【国民娱乐每日礼金gm77.top,云鼎彩票|官网登录中大奖】我们为您提供云鼎彩票|官网登录注册,云鼎彩票|官网登录投注,云鼎彩票|官网登录app,云鼎彩票|官网登录平台,巨华彩票开户,充提快速,操控简单,为云鼎彩票|官网登录彩民服务!

LED藍光泄露的安全性研究

點擊次數:   更新時間:14/11/01 13:02:11     來源:www.rezasaki.com關閉分    享:

2014-10-10 光亞新世紀LED網  

 摘要

    本文研究了LED 照明器件的藍光特性,針對我國的LED 照明現狀,通過測試LED 照明器件的光譜成分,根據現行國內外標準GB/T 20145--2006/CIE S009/E:2002 和IEC62471:2006,以及CTL‐0744_2009‐laser決議,分析了LED光生物安全性,給LED照明燈具制造和相關安全性標準、法律制定提供參考。

  

    LED中藍光的輻亮度值低于100W·m-2·Sr-1時對人眼屬于無危害類型,正常使用情況下不會對人眼造成傷害,但是應該注意對特殊人群(小孩)的保護,避免長時間直視光源。燈具富藍化也會影響人的作息規律,因此色溫4000K 以下,顯色指數80 的LED燈具適合在室內使用,同時還要根據不同的使用距離選擇不同的參數的燈具。

   引言 

    隨著半導體技術及新型材料的不斷發展,特別是GaN基發光二極管的發展趨于成熟,使得LED成為當今照明領域的最具發展前景的照明產品之一,被認為是第四代照明光源。具有高效、節能、環保、壽命長、體積小、響應速度快、耐振動、易維護等優點?,F在已普遍運用于室內外照明和車燈、信號燈等。

  

    隨著LED光源的發光功率不斷增大,LED的光學性能的不斷提高,LED 市場不斷擴大,已完全進入到我們的生活當中。這讓我們不得不去了解LED 照明燈具的相關原理,以及它的安全性如何。

  

    由于目前市場上普遍采用藍色芯片激發黃粉混合而發白光的LED ,而高能藍光能對人眼視網膜產生傷害,所以人們比較關注的是LED 燈具高能藍光成分會不會對人眼造成傷害。

  

   1.基礎理論

    由于白光是由三基色光混合而成,而人眼看到的白光至少需要兩種及以上的顏色混合形成,而發光二極管的發光機理決定了其不能由單一的芯片發出連續光譜的白光,并且白光LED作為照明需要考慮光源顯色指數及效而兩者相互矛盾,因此只能采用混合形成白光。

 

    目前合成白光的方式有三種:采用藍光LED芯片激發YAG粉組合成白光和基于紫外光LED 激發三基色粉混合成為白光,以及采用紅綠藍三基色組成白光。

 

 

    光譜圖如圖1所示,結構圖如圖2所示,白色LED結構示意圖如圖3 。

  

    藍光是白光中的重要光譜成分,高能藍光對于人眼傷害,因此我們研究的重點就是找到一個安全的統一標準,給出相應的參數閾值。

  

Fig.3  Structure of white LEDs

  

   2.藍光對視網膜傷害  

   光對于人的傷害主要集中在紫外線、近紫外線和紅外線加上400~500nm的藍光。

  

   光處于紫外或者近紫外時其光子能量大易引起光化學反應,致使細胞結構重組或者DNA損壞。光處于紅外時,熱效應使得體內的蛋白質變性致死。

  

    藍光對于人眼透射率高,而人眼中感光器和視網膜外表面的細胞層在紫外區和藍光區都存在吸收峰,如圖4所示。白光LED中激發光源為藍光,正好處在吸收峰上。

  

     藍光危害主要波長集中在400~50nm,從圖5中可以看出在藍光波段危害加權函數急速上升

                               

 

    藍光危害目前認為有兩種機理,一種是視網膜的感光細胞吸收藍光使得其能不斷接受光子,造成細胞氧化損傷。并使得具有光毒性的褐脂質增加,造成細胞死亡。另一種是褐脂質的基團與褐脂質都具有光毒性吸收藍光產生氧自由基,是細胞內溶酶體失活,造成細胞死亡。由于有抗壞血酸,能保護免受綠光傷害。

  

    3.國內外光生物安全規定 

     國際上各國是結合IEC62471:2006“燈和燈系統的光生物安全性” 和EN 62471:2008來評定LED燈的安全性問題。

  

