LED灯具光辐射安全相关标准

     摘要：介绍了关于LED 光辐射安全的主要标准，包括国际非电离辐射防护委员会的光辐射导则、国际照明委员会、国际电工委员会、欧盟、北美的激光产品或灯和灯系统的光生物安全性标准，分析了这些标准的差异和联系。

      关键词:LED灯具 光辐射安全 危险等级

      0 引言

      随着照明技术的发展，特别是LED 照明光源的出现，光源的光辐射安全问题越来越为人们所关注。

      早在上世纪30 年代人们就开始研究各种光谱对人体的影响，80 年代初，美国的Sliney 和Wolbarsht 发表了有关激光和其他光源安全性的手册。目前世界上许多国家或地区都在不断完善灯和灯系统的光生物安全性要求、光辐射的安全标准。本文意在厘清目前世界上主要的光辐射安全标准情况，对这些标准作简单的差异比较和联系分析。

      1 国际非电离辐射防护委员会发布的导则

      国际非电离辐射防护委员会( ICNIRP) 的研究范围之一是确定人类曝露于非电离辐射中时，非电离辐射对人类的不利影响。曝辐导则是该委员会发布的基于各种科学研究结果推导建立的关于基本曝辐时间或曝辐限值的文件，这些导则一般刊登于《HealthPhysics》等期刊。目前有效的ICNIRP 光辐射相关导则见表1。

      不管是激光或者是非相干光，其光辐射安全基础都来自于ICNIRP 的相关导则。导则中包括了基础的危害加权函数、测量参数、辐射时间等具体参数。

      另外，该类导则是随着实验成果的积累而不断更新的，因此能更好地符合光辐射安全要求。对于目前很多人关心的LED 相关问题，ICNIRP 建议对于LED 的安全评估及相应测试遵循非相干光源的导则。

      2 激光辐射安全标准

      关于激光产品的IEC 安全标准为IEC 60825 － 1《激光产品的安全第1 部分: 设备分类、要求和用户指南》。该标准分为总则、制造要求和制造指南3 个方面，针对光谱范围为180nm ～ 1mm 波长的激光器的辐射安全评估提出了激光的安全工作水平，并引入按照激光器和激光产品危害程度分类的体系; 还通过规定标签、标记和说明来确保警示与激光产品的可达辐射有关的各种危害。其相关危害限值源自ICNIRP光辐射相关导则。

      在对LED 的辐射安全测量中，IEC 60825 与IEC62471《灯和灯系统的光生物安全性》容易发生混淆。

      IEC 60825 － 1: 1993 + A1: 1997 + A2: 2001《激光产品的安全第1 部分: 设备分类、要求和用户指南》中定义的激光器包括LED 产品，它把LED 产品看成激光类产品进行辐射安全的分类。由于该标准是对单一波长的光进行能量测试计算，而LED 光谱实际上是宽波段光谱，并不适合采用激光的辐射安全分类方法。所以在的第2 版IEC 60825 － 1: 2007 标准的范围与目的章节中，明确了LED 不包括在IEC60825 － 1 标准中。

      由于灯具辐射安全标准的发展，LED 作为一种灯具，应该采用《灯和灯系统的光生物安全性》来评估其光辐射安全性。IEC 发布CTL 决议要求，从2009 年9 月1 日开始，LED 产品正式采用IEC62471: 2006 和EN 62471: 2008 标准评估其安全性，设置1 年的过渡期，即采用IEC 60825 测试的LED 安全有效期截止至2010 年9 月1 日，此日期之后的所有LED 产品光辐射安全测试必须全部使用IEC62471: 2006 和EN 62471: 2008 标准。

      3 灯和灯系统光生物安全标准

      国际照明委员会( CIE) 于2002 年发布了CIE S009 / E: 2002《灯和灯系统的光生物安全性》标准。

      CIE 很少发布标准，其发布的文件大多以技术等形式出现，由此可见CIE 对光生物安全的重视程度。

      2006 年，IEC 等同采用CIE S 009 / E: 2002 出版了光生物安全标准IEC 62471: 2006; 同年，我国也等同采用并出版了GB /T 20145 － 2006。欧盟在2008 年出版了EN 62471: 2008，该标准在IEC 62471: 2006 基础上考虑了欧盟2006 /25 /EC 指令的部分要求，使该标准的限值更为苛刻，测试要求更高。2009 年，IEC 出版了IEC /TR 62471 － 2，使之与IEC 62471: 2006 形成一个垂直标准系列。标准名称见表2。

      3. 1 CIE S 009 / E: 2002 标准

      CIE S 009 / E: 2002 适用于所有的灯和灯系统( 包括LED、白炽灯、荧光灯、气体放电灯、电弧灯等类型的光源以及使用这些光源的灯具，但不包括激光) 在200 ～ 3 000nm 波长范围内光学辐射的光生物危害评估和控制。该标准主要从辐照度与辐亮度两个方面评估光辐射分别对皮肤和眼睛的危害程度以及按照灯和灯系统的危害程度进行危险等级的分类。

      在辐亮度的量值测试中，主要评估的是灯和灯系统对视网膜的危害。由于人眼的构造类似于成像式光学系统，光辐射能到达视网膜的波长范围是300 ～1 400nm( 其他波长的光都分别被角膜、前房、晶状体、玻璃体等部分所吸收) ，而此波段中蓝光部分的光谱在人眼各个部分的透射率，所以蓝光特别容易到达人的视网膜，在相同的光谱能量下蓝光比其他光谱的光更容易造成视网膜的损伤，这就是我们常说的“蓝光危害”。然而我们常见的功率型照明用LED正是由蓝光LED 芯片激发黄色荧光粉之后混色发光的，尤其是高色温LED，其蓝光光谱成分较多，往往在危险等级的评估中易于超出无危险类的限值。

