。要精確計算KB,V值，需測量全光譜分布。

圖3 色坐標與與KB,V值關系圖Fig.3 Relatbion between color coordinates and KB,V

2.3 光生物安全信息傳遞

依據亮度守恒定律，已知燈具的主要光源亮度值，則在此光源基礎上加工而成的任何燈具的亮度值均不會超過此值。亮度守恒定律來源于兩個基本守恒定律，即光通量守恒定律和光學擴展量守恒定律。光源的光通量通過光學系統不可能增加。光源的光束角和光源面積的乘積不能減小。依據上述定律，可作以下判定：

1)主要光源的光生物安全值在任何距離內均沒有達到RG2危險類別的，則在此光源基礎上加工而成的任何燈具的光生物安全值均不會達到RG2危險類。

2)主要光源的光生物安全值在一定距離條件下，產生的照度值達到Ethr閾值時，光生物安全達到RG2類別。在此光源基礎上加工而成的任何燈具，在距離Xm內照度達到Ethr的為RG2類風險，產生的照度值小于Ethr為RG1類風險。燈具達到Ethr的距離并不能簡單的從光源處信息得到，它取決于燈具的光學元件。

3 IEC/TR 62778標準在GB 7000.1—2015光生物安全中的判定應用技巧

GB 7000.1—2015第4.24.2條視網膜藍光危害的備注如下：

注2：通常具體的危險分類應可以從LED光源制造商處得到。

注3：一些燈具的設計，例如帶有整體式LED光源，需要對燈具整體進行試驗。

注4：建筑物中考慮周到的延展成LED陣列，或使用更多的光學器件不會增加LED光源的危險組類別。

注5：制造商聲稱的光度數據可以按a項進行評估(a項指GB 7000.1—2015第4.24.2條a項，即本文第1節第5行)。

依據IEC/TR 62778標準，可做出以下幾條判定方法：

1)LED光源制造商提供安全危險分類未達到RG2類的，則燈具不可能達到RG2類。主要光源未達到RG2類的，則組合光源燈具不可能達到RG2類。

2)燈具制造商提供一般光度數據，依據光度數據進行初步判定。

a) 提供色溫和亮度值的判定方法：在對應的色溫下，其亮度值不超過表1中亮度值時，則該燈具危險分類不可能達到RG2類(見圖4)。

b)提供色溫和光強的依照a)方法不能判定合格的也可轉用此方法判定。

選擇最大光強方向的光強值Imax，依據公式E=Imax/d2，d值取人眼能觀察到LED光源的最小距離值，且d≥200 mm，計算出Emax。依據表1，在對應的色溫下，其Emax不超過表2)中照度值時，則該燈具危險分類不可能達到RG2類(見圖5)。

表1 不超過RG1類光生物危害亮度判定表

圖4 大光源條件下依據色溫和亮度值判定的RG1與RG2風險估值圖(a線為RG1與RG2分界線，c線為2倍系數條件下RG1類安全判定曲線)Fig.4 The assessment of the RG1/RG2 border for light sources with a diameter >2.2 mm, according to luminance values and CCT

CCT/KE/lxCCT≤235040002350

圖5 小光源條件下依據色溫和照度值判定的RG1與RG2風險估值圖(a線為RG1與RG2分界線，c線為2倍系數條件下RG1類安全判定曲線)Fig.5 The assessment of the RG1/RG2 border for light sources with a diamcter <2.2 mm, according to illuminance values and CCT

以上判定基于藍光危害和色溫之間的近似線性關系。因藍光危害與色溫CCT之間存在15%的不確定度，為確保判定的安全性，表中的光度數據設計是在線性關系數據基礎上乘以2倍的安全系數得出。即符合以上要求的燈具其光輻射危害安全肯定不可能達到RG2類，但超過以上數據的也不一定就達到RG2類，需進一步分析確定。

3)如果燈具制造商提供藍光危害加權輻亮度LB值，則可依據IEC/TR62778附錄B公式，判定是否達到RG2類，并能在判定達到RG2類基礎上，可計算出RG2和RG1間的界線距離Xm。

4)如果燈具制造商未提供任何光度數據，則可用簡易照度儀器測量其色溫和照度值，并利用第2條b)方法進行初步判定。

5)在以上方法均不能判定是否達到RG2類時，則需將燈具送到具有分布光度計聯動測試系統的光生物安全檢測實驗室進行精確檢測判定。

依據光生物安全實際檢測工作經驗，在目前的LED照明產品中，達到RG2類風險的LED燈具較少，通過以上幾條判定方法，在不需要投入設備，或投入簡單的檢測設備的條件下，即可判定大多數LED燈具的光生物安全合格性，減少LED燈具光生物安全檢測項目的盲目測試，也能給已經大量使用的LED用戶減輕檢測需求負擔，減少不必要的思想負擔。

[1] 張躍敏,喬更新.LED照明中藍光的光生物安全問題 [J]中國照明電器,2013,6:2-3.

[2] Luminaires-Part 1: General requirements and tests:IEC 60598—1:2014[S].IEC,2014.

[3] Application of IEC 62471 for the assessment of blue light hazard to light sources and luminaires:IEC62778:2014[S].IEC,2014.

[4] Photobiological safety of lamps and lamp systems:IEC62471:2006[S].IEC,2006.

Application Analysis of IEC 62778 on National Compulsive Standard of Luminaire

ZHU Chunhong， YU Tingyu， CHEN Wencong， MAI Yong

(Zhongshan Entry-Exit Inspection & Quarantine Bureau， Zhongshan 528400, China)

LED technology was used in lighting products, and it caused the blue light hazards problem. Therefore the safety standard of luminaries was revised. IEC 60598—1：2014 and GB 7000.1—2015 standards need to check the blue light hazards problem of LED luminaires. Is the LED lunminaire safe or not? How to quickly know that? These problems are very urgent to the manufacturers and the testing laboratory, even to the users. This paper analyzed the standard of IEC/TR 62778 which is used in IEC 60598—1：2014 and GB 7000.1—2015.Under the theory analysis, the verdict skills of blue light hazards were given.

blue light hazards；LED；GB 7000.1—2015；IEC/TR 62778

TM923

A

10.3969/j.issn.1004-440X.2016.06.024