LED燈光生物安全性比對結(jié)果分析

牟麗霞，楊春霞，葉祥平，黃蕊慰

(惠州質(zhì)量計量監(jiān)督檢測所，廣東 惠州　516003)

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LED燈光生物安全性比對結(jié)果分析

牟麗霞，楊春霞，葉祥平，黃蕊慰

(惠州質(zhì)量計量監(jiān)督檢測所，廣東 惠州516003)

為了解及分析各檢測機構(gòu)對于LED照明產(chǎn)品光生物安全性的檢測水平，國家光電產(chǎn)品光輻射安全質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心組織了15家實驗室參加LED照明產(chǎn)品的燈的危險等級、亮度值和視網(wǎng)膜藍(lán)光危害值比對試驗。本文參照能力驗證的統(tǒng)計和評價方法處理比對結(jié)果數(shù)據(jù)，其中用到了事先約定方法和Z比分?jǐn)?shù)判定法對各項比對參數(shù)進行評價。統(tǒng)計結(jié)果表明，各比對實驗室燈的危險等級判定基本一致，但亮度值和視網(wǎng)膜藍(lán)光危害值穩(wěn)健CV值偏大，且存在問題結(jié)果和離群結(jié)果。各檢測機構(gòu)和儀器廠家應(yīng)加強交流與合作，進一步提高光生物安全性檢測水平。

光生物安全;燈的危險等級;Z比分?jǐn)?shù);亮度;視網(wǎng)膜藍(lán)光危害

引言

近年來，隨著LED技術(shù)的進步以及生產(chǎn)成本的降低，傳統(tǒng)照明光源已逐漸被LED光源替代，縱使LED光源具備諸多優(yōu)點，如節(jié)能省電，使用壽命長，體積小，亮度高等，但其發(fā)光成份中藍(lán)光高對人類(尤其是兒童和老人)具有潛在危險，目前LED照明產(chǎn)品的光生物安全性檢測越來越多地受到消費者和生產(chǎn)商的重視，且新的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 7000.1—2015已經(jīng)把燈的光生物安全性列為強制檢測范疇[1]。

國內(nèi)以及國際上已經(jīng)有很多檢測機構(gòu)可以對LED照明產(chǎn)品的光生物安全性進行檢測，但由于各檢測機構(gòu)使用的儀器不一致，檢測儀器操作過程復(fù)雜，儀器更新?lián)Q代較快，人員操作影響檢測結(jié)果等因素，一直未有機構(gòu)組織開展過大規(guī)模比對試驗，國家光電產(chǎn)品光輻射安全質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心于2015年9月發(fā)起LED照明產(chǎn)品的光生物安全性多家實驗室間比對試驗，目的在于了解及分析各檢測機構(gòu)對于光生物安全檢測結(jié)果的一致性以及存在的問題，進而推動LED照明產(chǎn)品光生物安全檢測技術(shù)的發(fā)展和提高。

本次比對參加實驗室共有15家(實驗室代碼分別為01，02，03…15)，比對機構(gòu)涵蓋國際認(rèn)證檢測機構(gòu)、國內(nèi)知名民營檢測機構(gòu)及國家法定檢測機構(gòu)，覆蓋區(qū)域包括廣東、上海、江蘇、山東、福建、江蘇等省市，本文秉承科學(xué)原則對結(jié)果數(shù)據(jù)進行分析和討論。

1　樣品選取、測試方法與儀器設(shè)備介紹

1.1樣品選取

本次比對樣品選取考慮因素分別為：①樣品傳遞過程中安全性；②安裝方法應(yīng)簡單方便；③在檢測過程中樣品需具有代表性，且各實驗室均對類似樣品開展過檢測工作。

最終選取了3個體積相對較小，接頭均為E27且相關(guān)色溫不同的日常用燈，分別為LED射燈(樣品1#)，LED磨砂球泡(樣品2#)，LED透明球泡(樣品3#)。經(jīng)過近200 h的老化，3個樣品均在15 min內(nèi)光通量和電參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定。

1.2測試方法

本次比對測試方法主要參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 20145—2006，國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 62471:2006和IEC/TR 62778：2012。測試距離規(guī)定為20 cm[2]；測試波長范圍定為300 nm～800 nm，步長5 nm；供電參數(shù)約定為LED射燈AC 220V/50 Hz，LED磨砂球泡燈AC 220 V/50 Hz，LED透明球泡燈AC 220V/60 Hz；預(yù)熱時間15 min。

1.3儀器設(shè)備

光輻射安全測試系統(tǒng)由計算機、光譜儀、光纖和積分球組成。通常檢測實驗室為保證測試的準(zhǔn)確性還會安裝光學(xué)導(dǎo)軌，測試過程中被測燈在光學(xué)導(dǎo)軌上移動，另外，在測試之前會用標(biāo)準(zhǔn)燈對系統(tǒng)進行校正[3]。經(jīng)過調(diào)研，各比對實驗室使用的儀器設(shè)備及標(biāo)準(zhǔn)燈都在計量有效期之內(nèi)，且精度均能滿足測試方法要求。

