LED道路照明類車燈UV輻射測試要求對比分析

張靜，馮嚴霄，劉青松，覃延明，張俊東，曹鐘，陳一高，田祥敏

(重慶車輛檢測研究院有限公司，重慶 401122)

0 引言

隨著汽車工業的迅猛發展，LED光源技術已經日趨成熟，是世界上公認的21世紀尖端科學技術。目前車輛外部的信號燈已廣泛采用LED，甚至對亮度要求很高的道路照明類車燈也開始使用LED[1]。隨著白光LED應用的普及，人們對于白光LED車燈在實際應用中的可靠性要求也越來越高，光源輻射對人類和生物的安全性也愈受關注。由于白光LED車燈的實現方法通常會存在紫外泄漏的現象[2]，因此對于使用LED道路照明類車燈的UV輻射的評估顯得至關重要，而開展UV輻射測試標準的研究是解決該問題的必要前提。

1 LED道路照明類車燈的特點

1.1 LED道路照明類車燈的優缺點

LED于20世紀九十年代開始應用于產品之中，比白熾燈、鹵素燈、氙氣燈出現的時間晚，但相對于上述光源有著許多較為明顯的優勢。

(1)壽命長、抗震性好。LED的使用壽命理論上可達5萬小時，實際壽命也可達2萬小時，而普通的鹵素燈泡僅為150～500 h左右，并且LED車燈的使用壽命一般都要超過汽車本身的壽命。另外，LED的基本結構中沒有易損可動部件，故抗震性能非常好。

(2)節能環保。LED在低電壓小電流的條件下就能夠獲得足夠亮度，其耗電量僅為相同亮度白熾燈的10%～20%；LED光源中不含危害人體健康的汞，生產過程和廢棄物不會造成環境污染。

(3)響應速度快。與白熾燈相比，LED燈的響應時間已經達到了幾十納秒，這樣快速點亮可以有效幫助駕駛，從而減少交通事故的發生。

(4)體積小。小巧的LED可使汽車風格的設計更加自由、多樣化，從而使車型更加時尚，這對于汽車造型和內部零件布置具有重要意義[1，3]。

同時，LED道路照明類車燈也具有明顯的缺點。(1)LED車燈比普通車燈成本高。(2)LED道路照明類車燈散熱性不好，散熱處理不好容易光衰，影響車燈使用壽命。(3)產品質量參差不齊，由于制作工藝的原因，前照燈、前霧燈明暗截止線附近光色易泛藍，也容易產生紫外、藍光等輻射危害。

1.2 LED道路照明類車燈UV輻射的危害

1.2.1 對生物的危害

隨著電光源的廣泛應用，光源輻射對生物的安全性也愈受關注，尤其是紫外輻射對于人類皮膚和眼睛的影響[4]。由于目前LED道路照明類車燈生產工藝的特殊性，LED道路照明類車燈的紫外輻射對于行人和駕駛員自身的安全不容忽視。由于光學作用，180～420 nm的紫外輻射容易導致人眼光致角膜炎；290～325 nm的紫外線與人眼光化學作用，可引起人眼晶狀體渾濁，引起人眼白內障；180～420 nm的紫外線對皮膚紅斑造成影響，導致皮膚發紅變黑，甚至引發皮膚癌[5]。

1.2.2 對車燈光學組件的危害

前大燈塑料透光部件若長期暴露在紫外輻射下，將導致分子鏈在吸收紫外線的能量之后出現斷鏈，從而發生降解現象，通常表現為變黃褪色、力學性能下降、物理性質改變、光澤度下降、透明度下降、味道變重等。若道路照明類車燈LED模塊的紫外輻射過大，容易導致燈具內部光學塑料組件，特別是透射、反射部件材料的物理特性產生變化，容易出現裂紋、變形、(涂層)剝離等缺陷，失去原有的光學性能，從而影響正常駕駛。因此為了保證燈具內塑料材料的透光零件可以經受光源的UV輻射，大多數道路照明類車燈標準都對光源的UV輻射提出要求[6]。

2 LED道路照明類車燈UV輻射測試標準

道路照明類車燈主要分為前照燈、前霧燈以及汽車用角燈。以下就ECE車燈標準和GB車燈標準中涉及道路照明類車燈UV輻射的測試要求進行對比分析。

2.1 ECE道路照明類車燈標準

ECE車燈標準中涉及道路照明類車燈UV輻射標準有16項，詳見表1。引用標準ECE R37《關于批準用于已獲批準的機動車及其掛車燈具的燈絲燈泡的統一規定》對鹵素燈泡的UV輻射提出要求，引用標準ECE R99《關于批準用于已獲批準的機動車氣體放電燈的氣體放電光源的統一規定》對氣體放電燈泡的UV輻射作出規定。ECE R98針對氣體放電光源的前照燈中含有LED光源模塊的前照燈的UV輻射提出要求，ECE R19、ECE R112、ECE R113和ECE R123分別對LED道路照明類車燈的LED光源模塊的UV輻射提出要求。

