可调光调色LED灯具蓝光危害的测量与分析

杨远礼

(中认尚动(上海)检测技术有限公司， 上海 200233)

引言

智能照明时代已然拉开帷幕，LED照明不再单纯的追求高能效和长寿命，还对舒适度和智能化提出了新的要求，可调光调色LED灯具的应用也越来越多。可调光调色LED灯具一般可以对亮度和相关色温进行调节。亮度调节是在阴暗或明亮的环境下，增强或减弱LED灯具的亮度，增加舒适度；相关色温的调节是根据用户所需要的情景来改变色温，例如休闲模式，更适合用低色温(如3 000 K)的灯光，给人温馨的感觉，工作模式则适合于高色温(如5 000 K)，使人更容易集中精神。可调光调色LED灯具在不同的调光模式下，其蓝光危害也不同。

1 蓝光视网膜危害

目前的白光LED光源，大多是采用蓝光磊晶上封装黄色荧光粉，使蓝光和黄光混合成白光，蓝光波长介于400～500 nm之间，而人眼视网膜在长期受到蓝光辐射时会产生光化学损伤[1]。为了防止这种损伤，人眼受到的辐射不应超过下述的蓝光危害曝辐限值，即光谱辐亮度与蓝光危害函数B(λ)加权积分后的蓝光加权辐亮度LB不应超过下面式(1)、式(2)的限值：

(J·m-2·sr-1)(t≤106s)

(1)

(W·m-2·sr-1)(t>104s)

(2)

式中：Lλ(λ,t),Lλ光谱辐亮度，单位为W·m-2·sr-1·nm-1；B(λ)蓝光危害加权函数；Δλ波长带宽，单位为nm；t辐射持续时间，单位为s；B(λ)为蓝光危害加权函数为恒值，其值见表1。

表1 蓝光危害加权函数

由式(1)、式(2)可知光谱辐亮度Lλ和辐射持续时间t决定了蓝光危害，如果蓝光加权辐亮度LB超过100 W·m-2·sr-1，由式(1)可得其最大允许辐射持续时间tmax为式(3)。

(3)

根据IEC 62471—2006标准，蓝光视网膜危害等级分为无危险类：在10 000 s内不造成对视网膜蓝光危害；低危险类：在100 s内不造成对视网膜蓝光危害；中度危险类：在0.25 s内不产生视网膜蓝光危害；以及高危险类，即超过中度危险限值。对于连续辐射灯危险类的发射限见表2。

表2 连续辐射灯各危险类的发射限

2 蓝光测试一般条件

测量辐亮度的装置如图1所示，将亮源成像到探测器上，具有一个圆形视场光阑，形成平均视场αeff的角度范围，探测器上读出在平均视场上的单位接收面积单位立体角内的入射辐射功率φ(单位：W)，在相同的位置和视场光阑下，使用小积分球来测量相对光谱分布图。根据IEC/TR 62778—2014标准，在测试灯具时，一般测试条件为距离200 mm，视场角α=0.011 rad[2]。

图1 测量辐亮度的装置Fig.1 Device for radiance measurement

由式(1)可知，光谱辐亮度Lλ加权后求和得到辐亮度LB，不同的色温对应不同光谱辐亮度Lλ，如图2蓝光危害加权函数B(λ)和不同色温下相对光谱辐亮度Lλ的曲线图，对于相同功率和封装的LED模块，其色温越高，蓝光危害越大[3]。以下选取两种典型的可调光调色LED灯具，分别在不同调光模式下评估其蓝光危害。

图2 蓝光危害加权函数和不同色温下相对光谱辐亮度Fig.2 Blue light hazard function & relative spectral radiance distribution of different CCT

3 均匀出光的可调光调色LED灯具的蓝光测试

本次选取一个可调光的LED吸顶灯做测试，灯具的光源腔用铆钉固定，LED光源不可替换，根据相关标准要求对整灯进行测试[4]，测试条件为距离200 mm，视场角α=0.011 rad。图3为试样照片和测试图。此LED灯具为开关切换调光，使用了5 000 K和3 000 K同规格同数量同驱动电流的两种LED光源模块，光输出模式有三种，分别为黄光模式：仅3 000 K的LED模块亮，额定输入功率12 W；白光模式：仅5 000 K的LED模块亮，额定输入功率12W；全亮模式：LED模块全亮，额定输入功率24 W；灯具出光面为乳白色塑料透光罩，出光均匀，无斑状光点。在测试中视场角0.011 rad对应的为图4中标“1”的圆形区域，其直径约为2.2 mm，辐亮度为此区域的平均值。分别在三种调光状态下对此相同区域进行蓝光危害测试，其测试结果见图5相对光谱分布和表3蓝光危害数据。

图3 均匀出光的可调光调色LED吸顶灯Fig.3 Dimmable LED ceiling lamp with uniform light-emitting surface

图4 蓝光危害测试中视场角0.011 rad对应的区域Fig.4 Blue-light hazard testing area corresponding to visual angle 0.011rad

