LED燈具光輻射安全相關標準 - 全文

　　摘要：介紹了關于LED 光輻射安全的主要標準，包括國際非電離輻射防護委員會的光輻射導則、國際照明委員會、國際電工委員會、歐盟、北美的激光產(chǎn)品或燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性標準，分析了這些標準的差異和聯(lián)系。

　　0 引言

　　隨著照明技術的發(fā)展，特別是LED 照明光源的出現(xiàn)，光源的光輻射安全問題越來越為人們所關注。

　　早在上世紀30 年代人們就開始研究各種光譜對人體的影響，80 年代初，美國的Sliney 和Wolbarsht 發(fā)表了有關激光和其他光源安全性的手冊。目前世界上許多國家或地區(qū)都在不斷完善燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性要求、光輻射的安全標準。本文意在厘清目前世界上主要的光輻射安全標準情況，對這些標準作簡單的差異比較和聯(lián)系分析。

　　1 國際非電離輻射防護委員會發(fā)布的導則

　　國際非電離輻射防護委員會（ ICNIRP） 的研究范圍之一是確定人類曝露于非電離輻射中時，非電離輻射對人類的不利影響。曝輻導則是該委員會發(fā)布的基于各種科學研究結果推導建立的關于基本曝輻時間或曝輻限值的文件，這些導則一般刊登于《HealthPhysics》等期刊。目前有效的ICNIRP 光輻射相關導則見表1。

　　不管是激光或者是非相干光，其光輻射安全基礎都來自于ICNIRP 的相關導則。導則中包括了基礎的危害加權函數(shù)、測量參數(shù)、輻射時間等具體參數(shù)。

　　另外，該類導則是隨著實驗成果的積累而不斷更新的，因此能更好地符合光輻射安全要求。對于目前很多人關心的LED 相關問題，ICNIRP 建議對于LED 的安全評估及相應測試遵循非相干光源的導則。

　　2 激光輻射安全標準

　　關于激光產(chǎn)品的IEC 安全標準為IEC 60825 － 1《激光產(chǎn)品的安全第1 部分： 設備分類、要求和用戶指南》。該標準分為總則、制造要求和制造指南3 個方面，針對光譜范圍為180nm ～ 1mm 波長的激光器的輻射安全評估提出了激光的安全工作水平，并引入按照激光器和激光產(chǎn)品危害程度分類的體系; 還通過規(guī)定標簽、標記和說明來確保警示與激光產(chǎn)品的可達輻射有關的各種危害。其相關危害限值源自ICNIRP光輻射相關導則。

　　在對LED 的輻射安全測量中，IEC 60825 與IEC62471《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》容易發(fā)生混淆。

　　IEC 60825 － 1： 1993 + A1： 1997 + A2： 2001《激光產(chǎn)品的安全第1 部分： 設備分類、要求和用戶指南》中定義的激光器包括LED 產(chǎn)品，它把LED 產(chǎn)品看成激光類產(chǎn)品進行輻射安全的分類。由于該標準是對單一波長的光進行能量測試計算，而LED 光譜實際上是寬波段光譜，并不適合采用激光的輻射安全分類方法。所以在最新的第2 版IEC 60825 － 1： 2007 標準的范圍與目的章節(jié)中，明確了LED 不包括在IEC60825 － 1 標準中。

　　由于燈具輻射安全標準的發(fā)展，LED 作為一種燈具，應該采用《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》來評估其光輻射安全性。IEC 發(fā)布CTL 決議要求，從2009 年9 月1 日開始，LED 產(chǎn)品正式采用IEC62471： 2006 和EN 62471： 2008 標準評估其安全性，設置1 年的過渡期，即采用IEC 60825 測試的LED 安全報告有效期截止至2010 年9 月1 日，此日期之后的所有LED 產(chǎn)品光輻射安全測試必須全部使用IEC62471： 2006 和EN 62471： 2008 標準。

　　3 燈和燈系統(tǒng)光生物安全標準

　　國際照明委員會（ CIE） 于2002 年發(fā)布了CIE S009 / E： 2002《燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性》標準。

