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LED光輻射安全與標準化(圖)

2007-10-26 作者：admin 來源：阿拉丁照明網論壇瀏覽量：網友評論： 0 條

摘要： 近年來LED產業發展迅速，伴隨而來的是越來越多的大功率LED產品，這些新光源豐富了人們的生活色彩，同時也給人們帶來了光輻射安全問題。本文首先介紹了LED的光輻射危害性問題以及相關的國際標準；之后介紹了現今處理LED光安全性的幾個難點問題；最后提出了對LED光安全性標準化的初步設想。

一、引言

LED技術地不斷進步，使得出現在市場上的大功率LED產品日益增多，LED市場正在以令人吃驚的步調向前發展。LED的長壽命、小體積和高亮度等特性使其倍受設備制造商和用戶的歡迎。如今，LED已經滲透到了大量的應用場合，并繼續保持著飛速發展的勢頭。例如高亮度的LED已經廣泛應用于：手機彩屏和背光源、液晶屏背光源、汽車尾燈和車廂內部用燈、交通紅綠燈、標志牌、電子顯示設備、便攜式手電筒和玩具等方面。

圖1 LED市場預測

同時，通過不間斷的研究，制造商在過去幾年中已經使得LED的發光度得到大大提高而其單位成本卻不斷降低，因此LED越來越呈現出作為未來主要的人造光源的潛力，有可能會代替幾乎所有現今存在的其它人造光源。

但是，在LED的功效不斷增大，亮度不斷提高的同時，過去的LED出射光不會對人體造成危害的時代也一去不復返了。人們不得不開始關注LED產品在使用過程中的光輻射安全性問題，而解決這個問題的最有效方法就是標準化。科學適用的標準可以使不合格LED產品無處遁形，同時也能為人們安全使用LED產品提供指導，還可對整個LED產業起到極大的促進作用。

二、LED的光輻射危害

和其它光源一樣，LED的光輻射理論上也能對人體造成危害。傷害主要發生在人的眼睛和皮膚，如皮膚和眼睛的光化學危害、眼睛的近紫外危害、視網膜藍光光化學危害、視網膜無晶狀體光化學危害、視網膜熱危害和皮膚熱危害等，而兩者之中更容易受到傷害的是眼睛。此外，LED也能引起眩光危害。眩光就是在視野中由于亮度的分布或范圍不適宜，或在空間或時間上存在著極端的亮度對比，以至引起不舒適和降低物體可見度的視覺條件，眩光是評價照明質量的最重要因素之一。

但是LED與高強度，高方向性的激光光束不同，在現今的實際應用場合中能夠對人眼產生直接危害的LED光源幾乎沒有（盡管很多標準已經對LED的安全性要求做了規定），所以我們要關心的主要是一些光亮度能夠導致人眼眩惑的LED光源。我們稱這種危害為眩惑危害，具體是指耀眼的光亮使得人眼花繚亂或產生不利的視覺殘留現象的危害，這是我們用于定義介于眩光危害和直接光化學危害的中間階段而引入的新概念。曾經在夜間行駛的司機可能已經注意到LED的交通紅綠燈的亮度看上去很不舒服，而且已經有報告指出一些LED手電筒也能夠導致討厭的眩惑和視覺殘留。

圖2 高亮度白光LED交通燈和手電筒

可是不幸的是，由于LED產業的飛速發展，LED應用場合的不斷增加，明確LED的安全性問題并不是一件容易的事。至今沒有起草過專門的LED安全性方面的指導性文件。而且在LED到底應該被歸類到激光器類還是非相干光源類這一問題上也存在爭議。此外，對于如何測試LED的輸出光的問題也存在不同的觀點。那么處理LED的光安全問題的相關標準發展到何種程度了呢？