IEC62471:2006 和EN62471:2008中詳述了光輻射可能給人眼或皮膚帶來的六種危害類型、各種危害的曝輻限值、燈或燈系統安全等級的劃分方法和光生物安全的測量等內容,提供了綜合測量和評估照明產品光輻射安全性的準則。

  

    當前主要通過測皮膚和眼睛前表面的輻照度(被照表面單位面積上接收到的輻射通量)和對于視網膜的危害則需要考慮眼睛的成像特性進行轉換而測量LED 光源的輻亮度(單位面積源在給定的方向上、單位立體角內所發出的輻射通量) 。

  

是通過測量在1.4 rad 接收角內的輻照能量作為輻照度,這樣測得的輻照度沒有任何關于進入到眼睛視網膜上成像的信息,所以需要測量輻亮度。

  

     3.1  輻照度測量

     輻照度的測量是指從整個LED燈出射的光到被照面上的輻射能量,測試系統必須具有一個直徑為D 的圓形平面探測器,且要達到需要的信噪比??紤]到人眼的生理特征,對于較大角度的來自光源的輻射只需要在80°全角內測量。測試系統如圖7 所示。

  

     3.2  輻亮度測量

  

     用輻亮度值來換算成相關的輻照度的值,由于人眼接受到的是LED 光源一定立體角發出的光,而眼睛接受到的光能量又會隨瞳孔的收縮、擴展而減小或增加。實際視網膜上的輻照度主要取決于光源的輻亮度和瞳孔對視網膜所張開的立體角。

  

    根據能量守恒原理,光到達視網膜上的能量不可能大于光到達眼睛水晶體的能量,因此可以通過測量輻亮度再結合瞳孔的大小和瞳孔到視網膜的距離反過來測量輻照度。

  

    其測量方法有兩種:一種是標準的成像測量技術;一種是間接測量技術,但是兩種方法都需要在特定的立體角范圍內測量,其設想測試系統如圖8 和圖9 所示。

  

                                                   

 

    成像測試法是通過模仿人眼用透鏡把光源成像到直徑可變的面上來選擇視場,而間接測量法則是通過孔徑光闌在光源面上限制視場,然后換算得到。

  

    在評價一個LED燈的質量好壞還應該考慮光譜的影響。因為人眼的光感靈敏度與光波長有很大的關系,因此我們應該注意到不同顏色的光對人的危害程度不一樣,所以要在LED 的燈光測試中加入各種光的危害權重進行計算考量。即是求得光源的加權輻亮度值不能超過下面的限值

  

式中,Bλ為藍光危害加權函數,其曲線如圖10 Bλ所示。圖10是藍光危害和視網膜熱隨波長變化的加權函數曲線,測試的時候應該把光源的生理輻照度對圖10中的對應波長范圍做積分處理,將其結果再與公布的輻亮度限值做比較。

  

     目前我國是單獨采用非官方標準的GB/T 20145—2006/CIE S009/E :2002,其把藍光對于視網膜的危害分為4個類別(如表1中所示)。但是標準中還未涉及光源的色溫問題,我們在實際的運用中必須考慮LED燈色溫的影響,光源光譜和使用距離的影響。

    4.LED燈危害分析 

    在自然界的太陽光中也存在藍光成分,只是藍光成分在整個光譜中有適當的比例。需要把LED 中藍光能量控制在一個適當的比例。并且藍光危害的問題并不是LED 燈特有的,之前的一些燈具都存在這個問題(如圖11所示) ,熒光燈光譜都是分立的發光光譜,如果輻照度控制不好危害相對于LED燈具更大。

 

  

    目前市場上的LED 燈都是采用藍光的芯片發出藍光激發黃色YAG 粉來調和成白光。其質量的好壞基本上能從LED燈具的光譜上、燈的藍光輻照度值和色溫中看出。

  

    根據俞安琪對目前市場上一些LED 燈具的測試結果,可以看出總體上目前市場的燈在正常使用情況下是在無危險和低危險檔的,低危害類正常是100s曝光時間內不會對人眼造成傷害,這個曝光時間對于人來說安全,但是在拆卸下防護罩之后測量結果顯示輻亮度增加了一個數量級,因此只要我們在不拆卸燈的防護罩的情況下使用時不會造成危害,對于LED燈的危害還應該考慮在合適的場合使用相適應色溫的LED燈具,目前市場上的LED 燈具在正常使用情況下都在安全范圍以內。