　　CIE 很少發(fā)布標準，其發(fā)布的文件大多以技術報告等形式出現(xiàn)，由此可見CIE 對光生物安全的重視程度。

　　2006 年，IEC 等同采用CIE S 009 / E： 2002 出版了光生物安全標準IEC 62471： 2006; 同年，我國也等同采用并出版了GB /T 20145 － 2006。歐盟在2008 年出版了EN 62471： 2008，該標準在IEC 62471： 2006 基礎上考慮了歐盟2006 /25 /EC 指令的部分要求，使該標準的限值更為苛刻，測試要求更高。2009 年，IEC 出版了IEC /TR 62471 － 2，使之與IEC 62471： 2006 形成一個垂直標準系列。標準名稱見表2。

　　3. 1 CIE S 009 / E： 2002 標準

　　CIE S 009 / E： 2002 適用于所有的燈和燈系統(tǒng)（ 包括LED、白熾燈、熒光燈、氣體放電燈、電弧燈等類型的光源以及使用這些光源的燈具，但不包括激光） 在200 ～ 3 000nm 波長范圍內(nèi)光學輻射的光生物危害評估和控制。該標準主要從輻照度與輻亮度兩個方面評估光輻射分別對皮膚和眼睛的危害程度以及按照燈和燈系統(tǒng)的危害程度進行危險等級的分類。

　　在輻亮度的量值測試中，主要評估的是燈和燈系統(tǒng)對視網(wǎng)膜的危害。由于人眼的構造類似于成像式光學系統(tǒng)，光輻射能到達視網(wǎng)膜的波長范圍是300 ～1 400nm（ 其他波長的光都分別被角膜、前房、晶狀體、玻璃體等部分所吸收） ，而此波段中藍光部分的光譜在人眼各個部分的透射率最高，所以藍光特別容易到達人的視網(wǎng)膜，在相同的光譜能量下藍光比其他光譜的光更容易造成視網(wǎng)膜的損傷，這就是我們常說的“藍光危害”。然而我們常見的功率型照明用LED正是由藍光LED 芯片激發(fā)黃色熒光粉之后混色發(fā)光的，尤其是高色溫LED，其藍光光譜成分較多，往往在危險等級的評估中易于超出無危險類的限值。

　　與視網(wǎng)膜相關的危害限值與視網(wǎng)膜受輻照的面積有較大關系。由于角膜和晶狀體將可見光聚焦于視網(wǎng)膜上，所以視網(wǎng)膜受輻照面積的測量必須和可見光源的對邊角聯(lián)系起來。當輻照時間大于0. 25s，快速的眼睛運動會使被測量光源在視網(wǎng)膜上的成像被擴大，從而形成一個更大的角度，該角度稱為有效對邊角。如果在相應的曝輻時間下測量危害值時考慮不同受照時間的有效對邊角，會使輻亮度的測量相對復雜許多。

　　而輻照度測量相對于輻亮度測量較簡單，由于輻照度測量模擬的是光線直接到達皮膚以及眼睛表面，不同于亮度測量模擬了人眼成像。一般采用小積分球開孔的方法來進行余弦修正。

　　相應的輻照度或輻亮度量值與相應的加權函數(shù)相乘可以得出有效的危害值，如表3 所示。這些相應的加權函數(shù)正是源于ICNIRP 的非相干光源的導則。

　　所以無論對激光還是對非相干光，這些導則都是評估其危害的科學基礎。在CIE S 009 / E： 2002 標準中，燈和燈系統(tǒng)被劃分為無危險類、低危險類、中度危險類和高危險類。

　　3. 2 EN 62471 標準與歐盟2006 /25 /EC 指令

　　EN 62471： 2008 是基于IEC 62471： 2006 制定的，與IEC 62471： 2006 的區(qū)別是其第4 章曝輻限值中規(guī)定： IEC 62471： 2006 中所規(guī)定的曝輻限值在歐洲已經(jīng)被人工光學輻射源指令2006 /25 /EC 中規(guī)定的限值所覆蓋。所以在EN 62471： 2008 中所采用的所有曝輻限值均為歐盟指令所要求的限值，IEC 62471： 2006的曝輻限值被放置于附件ZB 中，作為參考保留。

