摘 要：近年來LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，伴隨而來的是越來越多的大功率LED產(chǎn)品，這些新光源豐富了人們的生活色彩，同時也給人們帶來了光輻射安全問題。本文首先介紹了LED的光輻射危害性問題以及相關(guān)的國際標準；之后介紹了現(xiàn)今處理LED光安全性的幾個難點問題；最后提出了對LED光安全性標準化的初步設(shè)想。
關(guān)鍵詞：LED 光安全 眩惑 標準
一、引言
LED技術(shù)地不斷進步，使得出現(xiàn)在市場上的大功率LED產(chǎn)品日益增多，LED市場正在以令人吃驚的步調(diào)向前發(fā)展。LED的長壽命、小體積和高亮度等特性使其倍受設(shè)備制造商和用戶的歡迎。如今，LED已經(jīng)滲透到了大量的應(yīng)用場合，并繼續(xù)保持著飛速發(fā)展的勢頭。例如高亮度的LED已經(jīng)廣泛應(yīng)用于：手機彩屏和背光源、液晶屏背光源、汽車尾燈和車廂內(nèi)部用燈、交通紅綠燈、標志牌、電子顯示設(shè)備、便攜式手電筒和玩具等方面。
圖1 LED市場預(yù)測
同時，通過不間斷的研究，制造商在過去幾年中已經(jīng)使得LED的發(fā)光度得到大大提高而其單位成本卻不斷降低，因此LED越來越呈現(xiàn)出作為未來主要的人造光源的潛力，有可能會代替幾乎所有現(xiàn)今存在的其它人造光源。
但是，在LED的功效不斷增大，亮度不斷提高的同時，過去的LED出射光不會對人體造成危害的時代也一去不復(fù)返了。人們不得不開始關(guān)注LED產(chǎn)品在使用過程中的光輻射安全性問題，而解決這個問題的最有效方法就是標準化。科學(xué)適用的標準可以使不合格LED產(chǎn)品無處遁形，同時也能為人們安全使用LED產(chǎn)品提供指導(dǎo)，還可對整個LED產(chǎn)業(yè)起到極大的促進作用。
二、LED的光輻射危害
和其它光源一樣，LED的光輻射理論上也能對人體造成危害。傷害主要發(fā)生在人的眼睛和皮膚，如皮膚和眼睛的光化學(xué)危害、眼睛的近紫外危害、視網(wǎng)膜藍光光化學(xué)危害、視網(wǎng)膜無晶狀體光化學(xué)危害、視網(wǎng)膜熱危害和皮膚熱危害等，而兩者之中更容易受到傷害的是眼睛。此外，LED也能引起眩光危害。眩光就是在視野中由于亮度的分布或范圍不適宜，或在空間或時間上存在著極端的亮度對比，以至引起不舒適和降低物體可見度的視覺條件，眩光是評價照明質(zhì)量的最重要因素之一。
但是LED與高強度，高方向性的激光光束不同，在現(xiàn)今的實際應(yīng)用場合中能夠?qū)θ搜郛a(chǎn)生直接危害的LED光源幾乎沒有（盡管很多標準已經(jīng)對LED的安全性要求做了規(guī)定），所以我們要關(guān)心的主要是一些光亮度能夠?qū)е氯搜垩；蟮腖ED光源。我們稱這種危害為�；笪：�，具體是指耀眼的光亮使得人眼花繚亂或產(chǎn)生不利的視覺殘留現(xiàn)象的危害，這是我們用于定義介于眩光危害和直接光化學(xué)危害的中間階段而引入的新概念。曾經(jīng)在夜間行駛的司機可能已經(jīng)注意到LED的交通紅綠燈的亮度看上去很不舒服，而且已經(jīng)有報告指出一些LED手電筒也能夠?qū)е掠憛挼难；蠛鸵曈X殘留。
圖2 高亮度白光LED交通燈和手電筒
可是不幸的是，由于LED產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，LED應(yīng)用場合的不斷增加，明確LED的安全性問題并不是一件容易的事。至今沒有起草過專門的LED安全性方面的指導(dǎo)性文件。而且在LED到底應(yīng)該被歸類到激光器類還是非相干光源類這一問題上也存在爭議。此外，對于如何測試LED的輸出光的問題也存在不同的觀點。那么處理LED的光安全問題的相關(guān)標準發(fā)展到何種程度了呢？
三、LED的光安全標準
1、標準化相關(guān)組織
目前，與LED的安全性方面的相關(guān)標準的制定密切相關(guān)的組織主要有：
1）國際防非電離輻射委員會(ICNIRP)：
ICNIRP根據(jù)對生物物理數(shù)據(jù)的評估提供推薦曝光限值，并且出版了非相干光源和激光束的光安全方面的指導(dǎo)方針。對于目前所關(guān)心的LED各個方面的問題，ICNIRP聲明建議對于LED的安全評估和對應(yīng)測試應(yīng)該遵循非相干光源的指導(dǎo)方針。盡管該聲明并不具有法律效應(yīng)，但是它為開始建立專門的科學(xué)適用的LED光安全性問題方面的標準提供了一個很好的起點。