三、LED的光安全標準

1、標準化相關組織

目前，與LED的安全性方面的相關標準的制定密切相關的組織主要有：

1）國際防非電離輻射委員會(ICNIRP)：

ICNIRP根據對生物物理數據的評估提供推薦曝光限值，并且出版了非相干光源和激光束的光安全方面的指導方針。對于目前所關心的LED各個方面的問題，ICNIRP聲明建議對于LED的安全評估和對應測試應該遵循非相干光源的指導方針。盡管該聲明并不具有法律效應，但是它為開始建立專門的科學適用的LED光安全性問題方面的標準提供了一個很好的起點。

2）國際照明委員會（CIE）

由于LED已經在許多特定場合被廣泛應用，而且不斷朝著普通照明領域擴展，CIE在最新版的CIE S 009/E:2002標準中對LED的安全性做出了規定。對LED造成皮膚和眼睛的光化學危害、眼睛的近紫外危害、視網膜藍光光化學危害、視網膜無晶狀體光化學危害、視網膜熱危害和皮膚熱危害等危害的曝輻限值做出了規定，這些曝光限值是根據ICNIRP的相應指導方針得到的。同時這個標準還提供了參考測試條件，并為評估和控制來自非相干的寬波段光源的光輻射所產生的光生物危害提供了一個安全等級分類依據。相應的國家標準也已于２００４年由國家電光源檢測中心和浙江大學三色儀器有限公司負責起草完成。

3）國際電工委員會（IEC）

IEC提供制造業標準，包括專門處理激光產品安全性的IEC 60825系列標準。IEC 60825的第一部分包括制造業的必備條件的要求，而這個已經作為EN 60825-1被歐洲采用。IEC 60825 從1993年的版本開始將LED產品考慮進來。

但是根據LED的一般應用場合，可知用于評估激光束的測試條件并不適合于LED的評估。過去曾經嘗試通過修改測試步驟來解決這一問題，但是不幸的是，國際標準和歐洲標準，以及一些國家標準中對此所作出的修改并不一致。如今，測試方法已經較符合實際需要，但是關于更完善的改進意見的討論仍在繼續進行中。

2、現行的LED光安全標準

1）來源

前文已經提及，至今沒有起草過專門針對LED的有關光安全性方面的標準，所以現階段對LED光安全性問題的處理主要參考其它適用的權威的國際標準，主要有CIE S 009/E:2002和IEC 60825-1，而對于這兩個標準也沒有涉及的問題，各個地區各個國家會參考各自的適用標準。

2）指導思想

現行LED光安全標準在處理LED光安全性問題時的指導思想是：模擬人在LED危害可能性最大的情況下使用LED的情節。因為只有在上述情況下LED是安全的，那么我們才能確定該LED是安全的。例如在IEC 60825-1中對于光散射輸出的光源，標準通過評估該光束經透鏡會聚之后的危害來確定LED類別。

3）內容

現行LED光安全標準一般主要包括四個方面內容：生產制造要求、曝輻限值、產品分類、測試方法。生產制造要求主要針對制造商，如產品標簽、檢驗、使用指導、安全防護等方面要求。曝輻限值一般來源于國際防非電離輻射委員會(ICNIRP)提供的指導方針，這個隨著人類對光生物機理的認識的深入會更加科學，更加精確。產品分類是指通過測試得到產品的光生物化學作用有效光輸出，從而比較標準中規定的分類依據確定產品類別，為用戶提供指導。最后，測試方法是指標準中提出的符合標準要求的測試方法。這四個方面既互相區別又互相聯系，例如標準會規定制造商必須提供產品的類別，那么我們首先就要對產品進行測試，之后又要根據曝輻限值和分類依據明確該產品類別。

4）啟發

現行LED光安全標準對我們有二點啟發：一、學科交叉。沒有光學和醫學的綜合考慮，就得不到科學適用的曝輻限值。因此要縮短我國與國際上在光安全性研究方面的差距，促進學科交叉是必由之路。二、沒有永遠的權威。縱觀各個時期CIE和IEC出版的標準，沒有不斷的修改就沒有如今最新的CIE和IEC的標準。因此，我們要發揮自己的優勢，積極參與到國際標準化進程中。

