本文件以20個經過CALiPER測試的色溫(CCT)在2700K和6500K之間，顯色指數在62和98之間，基本覆蓋通常可用的全部范圍(見圖1)的產品數據為例，探討了一些常見擔憂。

　　特別的擔憂包括視網膜損傷(光學安全)、光對藝術作品或其他媒體的影響(材料退化)、以及光刺激對人類生理功能的影響(光生物安全)。

　　盡管主要的分析都是基于標準的藍光激發熒光粉轉換的LED，本分析也考慮了紫光激發熒光粉的LED。雖然沒有分析商用的混光LED系統，但是給出了四色混合理論模型的分析。

　　雖然給出了幾個關系式，也得承認仔細調整LED或者任何其他光源的光譜都可能在一定程度上改變這些關系。所有照明產品應該根據其自身特點進行評估。

　　LED產品和其他類型光源發出的光相同嗎?

　　盡管答案很明顯，但重要的是明確說明LED發出和其他光源相同類型的的輻射能量一一在電磁波譜的可見光范圍內一一和所有的其他光源一樣。

　　雖然它們確實在其光譜功率分布(SPD，spectral power distribution)中有獨特的特征可見光一個短波450nm左右藍光區域的發光峰，和一個介于550nm到650nm之間的寬發光峰。

　　為了合理的比較，所有的光功率密度分布均標定為具有相同的光通量。

　　通常，高色溫(CCT)的LED產品需要更多的藍光輻射，因此具有更突出的藍光峰，這對所有高色溫光源都是共同的事實。另外，多數具有高顯色指數(CRI)的LED產品有更寬范圍的熒光發射譜，用來提供更長波長的紅色輻射。

　　已經有了不少具有上述事實標準的替代品，如混色系統不需要與此相同的性質。

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　　理解光功率密度分布圖

　　SPD描述一定波長(色彩)范圍中的輻射能量，但是有關LED光譜相關效應的令人不解的一個因素是數據展示的形式。通常數據被制成相對SPD圖，其中分布的最大值被設置為1，其他值按比例相應變化。這種數據的對比可能會產生誤導，因為不同的SPD代表不同的光數量——例如，人們可能會比較一個50流明的光源和500流明的光源。

　　這可能會產生錯誤的結論，因為光的數量是任何光輻射風險的重要因素。

　　當檢驗與光數量內在相關的效應時，更好的檢驗光譜數據方式是對比兩個或更多光源的絕對SPD，其中每個值都是通過輻射計測量來標定，并可以進行歸一化(例如基于流明通量)以允許合理對比。

　　實踐中，重要的是考慮兩個對比光源的不同光輸出;本文關注總體的比較，絕對SPD經過歸一化，因此代表相同的流明通量。流明是照明規格的一個基本單位并且生物物理相關，而其他潛在的歸一化單位，如總輻射通量，也可以用于比較反兩個光源用以提供不同的光數量。

　　圖1對比了典型LED、CIE F系列光源(熒光燈模型)、以及CIE D系列光源(日光模型)或黑體輻射的絕對和相對SPD圖。底部的相對SPD圖似乎，表明LED比白熾燈發出更多的藍光。

　　但是實際上，通過對比根據相同流明輸出進行歸一化后的絕對SPD圖，總藍光的微小差距是顯而易見的——正如后面所要描述的，峰值發射與總藍光量并不相關，藍光總量需要在一定波長范圍內考慮。

　　當然，盡管在規格的文獻中很少提供，但是數字值能夠技術上最精確的對比。本報告分析的數字值都經過計算，并試圖代表通常可用LED產品的真實范圍。當然也可能還有產品未被考慮進來或者未能表示的;如果藍光危害的擔憂很重要，那么特定產品的分析是有保證的。

　　對LED光功率分布的具體擔憂

　　通常對LED光功率分布的擔憂關注于“藍光”，具體擔憂在下面的插圖中強調。這可能是因為大多數LED產品的SPD中出現的短波長光輻射;但是確切的說哪種光輻射是有害的呢?在電磁頻譜內并沒有定義藍光的確切邊界;純粹單色的輻射在很寬的波長范圍內(如410到500nm)可能名義上都被認為是藍色。

　　因此，通過評估峰值發射來量化光源中藍色數量與插圖中列出的所有擔憂都是不相關的，這些擔憂都有包含一定波長范圍的限定作用譜，如圖2所示。同樣，試圖僅使用某一限定波長范圍(如430到460nm)來量化藍光是不現實的，因為沒有已知的人類視覺或者非視覺功能具有此種行為。

　　再次重申：僅僅因為LED和其他類型的光源如白熾燈或鹵素燈相比其光功率分布中有顯著的藍色峰，并不會使LED必然對視網膜、材料或者生物造成損害。

　　實際上，正如下面三節所述，通常可用LED商品和其他具有相同色溫的光源代表著近似相同的風險。簡言之，色溫和光學安全、材料安全或光生物安全之間存在著關聯，因為色溫的計算同時還包括覆蓋藍光區域的權重函數(見圖1)。

