LED灯光生物安全性比对结果分析

牟丽霞，杨春霞，叶祥平，黄蕊慰

(惠州质量计量监督检测所，广东 惠州　516003)



LED灯光生物安全性比对结果分析

牟丽霞，杨春霞，叶祥平，黄蕊慰

(惠州质量计量监督检测所，广东 惠州516003)

为了解及分析各检测机构对于LED照明产品光生物安全性的检测水平，国家光电产品光辐射安全质量监督检验中心组织了15家实验室参加LED照明产品的灯的危险等级、亮度值和视网膜蓝光危害值比对试验。本文参照能力验证的统计和评价方法处理比对结果数据，其中用到了事先约定方法和Z比分数判定法对各项比对参数进行评价。统计结果表明，各比对实验室灯的危险等级判定基本一致，但亮度值和视网膜蓝光危害值稳健CV值偏大，且存在问题结果和离群结果。各检测机构和仪器厂家应加强交流与合作，进一步提高光生物安全性检测水平。

光生物安全;灯的危险等级;Z比分数;亮度;视网膜蓝光危害

引言

近年来，随着LED技术的进步以及生产成本的降低，传统照明光源已逐渐被LED光源替代，纵使LED光源具备诸多优点，如节能省电，使用寿命长，体积小，亮度高等，但其发光成份中蓝光高对人类(尤其是儿童和老人)具有潜在危险，目前LED照明产品的光生物安全性检测越来越多地受到消费者和生产商的重视，且新的国家标准GB 7000.1—2015已经把灯的光生物安全性列为强制检测范畴[1]。

国内以及国际上已经有很多检测机构可以对LED照明产品的光生物安全性进行检测，但由于各检测机构使用的仪器不一致，检测仪器操作过程复杂，仪器更新换代较快，人员操作影响检测结果等因素，一直未有机构组织开展过大规模比对试验，国家光电产品光辐射安全质量监督检验中心于2015年9月发起LED照明产品的光生物安全性多家实验室间比对试验，目的在于了解及分析各检测机构对于光生物安全检测结果的一致性以及存在的问题，进而推动LED照明产品光生物安全检测技术的发展和提高。

本次比对参加实验室共有15家(实验室代码分别为01，02，03…15)，比对机构涵盖国际认证检测机构、国内知名民营检测机构及国家法定检测机构，覆盖区域包括广东、上海、江苏、山东、福建、江苏等省市，本文秉承科学原则对结果数据进行分析和讨论。

1　样品选取、测试方法与仪器设备介绍

1.1样品选取

本次比对样品选取考虑因素分别为：①样品传递过程中安全性；②安装方法应简单方便；③在检测过程中样品需具有代表性，且各实验室均对类似样品开展过检测工作。

最终选取了3个体积相对较小，接头均为E27且相关色温不同的日常用灯，分别为LED射灯(样品1#)，LED磨砂球泡(样品2#)，LED透明球泡(样品3#)。经过近200 h的老化，3个样品均在15 min内光通量和电参数达到稳定。

1.2测试方法

本次比对测试方法主要参照国家标准GB/T 20145—2006，国际标准IEC 62471:2006和IEC/TR 62778：2012。测试距离规定为20 cm[2]；测试波长范围定为300 nm～800 nm，步长5 nm；供电参数约定为LED射灯AC 220V/50 Hz，LED磨砂球泡灯AC 220 V/50 Hz，LED透明球泡灯AC 220V/60 Hz；预热时间15 min。

1.3仪器设备

光辐射安全测试系统由计算机、光谱仪、光纤和积分球组成。通常检测实验室为保证测试的准确性还会安装光学导轨，测试过程中被测灯在光学导轨上移动，另外，在测试之前会用标准灯对系统进行校正[3]。经过调研，各比对实验室使用的仪器设备及标准灯都在计量有效期之内，且精度均能满足测试方法要求。

2　比对参数与结果分析方法

2.1比对参数

对于LED产品来说，通常LED灯的危险等级与灯的亮度以及其蓝光危害成分密切相关，本次比对参数设计为3个，分别为灯的危险等级、亮度值和视网膜蓝光危害值。

2.2结果分析方法

由于灯的危险等级判定具有特殊性，判定结果没有具体数值，只有危险类别，不能使用一般的评价方法，因此约定判定方法为：比对结果灯的危险等级若大于80%实验室等级一致，则这些比对结果一致的实验室结果满意，其他评价等级不一样的实验室离群。