表1 ECE道路照明類車燈標準

ECE R37對鹵素燈泡的UV輻射分為250～315 nm和315～400 nm兩段進行測試，以5 nm間距進行計算，分別要求k1≤2×10-4W/lm和k2≤2×10-6W/lm。ECE R99對氣體放電光源的UV輻射的計算間隔為1 nm，要求kUV≤10-5W/lm。ECE R98要求對氣體放電光源的前照燈內部裝有塑料材料的光學組件進行抗UV輻射試驗，并且對含有LED光源模塊的前照燈的UV輻射進行測試。ECE R98與ECE R19、ECE R112、ECE R113和ECE R123對燈具裝用LED光源模塊的UV輻照的要求是相同的，以1 nm作為計算間距，要求kUV≤10-5W/lm。ECE道路照明類車燈標準UV輻射測試要求區別詳見表2。

注：Ee1(λ)為輻射通量的光譜分布，W/nm；ν(λ)為光譜發光效率，l；λ為波長，nm；km為光輻射當量，683 lm/W；Ec(λ)為發光光譜能量，W；S(λ)為光譜(效應)權重函數，l。

除了ECE R37對鹵素燈泡的UV輻射計算沒有引進光譜加權函數以外，其余標準中對UV輻射計算都引用了加權函數S(λ)，可以通過查找UV輻射光譜權重表得出。UV輻射光譜權重表依據270 nm為典型值[即S(λ)=1]，其他波長UV輻射光譜權重值是每間隔5 nm給出，依據UV輻射光譜權重值以內插值代替。同時，LED模塊和氣體放電光源的UV輻射測試限值和計算間隔高度一致，可見ECE道路照明類車燈標準中對光源UV輻射測試要求的統一性比較好。

2.2 GB道路照明類車燈標準

我國燈具標準一般根據歐盟最新標準制定，涉及道路照明類車燈UV輻射標準有8項，詳見表3。

表3 GB道路照明類車燈標準

引用標準GB 15766.1-2008《道路機動車輛燈泡尺寸、光電性能要求》對鹵素燈泡和放電燈泡的UV輻射提出要求，GB 25991-2010、GB/T 30036-2013、GB 4660-2016和GB 19152-2016分別對燈具裝用LED光源模塊的UV輻射作出規定。GB道路照明類車燈標準UV輻射測試要求區別詳見表4。

GB 15766.1-2008對于鹵素燈泡的UV輻射要求與ECE R37中的要求一致，GB 15766.1-2008中對于氣體放電光源的UV輻射要求與ECE R99中的要求一致。GB 21259-2007與ECE R98對于氣體放電光源前照燈內部裝有塑料光學組件的要求一致，主要區別在于GB 21259-2007并未提出對于含有LED模塊的前照燈的UV輻射測試要求。

GB 25991-2010對應于ECE R112中裝用LED光源模塊前照燈的相關內容。對于LED前照燈內部裝有塑料制造的光學組件(含透射、反射部件)時，須進行抗UV輻射試驗，試驗后樣品的表面不應出現裂紋、變形、(涂層)剝離等缺陷。若LED前照燈使用了低UV輻射型式的LED模塊，或者光學組件已使用了抗UV輻射的防護，如使用濾光鏡，則不需要進行試驗[7]。對于低UV輻射型式的LED前照燈或LED模塊的UV輻射要求，GB 25991-2010與ECE R112中的UV輻射要求限值是相同的，主要區別在于我國汽車用LED前照燈的kUV值的計算間隔要求不超過5 nm，而ECE標準要求計算間隔為1 nm，體現出ECE標準對于LED模塊的UV輻射要求比我國標準更為嚴格[8]。GB/T 30036-2013中對于LED光源模塊的UV輻射要求是參照GB 25991-2010執行。

表4 我國標準UV輻射測試要求

注：φλ為輻射通量的光譜分布，W/nm。

GB 4660-2016是以GB 4660-2007為基礎，主要增加了F3級前霧燈的一般要求、試驗方法、檢驗法則以及裝用LED模塊或光源發生器的有關規定等，其中對于LED模塊或光源發生器的UV輻射的要求與ECE R19相同。

GB 19152-2016中A級前照燈的技術內容代替GB 19152-2003，B級前照燈的技術內容代替GB 5948-1998中關于使用S1、S2燈泡或類似的封閉式前照燈的有關規定，同時增加了C、D、E級前照燈的相關技術內容。GB 19152-2016對應于ECE R113，其中涉及到的低UV輻射LED模塊或LED前照燈的UV輻射要求相同。

由上述分析可見，對于不同光源類型的UV輻射測試，ECE標準要求的限值和計算間隔是相對獨立且統一的，而我國不同標準中對于LED模塊的UV輻射計算間隔并未統一。同時可以發現，國內外照明類車燈測試標準均未對LED模塊的UV輻射測試的測試點和測試距離作出明確規定[8]。

3 結束語

綜上所述，我國標準的制定和更新相對滯后，導致現行LED道路照明類車燈標準對于UV輻射測試要求的統一性不足，并且未對測試角度和測試距離作出明確規定，沒有統一的試驗方法，導致了UV輻射測試可操作性和保證試驗結果一致性上存在缺陷。由此可見，現行LED道路照明類車燈UV輻射測試標準在執行過程中還存在許多問題，但隨著汽車燈光標準整合及簡化委員會對現行汽車燈具標準的清理評估工作的完成，通過對UV輻射測試技術的研究，現有標準將會在執行細節上進一步規范化，更具可操作性。