图5 不同调光模式下的相对光谱分布图Fig.5 Relative spectral radiance distribution of different dimming modes

表3的结果显示，全亮模式辐亮度LB为黄光模式和白光模式之和，两种色温的LED模块发出的光经过乳白色的透光罩，在0.011 rad视场角内形成新的均匀的亮源，全亮模式下的蓝光危害是黄光和白光的叠加，所以在这种均匀出光的情况下，应该选择最高功率即全亮模式下来测试蓝光危害，而不是选择色温最高的模式下进行测试。

表3 不同调光模式下的蓝光危害

4 非均匀出光的可调光调色LED灯具的蓝光测试

本次选取一个LED台灯，灯具的光源腔为一次性卡扣密闭，LED光源不可替换，根据相关标准要求对整灯进行测试，测试条件为距离200 mm，视场角α=0.011 rad。图6为试样照片和测试图。此LED灯具为开关切换调光，使用了5 000 K和4 000 K同规格同数量同驱动电流的两种LED光源模块，光输出模式也有三种，分别为黄光模式：仅4 000 K的LED模块亮，额定功率6 W；白光模式：仅5 000 K的LED模块亮，额定功率6 W；全亮模式：LED模块全亮，额定功率12 W；出光面为乳白色塑料透光罩，由于透光罩离LED光源比较近，LED光源在透光罩上形成了清晰的斑状光点，详见图7。在测试中视场角0.011 rad对应的为图7中标“1”的圆形区域，其直径约为2.2 mm，辐亮度为此区域的平均值[2]。在三种调光状态下分别测试蓝光危害，其测试结果见图8相对光谱分布和表4蓝光危害数据。

图6 非均匀出光的可调光调色LED台灯Fig.6 Dimmable LED desk lamp with non uniform luminous surface

表4的结果显示，全亮模式辐亮度LB不等于黄光模式和白光模式之和，且低于白光模式，全亮模式在白光的基础下增加黄光，蓝光危害反而降低了，检测结果有悖常理。分析发现在全亮模式下，灯具的总功率虽然变大了，但对应测试视场角区域内的光源却保持不变，即图7中标“1”的圆形区域，全亮模式与白光模式下的区域相同，对应光源功率也相同，不同的是，测试视场角外增加了黄光的存在，从而改变了光谱辐亮度分布Lλ，见图8中白光模式和全亮模式下的相对光谱分布明显不同，由式(3)可知辐亮度LB会变小，得出错误的测试结果。

图7 蓝光测试中视场角0.011 rad对应的区域Fig.7 Blue light hazard testing area corresponding to visual angle 0.011rad

图8 不同调光模式下的相对光谱分布图Fig.8 Relativespectral radiance distribution of different dimming modes

表4 不同调光模式下的蓝光危害

由于黄光LED光源和白光LED光源相隔很近，但又不够同时分布在同一视场角内，即在测试距离200 mm时，不能同时处于在直径约为2.2 mm的测试区域内，黄光不可避免的作为杂散光干扰了辐亮度分布。

为了真实的得到可调光调色LED灯具的蓝光测试结果，避免因测试设备的局限性而使得测量结果发生偏差，在针对此类灯具的蓝光测试时，通过增加适当的光阑来避免视场角以外的杂散光对结果的干扰是很有必要的。本文在全亮模式中增加限制光阑，限制了标准中测试视场角以外的黄光干扰，如图7中的全亮模式(增加光阑)所示。很明显，在图8的结果中显示全亮模式(增加光阑)的光谱分布明显发生了改变，与白光模式一致，表4测试结果显示辐亮度LB与也与白光模式相近，均大于未加光阑的全亮模式。

上述台灯如果是用于读写作业台灯[5]，在全亮模式下直接测试时，蓝光危害LB小于100 W·m-2·sr-1，为无危害类，满足标准GB/T 9473—2017《读写作业台灯性能要求》[6]中蓝光危害应为无危害类的要求，但在白光模式和全亮模式(增加光阑)中蓝光危害LB大于100 W·m-2·sr-1，蓝光危害等级为低危险类，不满足读写作业台灯蓝光危害要求，为了避免这种误判，测试时要充分考虑LED灯具不同的调光模式和出光口面的光分布情况。

因此，对于非均匀出光的可调光调色LED灯具在进行蓝光危害测试时，应该避免视场外的杂散光干扰辐亮度分布，确保光谱辐亮度分布与视场中的待测光源相一致，可以选择额外增加光阑的方式，或者选色温最高的模式进行测试。

5 结论

通过上述的试验对比，在针对不同类型的可调光调色LED灯具进行蓝光测试时，应该合理的选择调光模式。对于均匀出光的可调光LED灯具，LED全亮下的蓝光危害为黄光和白光之和，此时应选择全亮模式测试；对于非均匀出光的可调光调色LED灯具，LED全亮下的蓝光危害不等于黄光和白光之和，测试时要通过增加光阑或其他方式来避免杂散光的干扰，使光谱辐亮度分布与视场中的待测光源相一致，才能得到准确的蓝光测试结果。