  

    光源的色溫是通過對比它的色彩和理論的熱黑體輻射體來確定的。熱黑體輻射體與光源的色彩相匹配時的開爾文溫度就是那個光源的色溫,它直接和普朗克黑體輻射定律相聯系。

  

     色溫低則光譜中紅色成分多,相反則藍色光偏多。也即是平常說的暖色光是色溫在3300K以下,暖色光與白熾燈相近,紅光成分較多,能給人以溫暖,健康,舒適,比較想睡的感受。適用與家庭,住宅,宿舍,賓館等場所或溫度比較低的地方。冷色光則是色溫在5300K以上,其中藍色成分偏多。

  

    日常的生活中早晨和傍晚的光偏暖色光,中午光偏冷白光。所以根據“中國科協第249次青年科學家論壇”會議及國際新的研究,燈具富藍化會影響人的作息規律。因此高色溫的LED燈具不適合用于室內照明應該盡量用色溫偏低的燈具。

  

     目前市場上的LED 燈具質量參差不齊,質量好的產品色溫低,藍光能量偏低,質量差的LED 產品色溫高,藍色成分多(如圖12和圖13),因此在選擇照明LED時,應該根據不同的用途選擇不同規格的燈具。

 

 

  

 

選用LED燈具時還應考慮照明距離的影響,不同距離其燈具的輻照度不同,即根據照明距離選擇合適的LED 燈具,因為測試LED 燈具的主要指標是輻照度,而輻亮度與人眼離光源的距離和所張開的立體角有關系,如臺燈、用LED 作為背光的手機屏等使用時離人眼很近(光譜如圖14,圖15所示) ,因此這些燈的標準與安裝在天花板上的LED 燈具標準不一樣,應該更加嚴格。

 

                                              

 

    5.結論

    總體上目前國內的LED燈具都是在安全許可范圍內,在正常使用情況下不會對人眼造成傷害,并且LED燈具相比于傳統的照明光源在某些方面還表現出了很大的優勢:

(1)LED 燈具已經能做到顯色指數80以上,并且光效達到100lm·W- 1以上,色溫在3000K,表現出了比普通白熾燈和熒光燈更好的照明和節能效果。

(2)LED 燈具有低功耗節能、光效高、壽命長的特點,使得其使用成本相對減小。

(3)搭配靈活可以選擇不同的瓦數,同時LED 燈具抗震,所需電壓、電流小,且為直流驅動,發熱小,安全適合于危險場合和偏遠山區電力資源緊缺地方照明。

(4)在路燈方面采用一二次混合配光技術可以使點光源擴展成面光源,能有效的消除眩光現象,讓出行駕車更安全,且壽命長便于維護。

  

    要正確理解所謂藍光泄露問題,由于藍光是白光的一部分,每天陽光中的藍光比例也是在變化中的,因此單純的想消除藍光是不現實的,只需要把藍光能量控制在安全的范圍內。

  

    室內應該選擇在藍光危害分類為低危害和無危害,色溫在4000K以下,顯色指數80以上的LED燈作為室內照明燈具。并應注意特殊人群(如小孩)的保護,避免長時間直視LED燈。

  

     光化學反應過程與光輻射劑量有很大關系,即低劑量、長時間輻照和高劑量、短時間輻照效果是否相同還需要做進一步的研究,同時制定相關的安全標準。

  

     同時還應該增加LED 燈具距離影響的研究,根據幾種實際使用距離情況對LED燈具進行安全性研究及制定相關標準。最后應該模擬自然光進行LED燈具的配光設計,在不同場合配備不同的燈具。

 

轉載聲明

本文作者:申崇渝, 徐征, 趙謖玲, 黃清雨

作者單位: 北京交通大學發光與光信息技術教育部重點實驗室,北京交通大學光電子技術研究所

 

快速導航
云鼎彩票|官网登录 678彩票|手机app下载 爱投彩票|手机app下载 腾龙彩票|官网登录 北斗彩票|官网登录 北斗彩票|手机app下载 49彩票|手机app下载 好盈彩票|官网登录 博雅彩票|手机app下载 大优彩票|官网登录 龙腾彩票|官网登录 南方彩票|官网登录 环球彩票|官网登录 华阳彩票|手机app下载