2　比對參數(shù)與結(jié)果分析方法

2.1比對參數(shù)

對于LED產(chǎn)品來說，通常LED燈的危險等級與燈的亮度以及其藍(lán)光危害成分密切相關(guān)，本次比對參數(shù)設(shè)計為3個，分別為燈的危險等級、亮度值和視網(wǎng)膜藍(lán)光危害值。

2.2結(jié)果分析方法

由于燈的危險等級判定具有特殊性，判定結(jié)果沒有具體數(shù)值，只有危險類別，不能使用一般的評價方法，因此約定判定方法為：比對結(jié)果燈的危險等級若大于80%實驗室等級一致，則這些比對結(jié)果一致的實驗室結(jié)果滿意，其他評價等級不一樣的實驗室離群。

亮度值和視網(wǎng)膜藍(lán)光危害值分析參照CNAS-GL02《能力驗證結(jié)果的統(tǒng)計處理和能力評價指南》，使用基于穩(wěn)健總計統(tǒng)計量的Z比分?jǐn)?shù)(中位值和標(biāo)準(zhǔn)化IQR)統(tǒng)計評價參加實驗室的結(jié)果[4]，用中位值估計均值，用標(biāo)準(zhǔn)化四分位距衡量數(shù)據(jù)的分散程度，減少極端結(jié)果對平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響，把樣品所有實驗室結(jié)果的中位值和標(biāo)準(zhǔn)化IQR分別寫為中位值(A)和標(biāo)準(zhǔn)化IQR(A)，穩(wěn)健Z比分?jǐn)?shù)(用Z表示)為：

(1)

照度值、亮度值和視網(wǎng)膜藍(lán)光危害值最終以實驗室間Z比分?jǐn)?shù)評價各參加實驗室的檢測結(jié)果，依據(jù)CNAS-GL02《能力驗證結(jié)果的統(tǒng)計處理和能力評價指南》第3.5節(jié)能力評價第3條數(shù)值的統(tǒng)計判定，一般將Z比分?jǐn)?shù)分為：|Z|≤2為滿意結(jié)果，2<|Z|<3為有問題結(jié)果，|Z|≥3為不滿意結(jié)果[5]。

同時，視網(wǎng)膜藍(lán)光危害值是決定LED產(chǎn)品的光生物安全危險等級的最主要參數(shù)，評價中結(jié)合考慮光生物安全危害等級判定中視網(wǎng)膜藍(lán)光危害限值，若某間實驗室測量得到的光生物等級不一樣且其藍(lán)光危害值離限值較遠(yuǎn)，仍判定其離群。

3　結(jié)果分析與討論

3.1燈的危險等級

光生物安全性主要研究的是光輻射對皮膚和眼睛的作用[6]，對LED產(chǎn)品，光譜主要集中在波長為300 nm～800 nm范圍內(nèi)，此波段的光輻射能對視網(wǎng)膜造成光化學(xué)危害，甚至能夠引發(fā)視網(wǎng)膜炎。在對LED燈的光生物安全性進行檢測時，通常會對燈的危險等級進行評級，一般分為無危險類(0類)、低危險類(1類)、中度危險類(2類)和高危險類(3類)[7]。各實驗室比對數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

從表1中可以看出，樣品1#有14間實驗室危險等級一致，均為1類危險，占比對實驗室總數(shù)的93%，只有1間實驗室為0類危險，判定04實驗室數(shù)據(jù)離群；樣品2#全部實驗室測試結(jié)果為0類危險，占比對實驗室總數(shù)的100%，判定所有實驗室比對結(jié)果滿意；樣品3#全部實驗室測試結(jié)果均為1類危險，占比對實驗室總數(shù)的100%，判定所有實驗室比對結(jié)果滿意。

從燈的類型分析，樣品2#(LED磨砂球泡)和樣品3#(LED透明球泡)發(fā)光方向均不集中，朝四面八方發(fā)射，所有比對實驗室燈的危險等級判定一致，但對于樣品1#(LED射燈)光束角較小，出現(xiàn)1家實驗室燈的危險等級判定離群，說明燈的類型對光生物安全等級的判定可能會產(chǎn)生影響。

總體來說，各實驗室燈的光生物安全危險等級判定基本一致。

3.2亮度值

亮度是人眼對光亮感覺產(chǎn)生刺激大小的度量。亮度是經(jīng)常要測量的發(fā)光體光度特性之一[8]。發(fā)光體表面的亮度與其表面狀況、發(fā)光特性的均勻性、觀察方向等有關(guān)，因而亮度的測量頗為復(fù)雜，且測量的往往是一個小發(fā)光面積內(nèi)亮度的平均值[9]。亮度的單位是坎德拉/平方米(cd/m2)。對于亮度值測量，由于儀器設(shè)備原因，11家實驗室能通過光生物安全測試系統(tǒng)得到，4家實驗室測試系統(tǒng)不能通過光生物安全測試系統(tǒng)直接讀出且沒有提交測試結(jié)果。各比對實驗室數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

