夜景工程LED燈藍光危害檢測技術研究及應用

楊明偉

(壘知健研檢測集團 福建 廈門 361110)

一、緒論

(一)課題的研究背景與意義

所謂的藍光危害，是由波長介于 300nm 與 700nm 的輻射照射后引起的光化學作用，受到藍光輻射的視網膜產生的光化學損傷。短波長的藍光含有高光子能量，可對視網膜產生嚴重的傷害。這種損害機理起主要作用，而且是熱損害機理的數倍之多。尤其對于嬰兒、兒童以及對光輻射敏感的人群，對短波長的UV和深藍色光的光生物作用與成年人不同，對視網膜黃斑區功能的影響尤為巨大，更引起廣泛關注。

現市場上出現了越來越多的大功率、高亮度的LED產品，對于檢測其藍光危害的要求也越來越高，如何有效地、準確的檢測出產品的藍光危害程度成了更嚴峻、更值得研究的問題。只有準確地檢測出LED產品的危害性，減輕對人體的傷害。讓LED照明不僅僅只是高亮度的存在，也是安全的照明方式，對人們的生活和LED產品的發展越來越好。這些是本文研究的主要意義。

(二)研究內容

本文對藍光危害安全性的測試與評價方法進行了專門的研究，組建了一套較完整的光生物安全性測試系統，分析了光生物安全性原理，研究了藍光測試和評價的要求和方法，對比研究前后的數據進行評價。

開展了大量的實驗研究主流產品的性能，并對藍光的危害等級在照明標準中如何評定危害等級，和安全距離的標識進行研究。

本文的主要創新點：

將分布光度測量技術與光生物安全測量技術進行結合，能夠有效解決復雜空間輻射分布照明產品的最大輻照測量誤差。

針對組建的光生物安全性測試系統，從人、機、料、法、環、測等各方面進行分析，確定測量過程中對檢測結果的影響因素和置信水平，并編制光生物輻射安全測試不確定度報告。

二、藍光測試技術研究

(一)問題提出

基于目前光生物輻射安全的相關國際、國家檢驗標準，結合設備廠商說明書和標準方法進行藍光的測試(所得到測試結果表1所示)。最后根據理論進行研究調試，完成相同樣品、和同等測試條件的測試比對。

通過能力驗證來評判實驗結果的準確性。

根據人、機、料、法、環、測方案，分析測量過程中對測量結果的影響因素并評定不確定度，討論一種更為嚴格更科學的測試方法。

在實驗方面基于LED照明產品的結構復雜性選取一些具有研究價值的一些產品，本次實驗樣品包括泛光燈、射燈、裝飾燈、LED燈泡、面板燈、筒燈、燈絲燈、教室燈、LED燈管和三防燈各一盞。

表1 測試結果

(二)輻亮度測量原理

一般有兩種方法測試該有效輻射亮度：成像法(標準方法)和替代方法。

1.成像法(標準方法)

成像法輻亮度的測試就是測試視場角內的平均亮度，由光闌孔徑限值接收的光能，由光圈限制視場角，最后被積分球接收。但是成像法測量比較麻煩，也可以采用替代方法。

2.替代方法

圖1 替代法測試有效輻射亮度測量結構圖

(1)替代原理：

γ = F/r=α eff

E = L·Ω

(三)校正系統

光生物安全測試系統是利用標準燈進行定標的，采用標準量值溯源，也是主要構成測量誤差源的最主要因素。

1.紫外波段(200-360nm)校正

使用SIS-613紫外光輻射標準燈對其進行光譜定標，標準燈用支撐架固定好位置用激光對準器調整到中心位置，處于出光口面和光譜探頭為同一水平兩點上。紫外校正采用光譜定標法，經過中國科學計量研究校準后的標準燈，將光譜能量數據帶入到校正系統中，此時需正確處理讀取，否則系統校正誤差很大，影響測試評判。標準光源的發光面需盡可能靠近光譜探頭，以便獲得最大信號。校正中，氘燈電源必需使用高精度穩流直流電源，確保光輸出穩定3-5分鐘。

注意：操作人員務必做好防護施，禁止雙眼直接注視氘燈燈絲避免紫外線直接照射視網膜造成細胞癌變。

2.可見光波段校正(360-800nm)和 紅外波段校正(800-1600nm)校正

使用D204 BH VIS-NIR光輻射強度標準燈對其進行光譜定標，注意標準燈需要支撐在夾具上對準導軌中心位置，處于出光口面和光譜探頭為同一水平兩點上，必需采用激光對準器操作。鑒于附帶計量報告的標準燈將標準色溫帶入到校正系統，測光標準燈標準色溫：3200K，校正第一次復測試色溫：3202K，校正后第二次復測試色溫：3204K；一般將色溫校正誤差控制在2%以內為合格再進行測試：

(四)測試數據整理

運用上文中介紹的理論研究和實驗調試，對于被測樣品，為了比對的需要基于上文同等測試條件下做了測試得到表2的結果。此外，根據實驗結果可得知調試前后的數據對比情況。

為了評價本研究的有效性測試數據的準確性，我們參加了CNAS T0839 LED照明產品藍光危害的測試能力驗證，得到了滿意的結果。

表2 數據結果

三、結論和展望

(一)課題結論

對各類典型光源進行展開測量研究，探索出一套簡便而有效的測試和評價方法，并將其運用于生產實踐中，確保測試的準確性以及光源產品的使用安全性。

具體結論如下：

1．測試技術方面，將分布光度測量技術與光生物安全測量技術進行結合，通過測量被測照明產品的空間光束分布情況，得到其最大輻射量值所對應的角度與輻射方向，然后在該方向角度下進行輻照度和輻亮度測量的方法，很好的解決了對于具有復雜的空間輻射分布照明產品光生物輻射的測量與評價。

2．校準技術方面，采用標準量值溯源，減少測量誤差為確保量值可追溯性，制定了《OST-500光輻射安全系統操作和維護要點》和《光生物安全檢測細則》各1份。

3．依據測試結果，幫助廠商根據實際應用情況確認LED燈具的危害等級。

4．測試準確度方面，評定了測量不確定度報告，同時參加了CNAS T0839 LED模組藍光加權輻亮度檢測的能力驗證，取得了滿意的結果，達到了預期的研究目的。

(二)展望

本論文主要對如何精準測量和LED藍光的危害類別進行了實驗方面的研究，對理論方面的研究有一定的參考作用。展望未來，當前的研究主要任務有以下幾點：

1．學習在測量研究方面處于領先檢測機構的先進經驗，加強測試技術研究，提高實驗室的裝備水平和檢測能力。

2．在 LED 的一些新興應用領域，還缺乏高性能的檢測設備。未來將進一步研究和完善檢測技術以及測試系統，規避光生物安全危害測試誤差，提升測試數據準確性，從而提高測試數據的可靠性。