      与视网膜相关的危害限值与视网膜受辐照的面积有较大关系。由于角膜和晶状体将可见光聚焦于视网膜上，所以视网膜受辐照面积的测量必须和可见光源的对边角联系起来。当辐照时间大于0. 25s，快速的眼睛运动会使被测量光源在视网膜上的成像被扩大，从而形成一个更大的角度，该角度称为有效对边角。如果在相应的曝辐时间下测量危害值时考虑不同受照时间的有效对边角，会使辐亮度的测量相对复杂许多。

      而辐照度测量相对于辐亮度测量较简单，由于辐照度测量模拟的是光线直接到达皮肤以及眼睛表面，不同于亮度测量模拟了人眼成像。一般采用小积分球开孔的方法来进行余弦修正。

      相应的辐照度或辐亮度量值与相应的加权函数相乘可以得出有效的危害值，如表3 所示。这些相应的加权函数正是源于ICNIRP 的非相干光源的导则。

      所以无论对激光还是对非相干光，这些导则都是评估其危害的科学基础。在CIE S 009 / E: 2002 标准中，灯和灯系统被划分为无危险类、低危险类、中度危险类和高危险类。

      3. 2 EN 62471 标准与欧盟2006 /25 /EC 指令

      EN 62471: 2008 是基于IEC 62471: 2006 制定的，与IEC 62471: 2006 的区别是其第4 章曝辐限值中规定: IEC 62471: 2006 中所规定的曝辐限值在欧洲已经被人工光学辐射源指令2006 /25 /EC 中规定的限值所覆盖。所以在EN 62471: 2008 中所采用的所有曝辐限值均为欧盟指令所要求的限值，IEC 62471: 2006的曝辐限值被放置于附件ZB 中，作为参考保留。

      IEC 62471: 2006 与EN 62471: 2008 的差异比较如表4。

      180nm 以下的紫外波段一般认为是真空紫外波段，该波段的光谱能量能被大气中的氧气强烈吸收，不容易对人体造成伤害。180 ～ 200nm 为真空紫外向非真空紫外的过渡波段，EN 标准采用比IEC 更加广泛的光谱范围规定紫外危害值; 并且蓝光小光源限值与IEC 的相差100 倍，是因为EN 标准考虑了面对眼科装置或外科手术期间的静止不动的眼睛，该情况下的辐照时间将由眼睛正常进行生理运动时的100s 延长为10 000s，从而限值相差了100 倍。可见EN62471: 2008 的限值要求比IEC 62471: 2006 更加严格。

      3. 3 IEC /TR 62471 － 2: 2009

      IEC 62471 虽然提供了一个所有类别灯的危险等级分类系统和测试方法，但是并没有指导灯和灯系统制造商或使用者根据标准测得样品的危险等级后应如何依据该危险等级分类去安全使用该样品。为此IEC 出版了IEC /TR 62471 － 2: 2009《非激光光辐射安全的制造导则》，使之与IEC 62471: 2006 形成一个垂直标准系列，目的是使制造商或者使用者根据标准测得样品的危险等级后，能根据不同场合的需要选用不同危险等级的灯。比如指导在某种工作场所需要安装使用某种危险等级以下的灯。该技术在对IEC 62471 测试条件补充的同时，明确了制造商如何评估危险等级，规定了光源制造商与灯具制造商之间危险等级的采用条件，以及对灯具辐射安全标签的要求。

      IEC /TR 62471 － 2: 2009 针对LED 灯具有一个重要的条款，规定了由于LED 光源不含有紫外、红外光谱，制造商评估LED 光源时采用该技术的测试条件，测得的危险等级可以被使用该光源的LED 灯具采用，即可以免除重复测量。

      可以说IEC /TR 62471 － 2: 2009 主要作为IEC62471 的一个垂直标准，使灯和灯系统光生物安全性检测成为一个更为完整的测量体系，使该标准体系的危险等级评估具有更强的可操作性，有利于检测机构依据该标准体系开展相关工作。

      4 北美光生物安全推荐实施规程

      早在1996 年，北美照明学会( IESNA) 、美国国家标准组织( ANSI) 就在光辐射安全的检测中先行一步，出版了《灯和灯系统光生物安全性推荐实施规程》，该规程包括一般要求、测量技术、灯危险等级分类和标签等，随后又陆续出版了该实施规程的第2版。现行有效的北美光生物安全标准编号和名称见表5。

      北美的该规程适用于波长范围在200 ～ 3 000nm的所有灯和灯系统辐射安全的评价，但不包括用在光纤通讯系统中的LED 和激光。该系列规程的限值源于美国政府工业卫生协会推荐的临界值限定以及国际非电离辐射防护委员会的相关导则。它从紫外危害、视网膜热危害、视网膜蓝光危害、蓝光小光源危害、无晶状体眼睛危害、红外辐射危害、微弱视觉危害和皮肤热危害8 个方面评价灯和灯系统的危险等级;同时也把灯具危险等级分为无危险类、低危险类、中度危险类及高度危险类; 该规程早于《非激光光辐射安全的制造导则》提出了对标签的要求。但是由于北美标准在我国的受关注度不高，所以该系列标准长期被忽视。

      5 结语

      本文意在厘清目前的光辐射安全标准以及各个标准之间的联系和差异，让使用者更好地理解光辐射安全标准的现状，方便制造商选择适合的产品标准，进一步了解光生物安全标准的限值，从而提高人们对LED 灯具光辐射安全的关注度。