　　所以，如果藍光比例(從而任何相關的風險)變化，那么色溫也會變化，當然這種關聯中會才一些誤差，因為色溫僅表征色度的一個維度(即，不考慮Duv且因為顏色匹配函數zλ并不完美匹配美中風險類型的作用光譜)。

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　　光學安全

　　LED的光學安全已在DOE SSL Fact Sheet中的Optical Safety of LEDs做了詳細的討論。該文檔已經闡述了各種光源的色溫和KB，v(藍光危害效率或每流明風險)之間的強關聯，因為顏色匹配函數zλ和藍光危害函數Bλ非常相似(如圖1所示)。

　　圖1

　　頂部圖：考慮三個藍光安全的光譜加權函數。兩幅圖很相似并且用來與下圖進行直觀的對比。函數中的波峰是藍光危害的主要原因。另外圖中還有三中顏色的相關函數，可用來導出色域相關值，如CCT CIE材料衰減峰值在300nm(未示出)。

　　底部圖：對于色溫在3000K產品(左)和6500K產品(右)，用三種方法做出了光功率分布圖。第一行光功率分布圖是以相同的輸出光通量為基礎。第二和第三行的光功率分布圖具有相同的輻射通量和相對功率，這種對比與生物無關，也就是說與視覺危害無關。

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　　另外，根據現有標準，白光建筑用光源產品不會因為藍光危害而帶來風險，盡管非白光光源(如藍光LED)和其他針對高風險人群的特殊應用需要更細致的考慮。

　　圖2示出了前述藍光激發LED光源、兩個紫光激發LED光源、幾種色溫的黑體輻射、5000K和6500K的CIE D系列光源(日光模型)和CIE F系列的源(熒光光源模型)之間的色溫和KB，v關聯。圖表展示出強的線性關系，對所有光源(R2=0.95)，而僅對藍光激發LED (R2=0.97)。

　　用CCT，Duv和CRI作為預報器對標準LED產品的展開回歸模型表明Duv可以提供一些二外的解釋價值(即統計上顯著)，而CRI則不能。

　　總之，藍光激發LED的光學安全性優于白熾燈和鹵素燈實質的發射類型黑體輻射，盡管此效果并不明顯。原則上，這能發生是因為黑體輻射(和日光)都比LED發出更多的長波長(深紅和紅外)輻射，這些輻射必需更多的短波長(藍色)輻射能量來平衡，從而實現相同的色溫。很長和很短波長輻射都對流明輸出貢獻不大。

　　Duv為正值的產品通常比Duv更小或為負值的產品的危害可能性更小。這是直覺，雖然可能在實踐中不可行，因為正Duv意味著綠色調，而負Duv意味著紫色調或粉色調。進一步來說，線性回歸模型中Duv的統計學意義表明色溫的局限性。

　　但是，如果只考慮ANSI定義白光光源可以一定程度上減輕這種不確定性，并在色溫和藍光風險之間的關聯中提供更多信心。

　　材料安全

　　LED和所有光源對于材料如重要藝術作品退化的可能性在2012年和2013年獲得了廣泛關注，而LED特別有破壞性的錯誤觀念已經博物館和光學專家所揭穿，一些不確定性依然存在。

　　表征光源損害材料潛能的一種方法是CIE光譜損害函數(Sdf)，它包括裁剪作用光譜對應到各種材料的系數。雖然這是個通用的表征損害潛能的方法，將其用于本分析僅僅是用來簡單說明LED和具有相同色溫的其他光源具有相同或更小的風險。

　　如圖2所示，對于每種光源類型損害系數和色溫之間存在著很強的線性關聯(如對藍光激發LED，R2=0.94)，但對于復合的所有光源類型卻不是這樣。然而，對于每種光源類型，損害潛能預期會隨著色溫的增加而增加。一個有幫組重的因子是CIE損害函數，其隨著波長變短對于輻射能量有更高的權重，與顏色匹配函數zλ不是很相似。

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　　圖2

　　頂部圖：藍光危害系數(KB，v)和色溫的關系。

　　對于各種類型的光源，單位流明對人眼的危害與色溫是有明顯的聯系。圖中的異常值Duv大于0.01，超出了ANSI規定的白光界限。將Duv加入到藍峰的LED歸一化模型中使R2增加至0.99。

　　中間圖：CIE光譜損傷函數(Sdf)和色溫的關系。

　　對于給定的產品類型，損傷函數和色溫之間的線性關系較高，并且有明顯的分層。重要的是，標準的藍峰LED -定的色溫下的損傷系數最低，而白熾燈和鹵素燈(用色溫在2700K和3000K的黑體輻射來近似)的損傷系數最高。

　　Sdf是用來描述光源對耗材作用的矩陣，如褪色的尤其。它可以通過調整系數來改變，此處為了便于分析設置為0.12。Sdf的相關性已經討論過了，它有助于計算LED光源的藍光危害。所有的光學產品都被統一成具有相同的輸出光通量。