統(tǒng)計量數(shù)據(jù)如表3所示。

Z值分布如表4所示。

表2　各比對實驗室亮度值測量結(jié)果

表3　各比對實驗室亮度值統(tǒng)計量數(shù)據(jù)分析

表4　各比對實驗室亮度值Z值分析

從表4的Z值分布統(tǒng)計數(shù)據(jù)上可以看出，所有提交結(jié)果的實驗室對于樣品1#，樣品2#亮度值測量|Z|≤2，結(jié)果滿意。07號實驗室對于樣品3#亮度值測量|Z|≥3，結(jié)果離群，可能是該實驗室在測量亮度時只探測到發(fā)光區(qū)域的某一顆燈珠的原因，這種測量方法相對嚴(yán)苛。

3.3藍(lán)光危害值

藍(lán)光危害值是為了防止長期受到藍(lán)光輻射的視網(wǎng)膜產(chǎn)生視網(wǎng)膜光化學(xué)損傷，光源的光譜輻亮度與藍(lán)光危害函數(shù)B(λ)加權(quán)積分后的能量，藍(lán)光加權(quán)輻亮度LB不應(yīng)超過下面限值[6]：

(2)

各比對實驗室數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

統(tǒng)計量數(shù)據(jù)如表6所示。

Z值分布如表7所示。

表5　各比對實驗室藍(lán)光危害值測量結(jié)果

表6　各比對實驗室藍(lán)光危害值統(tǒng)計量數(shù)據(jù)分析

表7　各比對實驗室藍(lán)光危害值Z值分析

藍(lán)光危害值不僅和亮度值有關(guān)，而且和表觀光源大小也有密切關(guān)系，藍(lán)光危害值是決定LED產(chǎn)品的光生物安全危險等級的最主要參數(shù)。從統(tǒng)計結(jié)果中可以看出，對于樣品1#，08號實驗室藍(lán)光危害值測量|Z|≥3，判定08號實驗室對于藍(lán)光危害測量結(jié)果離群，除此以外還應(yīng)結(jié)合考慮光生物安全危害等級判定藍(lán)光危害0類限值為100(W·m-2·sr-1)， 只有04號實驗室藍(lán)光危害值<100(W·m-2·sr-1)，因此判定04號實驗室對于藍(lán)光危害測量也離群；而對于樣品2#，06號和08號實驗室藍(lán)光危害值測量|Z|≥3，判定06號和08號實驗室藍(lán)光危害值測量結(jié)果離群，10號實驗室藍(lán)光危害值2<|Z|<3,判定10號實驗室測量結(jié)果存在問題；對于樣品3#，04號實驗室藍(lán)光危害值2<|Z|<3,判定04號實驗室測量結(jié)果存在問題，其余所有實驗室藍(lán)光危害值測量均|Z|≤2，比對結(jié)果滿意。

4　比對總結(jié)與建議

1)本次比對3只樣品燈的危險等級判定只有1家實驗室離群，說明各實驗室對燈的危險等級判定基本一致；

2)對提交數(shù)據(jù)的11實驗室進行亮度值分析，有1家實驗室離群，經(jīng)分析可能是該實驗室在測量亮度時只探測到發(fā)光區(qū)域的某一顆燈珠的原因，這種測量方法相對嚴(yán)苛；3)視網(wǎng)膜藍(lán)光危害值測量有少數(shù)幾家實驗室存在問題結(jié)果以及離群結(jié)果，經(jīng)分析與實驗室在測量發(fā)光面不均勻的燈時測試方法是否一致以及測試人員的作業(yè)手法有關(guān)；

除此之外，儀器是否及時定標(biāo)以及標(biāo)準(zhǔn)燈的可靠性也影響測量結(jié)果。

總的來說，各實驗室在對普通類型的燈進行危險等級判定時結(jié)果基本保持一致，只有在測量處于某一危險類別邊緣的LED燈時，可能出現(xiàn)危害等級不一致的情況。建議檢測機構(gòu)與儀器設(shè)備制造商多交流和合作制造更先進更智能的光生物安全檢測設(shè)備，減少人員因素對檢測結(jié)果的影響，同時檢測機構(gòu)間也應(yīng)加強交流與討論，特別是針對特殊類型燈具的安裝及測試方法，提高檢測結(jié)果一致性。

[1] 燈具 第1部分:一般要求與試驗：GB 7000.1—2015[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)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] 虞建棟. 光生物安全性的測試與評價研究[D].杭州：浙江大學(xué), 2006.

[4] 能力驗證結(jié)果的統(tǒng)計處理和能力評價指南：CNAS-GL02[S]. 北京：中國合格評定國家認(rèn)可委員會, 2014.

[5] 張元福. 分析實驗室能力驗證數(shù)據(jù)統(tǒng)計評價方法研究[J]. 現(xiàn)代測量與實驗室管理,2003,(3)：45-48.

[6] 燈和燈系統(tǒng)的光生物安全性：GB/T 20145—2006[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

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

[8] 柯頓 J.R，馬斯頓 A.M. 光源與照明[M]. 陳大華,胡榮生，等譯. 上海: 復(fù)旦大學(xué)出版社,2000.

[9] 金偉其，胡威捷. 輻射度 光度與色度及其測量[M]. 北京：北京理工大學(xué)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