亮度值和视网膜蓝光危害值分析参照CNAS-GL02《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》，使用基于稳健总计统计量的Z比分数(中位值和标准化IQR)统计评价参加实验室的结果[4]，用中位值估计均值，用标准化四分位距衡量数据的分散程度，减少极端结果对平均值和标准偏差的影响，把样品所有实验室结果的中位值和标准化IQR分别写为中位值(A)和标准化IQR(A)，稳健Z比分数(用Z表示)为：

(1)

照度值、亮度值和视网膜蓝光危害值最终以实验室间Z比分数评价各参加实验室的检测结果，依据CNAS-GL02《能力验证结果的统计处理和能力评价指南》第3.5节能力评价第3条数值的统计判定，一般将Z比分数分为：|Z|≤2为满意结果，2<|Z|<3为有问题结果，|Z|≥3为不满意结果[5]。

同时，视网膜蓝光危害值是决定LED产品的光生物安全危险等级的最主要参数，评价中结合考虑光生物安全危害等级判定中视网膜蓝光危害限值，若某间实验室测量得到的光生物等级不一样且其蓝光危害值离限值较远，仍判定其离群。

3　结果分析与讨论

3.1灯的危险等级

光生物安全性主要研究的是光辐射对皮肤和眼睛的作用[6]，对LED产品，光谱主要集中在波长为300 nm～800 nm范围内，此波段的光辐射能对视网膜造成光化学危害，甚至能够引发视网膜炎。在对LED灯的光生物安全性进行检测时，通常会对灯的危险等级进行评级，一般分为无危险类(0类)、低危险类(1类)、中度危险类(2类)和高危险类(3类)[7]。各实验室比对数据汇总如表1所示。

从表1中可以看出，样品1#有14间实验室危险等级一致，均为1类危险，占比对实验室总数的93%，只有1间实验室为0类危险，判定04实验室数据离群；样品2#全部实验室测试结果为0类危险，占比对实验室总数的100%，判定所有实验室比对结果满意；样品3#全部实验室测试结果均为1类危险，占比对实验室总数的100%，判定所有实验室比对结果满意。

从灯的类型分析，样品2#(LED磨砂球泡)和样品3#(LED透明球泡)发光方向均不集中，朝四面八方发射，所有比对实验室灯的危险等级判定一致，但对于样品1#(LED射灯)光束角较小，出现1家实验室灯的危险等级判定离群，说明灯的类型对光生物安全等级的判定可能会产生影响。

总体来说，各实验室灯的光生物安全危险等级判定基本一致。

3.2亮度值

亮度是人眼对光亮感觉产生刺激大小的度量。亮度是经常要测量的发光体光度特性之一[8]。发光体表面的亮度与其表面状况、发光特性的均匀性、观察方向等有关，因而亮度的测量颇为复杂，且测量的往往是一个小发光面积内亮度的平均值[9]。亮度的单位是坎德拉/平方米(cd/m2)。对于亮度值测量，由于仪器设备原因，11家实验室能通过光生物安全测试系统得到，4家实验室测试系统不能通过光生物安全测试系统直接读出且没有提交测试结果。各比对实验室数据汇总如表2所示。

统计量数据如表3所示。

Z值分布如表4所示。

表2　各比对实验室亮度值测量结果

表3　各比对实验室亮度值统计量数据分析

表4　各比对实验室亮度值Z值分析

从表4的Z值分布统计数据上可以看出，所有提交结果的实验室对于样品1#，样品2#亮度值测量|Z|≤2，结果满意。07号实验室对于样品3#亮度值测量|Z|≥3，结果离群，可能是该实验室在测量亮度时只探测到发光区域的某一颗灯珠的原因，这种测量方法相对严苛。

3.3蓝光危害值

蓝光危害值是为了防止长期受到蓝光辐射的视网膜产生视网膜光化学损伤，光源的光谱辐亮度与蓝光危害函数B(λ)加权积分后的能量，蓝光加权辐亮度LB不应超过下面限值[6]：

(2)