　　底部圖：黑視素通量和色溫的關系

　　分析顯示在所有類型的光源中，通量和色溫之間具有明顯的線性關系。將CRI或者Duv加入歸一化模型中能夠使R2加并大于等于0.97。CRl和Duv彼此相關。黑視素的因子ipRGCs是光生物傳導的重要因子，當然還有其他的光傳導方面的因素。因為還沒有其他可達成共識的更先進模型，黑視素通量，用Mλ來表示，用來表征晝夜感知度。

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　　同時，不同光源類型都有不同的輻射可以忽略不計的點。例如，標準LED不輻射很多低于400nm以下能量，但是黑體輻射和D系列光源卻輻射。

　　特別需要指出的是藍光激發LED通常是在任何給定色溫下最不可能引起存留損害的產品，至少在考慮的產品中。甚至紫光激發LED都不比典型白熾燈或鹵素燈具有更大的風險。

　　光生物安全

　　對于材料和光學安全，有時會討論LED光源會有很大可能影響生理規律，如果對于個體發生在錯誤的時間這可能會造成不希望的后果。對于其他風險，通常擔憂的是藍光激發LED封裝的短波長峰，這讓人感覺LED發出了更多藍光。如果給出的是相對SPD，這種情形尤其讓人驚恐。

　　但是，需要考慮兩件重要的事情。第一，人類生理系統的整體靈敏度仍處于激烈爭論中。已知的是非視覺系統的光強輸入不僅來自于包含黑視素的ipRGCs(intrinsically photosensitive retinal ganglion cells)，還有桿細胞和錐細胞，這些光感受器通常具有視覺功能。其次，非視覺光靈敏度會通過人的適應狀態，所處時間和光照質量來進行調節。

　　所以，僅僅通過一個簡單光譜權重函數來建模生理仿真是不充分的。但是為了解釋所謂的風險增大，本分析使用M入函數來研究LED和傳統光源的非視覺光傳導潛能，幾個建議的效率函數之一用于研究黑視素。

　　分析再次表明對于光源歸一化為相同流明通量時，藍光激發LED黑視素通量和色溫之間強烈的關聯(R2=0.89)。將CRI和Duv加入回歸模型確實提供了更多的信息，增大了確定系數(R2= 0.98)。

　　圖3

　　頂部圖：藍光危害系數(KB，v)和顯色指數的關系。

　　中間圖：CIE光譜損耗系數(Sdf)和顯色指數的關系。

　　底部圖：黑視素通量和顯色指數的關系。

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　　通過對所有三種因素的考慮，顯色指數表現了出了較小的相關性。甚至對于黑視素而言，顯色指數有些額外的預測能力，但和色溫的相關性很小。另外，明顯的關聯性在于，低顯色指數的產品對光生物具有更小的刺激。顯然，顯色指數可能和其他因子如Duv混淆了。

　　圖中的每個點代表一個光功率分布圖。圖中的光功率分布圖包括多種類型的產品，但不包括所有具有相同色溫和顯色指數的光功率分布圖。

　　CRI會改變藍光的量嗎?

　　色溫與藍光相關結果有密切關聯，但顯色指數通常沒有。事實上，對于具有相同色溫和相同流明輸出的熒光粉基LED產品而言，低顯色指數產品可能損害更小，如圖3所示。

　　這可能很意外，因為已有相反的結論。事實上對于標準LED產品，為了達到更高顯色指數需要將更多的藍光轉換至長波長，從而減少藍光輻射。但是，將更多的能量轉換至長波長也可能會降低流明輸出，風險相關藍光與流明輸出之比可能增加。

　　數據集顯示出顯色指數和Duv之間的線性關系(R2=0.38);高顯色指數的光源通常Duv較低(即接近于零或者為負數)。較低Duv的光源與具有相同色溫和流明輸出的對照體相比通常包含略多的短波長輻射能量。

　　最終結論

　　LED的一個重要特點是更容易調節得到任意想要的色溫，相反，白熾燈和鹵素燈的色溫通常在約2700K和3000K之間。熒光燈和金鹵燈也能實現更大范圍的色溫，盡管最常見的是在3500K和5000K之間。雖然本分析主要關注于藍光激發、熒光粉轉換LED，結論也期望同樣適用于其他類型。

　　如果具有相同的色溫和輸出，LED燈和燈具并不比其對照體發射更多的藍光，增加CCT也不是必需要提高藍光的比例。通常色溫可以用來有效推測各種光源類型中短波的成分，也特別地可用來推測光學安全、材料退化和(以一種簡單方式的)生理刺激。

　　如果任何上述的藍光擔憂做為主要的設計規范，還需要進行進一步的研究。色溫是一個很好的參數，但是也可能將特定的風險最大化或者最小化，因為包含的光譜權重函數并不和顏色匹配函數zλ完美一致，并且因為色溫進一步將色坐標提取為單個數字。