四、難點問題

由于實際的應用情節錯綜復雜，在處理LED光安全性問題中不可避免的存在幾個棘手的問題，例如：

1、極限異常情況的判定

關于LED照射下引起眼睛危害的現實可能的最壞情節的分析可能會非常復雜，例如在某些情況下，最有害的觀察點可能是在離開光源的某個距離處而不是最近處。例如紅綠燈LED陣列。在極其靠近的距離觀察，僅有一個LED的輻射光成像在人眼中，而在較遠距離觀察則是所有LED成像。另外一個復雜性來自于在制造商規定的極限條件之外使用LED。

2、表觀光源的確定

現行標準在測試分析LED光安全性時一般都會涉及表觀光源的概念。根據IEC 60825-1的定義，表觀光源是指在視網膜上形成最小影像的實或虛發光體，如圖3所示。但是實際情況中的很多光源并不如圖3所示的這么簡單，因此對這些復雜光源確定表觀光源大小就變得十分棘手。

圖3 表觀光源例

解鈴還須系鈴人，要在未來的關于LED的光安全性問題的標準化過程中很好地解決這些難題的唯一途徑就是對實際情況的深入理解。這既包括對人眼、皮膚組織結構的不斷認識，同時也包括對光生物化學機理的深入認識和對實際應用場合的充分考慮。

五、LED光安全性標準化建議

1、盡快建立科學適用的專門的LED光安全性標準

現在對于LED光安全性方面問題的處理主要是參考IEC 60825標準，但是LED的寬光譜和擴散光束輸出特性與激光存在顯著的不同，這明顯不能夠完全滿足LED產業的發展需求。另外，雖然CIE S 009/E:2002現在也對LED的光安全性問題做出了規定，但是LED的特性也不同于傳統的燈具。因此，為了LED產業的健康快速發展，建立專門的針對LED的光安全性標準迫在眉睫。

2、如何建立專門的LED光安全性標準

過去在建立光安全性標準時，往往以被測光源作為中心，一切以被測光源的特性、需要為中心來考慮光安全性問題。例如，對于激光有IEC 60825，對于傳統照明燈有CIE S 009。而LED是既不同于激光，又不同于傳統照明燈的新興光源，它具有完全新型的特性，所以理論上也應該以LED為中心重新考慮一份完全另類的標準。但是這一方面會花費大量的人力物；另一方面，由于LED畢竟是一種新興光源，人類對它的認識還處于起步階段，認識不充分；再一方面，由于LED發展得極其迅速，標準也很容易“過期”。

我認為在LED光安全性標準的建立過程中應該改變思路，由實際的應用場合入手。例如照明場合就從實際照明需要入手，指示場合就考慮實際指示用途需求。這樣做的好處是：可以充分利用現有資源。因為LED產業的發展很大程度上表現在代替激光產品和傳統照明產品在各個領域的應用，而這些應用場合我們在過去已經有了較深入的理解，而且在處理這些問題時我們還能夠參考IEC 60825和CIE S 009/E:2002，例如對于代替照明用途的情況我們可以參考CIE S 009/E:2002，對于代替激光的場合則可以參考IEC 60825。

六、結論

LED光輻射安全性問題對我們國家既是一個機遇又是一個挑戰。我國是一個發展中國家，歷史原因使我們與西方發達國家在傳統項目上存在極大差距，新世紀我們的主要任務就是要努力縮短這一差距，而LED產業的發展為我們提供了一個很好的契機。LED與其它傳統光源不同，它是一種全新的光源，LED光輻射安全性問題也是一個新問題，西方發達國家和我們一樣都處于一種探索前進的開始階段，這從至今沒有出現專門針對LED的光安全性標準可見一斑。如果我們能夠在這一方面有所建樹，有所突破，這對我國在未來國際LED產業占據一席之地具有深遠意義。因此，現階段我們必須加大LED技術的研究力度；加快推進學科交叉，加強互動交流，深入研究光生物動力學機理；積極參與CIE、IEC等國際組織的活動。