各比对实验室数据汇总如表5所示。

统计量数据如表6所示。

Z值分布如表7所示。

表5　各比对实验室蓝光危害值测量结果

表6　各比对实验室蓝光危害值统计量数据分析

表7　各比对实验室蓝光危害值Z值分析

蓝光危害值不仅和亮度值有关，而且和表观光源大小也有密切关系，蓝光危害值是决定LED产品的光生物安全危险等级的最主要参数。从统计结果中可以看出，对于样品1#，08号实验室蓝光危害值测量|Z|≥3，判定08号实验室对于蓝光危害测量结果离群，除此以外还应结合考虑光生物安全危害等级判定蓝光危害0类限值为100(W·m-2·sr-1)， 只有04号实验室蓝光危害值<100(W·m-2·sr-1)，因此判定04号实验室对于蓝光危害测量也离群；而对于样品2#，06号和08号实验室蓝光危害值测量|Z|≥3，判定06号和08号实验室蓝光危害值测量结果离群，10号实验室蓝光危害值2<|Z|<3,判定10号实验室测量结果存在问题；对于样品3#，04号实验室蓝光危害值2<|Z|<3,判定04号实验室测量结果存在问题，其余所有实验室蓝光危害值测量均|Z|≤2，比对结果满意。

4　比对总结与建议

1)本次比对3只样品灯的危险等级判定只有1家实验室离群，说明各实验室对灯的危险等级判定基本一致；

2)对提交数据的11实验室进行亮度值分析，有1家实验室离群，经分析可能是该实验室在测量亮度时只探测到发光区域的某一颗灯珠的原因，这种测量方法相对严苛；3)视网膜蓝光危害值测量有少数几家实验室存在问题结果以及离群结果，经分析与实验室在测量发光面不均匀的灯时测试方法是否一致以及测试人员的作业手法有关；

除此之外，仪器是否及时定标以及标准灯的可靠性也影响测量结果。

总的来说，各实验室在对普通类型的灯进行危险等级判定时结果基本保持一致，只有在测量处于某一危险类别边缘的LED灯时，可能出现危害等级不一致的情况。建议检测机构与仪器设备制造商多交流和合作制造更先进更智能的光生物安全检测设备，减少人员因素对检测结果的影响，同时检测机构间也应加强交流与讨论，特别是针对特殊类型灯具的安装及测试方法，提高检测结果一致性。

[1] 灯具 第1部分:一般要求与试验：GB 7000.1—2015[S].北京：中国标准出版社，2015.

[2] Application of IEC 62471 for the assessment of blue light hazard to light sources and luminaires：IEC/TR 62778—2012[S]. National Electrotechnical Commission, 2014.

[3] 虞建栋. 光生物安全性的测试与评价研究[D].杭州：浙江大学, 2006.

[4] 能力验证结果的统计处理和能力评价指南：CNAS-GL02[S]. 北京：中国合格评定国家认可委员会, 2014.

[5] 张元福. 分析实验室能力验证数据统计评价方法研究[J]. 现代测量与实验室管理,2003,(3)：45-48.

[6] 灯和灯系统的光生物安全性：GB/T 20145—2006[S].北京：中国标准出版社，2006.

[7] Photobiological safety of lamps and lamp systems:IEC 62471:2006[S].National Electrotechnical Commission, 2006.

[8] 柯顿 J.R，马斯顿 A.M. 光源与照明[M]. 陈大华,胡荣生，等译. 上海: 复旦大学出版社,2000.

[9] 金伟其，胡威捷. 辐射度 光度与色度及其测量[M]. 北京：北京理工大学出版社，2011.

LED Light’s Photobiological Safety Comparison Analysis

MOU Lixia, YANG Chunxia, YE Xiangping, HUANG Ruiwei

(Guangdong Huizhou Quality & Measuring Supervision Testing Institute，Huizhou516003,China)

In order to understand and analysis testing institution’s detection capability of LED lamps’ photobiological safty, National Testing Center for Optical Radiation Safety of Photoelectric Products(Guangdong) organized 15 laboratories participate LED lighting product’s risk rating, luminance and retinal blue-ray damage value comparison test. In this article, the statistical and evaluation method of the capability verification is used to deal with the data, in which uses the prior agreement method and theZratio score method to evaluate the comparison parameters. Statistical results show that, the laboratories have almost the same result in risk rating, but the luminance and retinal blue-ray damage value’s CV values are too large, and have the problem and outlier results. The detection institutions and manufacturers should enhance more communication and cooperation, to improve the level of light and biological safety testing.

photobiological safety; risk group classification;Zratio fraction; luminance; Retinal blue light hazard

TM923

ADOI:10.3969/j.issn.1004-440X.2016.05.002