　　IEC 62471： 2006 與EN 62471： 2008 的差異比較如表4。

　　180nm 以下的紫外波段一般認為是真空紫外波段，該波段的光譜能量能被大氣中的氧氣強烈吸收，不容易對人體造成傷害。180 ～ 200nm 為真空紫外向非真空紫外的過渡波段，EN 標準采用比IEC 更加廣泛的光譜范圍規(guī)定紫外危害值; 并且藍光小光源限值與IEC 的相差100 倍，是因為EN 標準考慮了面對眼科裝置或外科手術期間的靜止不動的眼睛，該情況下的輻照時間將由眼睛正常進行生理運動時的100s 延長為10 000s，從而限值相差了100 倍?？梢奅N62471： 2008 的限值要求比IEC 62471： 2006 更加嚴格。

　　3. 3 IEC /TR 62471 － 2： 2009

　　IEC 62471 雖然提供了一個所有類別燈的危險等級分類系統(tǒng)和測試方法，但是并沒有指導燈和燈系統(tǒng)制造商或使用者根據(jù)標準測得樣品的危險等級后應如何依據(jù)該危險等級分類去安全使用該樣品。為此IEC 出版了IEC /TR 62471 － 2： 2009《非激光光輻射安全的制造導則》，使之與IEC 62471： 2006 形成一個垂直標準系列，目的是使制造商或者使用者根據(jù)標準測得樣品的危險等級后，能根據(jù)不同場合的需要選用不同危險等級的燈。比如指導在某種工作場所需要安裝使用某種危險等級以下的燈。該技術報告在對IEC 62471 測試條件補充的同時，明確了制造商如何評估危險等級，規(guī)定了光源制造商與燈具制造商之間危險等級的采用條件，以及對燈具輻射安全標簽的要求。

　　IEC /TR 62471 － 2： 2009 針對LED 燈具有一個重要的條款，規(guī)定了由于LED 光源不含有紫外、紅外光譜，制造商評估LED 光源時采用該技術報告的測試條件，測得的危險等級可以被使用該光源的LED 燈具采用，即可以免除重復測量。

　　可以說IEC /TR 62471 － 2： 2009 主要作為IEC62471 的一個垂直標準，使燈和燈系統(tǒng)光生物安全性檢測成為一個更為完整的測量體系，使該標準體系的危險等級評估具有更強的可操作性，有利于檢測機構依據(jù)該標準體系開展相關工作。

　　4 北美光生物安全推薦實施規(guī)程

　　早在1996 年，北美照明學會（ IESNA） 、美國國家標準組織（ ANSI） 就在光輻射安全的檢測中先行一步，出版了《燈和燈系統(tǒng)光生物安全性推薦實施規(guī)程》，該規(guī)程包括一般要求、測量技術、燈危險等級分類和標簽等，隨后又陸續(xù)出版了該實施規(guī)程的第2版?，F(xiàn)行有效的北美光生物安全標準編號和名稱見表5。

　　北美的該規(guī)程適用于波長范圍在200 ～ 3 000nm的所有燈和燈系統(tǒng)輻射安全的評價，但不包括用在光纖通訊系統(tǒng)中的LED 和激光。該系列規(guī)程的限值源于美國政府工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會推薦的臨界值限定以及國際非電離輻射防護委員會的相關導則。它從紫外危害、視網(wǎng)膜熱危害、視網(wǎng)膜藍光危害、藍光小光源危害、無晶狀體眼睛危害、紅外輻射危害、微弱視覺危害和皮膚熱危害8 個方面評價燈和燈系統(tǒng)的危險等級;同時也把燈具危險等級分為無危險類、低危險類、中度危險類及高度危險類; 該規(guī)程早于《非激光光輻射安全的制造導則》提出了對標簽的要求。但是由于北美標準在我國的受關注度不高，所以該系列標準長期被忽視。

　　5 結語

　　本文意在理清目前的光輻射安全標準以及各個標準之間的聯(lián)系和差異，讓使用者更好地理解光輻射安全標準的現(xiàn)狀，方便制造商選擇適合的產(chǎn)品標準，進一步了解光生物安全標準的限值，從而提高人們對LED 燈具光輻射安全的關注度。