2）國際照明委員會（CIE）
由于LED已經(jīng)在許多特定場合被廣泛應(yīng)用，而且不斷朝著普通照明領(lǐng)域擴展，CIE在最新版的CIE S 009/E:2002標準中對LED的安全性做出了規(guī)定。對LED造成皮膚和眼睛的光化學(xué)危害、眼睛的近紫外危害、視網(wǎng)膜藍光光化學(xué)危害、視網(wǎng)膜無晶狀體光化學(xué)危害、視網(wǎng)膜熱危害和皮膚熱危害等危害的曝輻限值做出了規(guī)定，這些曝光限值是根據(jù)ICNIRP的相應(yīng)指導(dǎo)方針得到的。同時這個標準還提供了參考測試條件，并為評估和控制來自非相干的寬波段光源的光輻射所產(chǎn)生的光生物危害提供了一個安全等級分類依據(jù)。相應(yīng)的國家標準也已于２００４年由國家電光源檢測中心和浙江大學(xué)三色儀器有限公司負責起草完成。
3）國際電工委員會（IEC）
IEC提供制造業(yè)標準，包括專門處理激光產(chǎn)品安全性的IEC 60825系列標準。IEC 60825的第一部分包括制造業(yè)的必備條件的要求，而這個已經(jīng)作為EN 60825-1被歐洲采用。IEC 60825 從1993年的版本開始將LED產(chǎn)品考慮進來。
但是根據(jù)LED的一般應(yīng)用場合，可知用于評估激光束的測試條件并不適合于LED的評估。過去曾經(jīng)嘗試通過修改測試步驟來解決這一問題，但是不幸的是，國際標準和歐洲標準，以及一些國家標準中對此所作出的修改并不一致。如今，測試方法已經(jīng)較符合實際需要，但是關(guān)于更完善的改進意見的討論仍在繼續(xù)進行中。
2、現(xiàn)行的LED光安全標準
1）來源
前文已經(jīng)提及，至今沒有起草過專門針對LED的有關(guān)光安全性方面的標準，所以現(xiàn)階段對LED光安全性問題的處理主要參考其它適用的權(quán)威的國際標準，主要有CIE S 009/E:2002和IEC 60825-1，而對于這兩個標準也沒有涉及的問題，各個地區(qū)各個國家會參考各自的適用標準。
2）指導(dǎo)思想
現(xiàn)行LED光安全標準在處理LED光安全性問題時的指導(dǎo)思想是：模擬人在LED危害可能性最大的情況下使用LED的情節(jié)。因為只有在上述情況下LED是安全的，那么我們才能確定該LED是安全的。例如在IEC 60825-1中對于光散射輸出的光源，標準通過評估該光束經(jīng)透鏡會聚之后的危害來確定LED類別。
3）內(nèi)容
現(xiàn)行LED光安全標準一般主要包括四個方面內(nèi)容：生產(chǎn)制造要求、曝輻限值、產(chǎn)品分類、測試方法。生產(chǎn)制造要求主要針對制造商，如產(chǎn)品標簽、檢驗、使用指導(dǎo)、安全防護等方面要求。曝輻限值一般來源于國際防非電離輻射委員會(ICNIRP)提供的指導(dǎo)方針，這個隨著人類對光生物機理的認識的深入會更加科學(xué)，更加精確。產(chǎn)品分類是指通過測試得到產(chǎn)品的光生物化學(xué)作用有效光輸出，從而比較標準中規(guī)定的分類依據(jù)確定產(chǎn)品類別，為用戶提供指導(dǎo)。最后，測試方法是指標準中提出的符合標準要求的測試方法。這四個方面既互相區(qū)別又互相聯(lián)系，例如標準會規(guī)定制造商必須提供產(chǎn)品的類別，那么我們首先就要對產(chǎn)品進行測試，之后又要根據(jù)曝輻限值和分類依據(jù)明確該產(chǎn)品類別。
4）啟發(fā)
現(xiàn)行LED光安全標準對我們有二點啟發(fā)：一、學(xué)科交叉。沒有光學(xué)和醫(yī)學(xué)的綜合考慮，就得不到科學(xué)適用的曝輻限值。因此要縮短我國與國際上在光安全性研究方面的差距，促進學(xué)科交叉是必由之路。二、沒有永遠的權(quán)威�？v觀各個時期CIE和IEC出版的標準，沒有不斷的修改就沒有如今最新的CIE和IEC的標準。因此，我們要發(fā)揮自己的優(yōu)勢，積極參與到國際標準化進程中。
四、難點問題
由于實際的應(yīng)用情節(jié)錯綜復(fù)雜，在處理LED光安全性問題中不可避免的存在幾個棘手的問題，例如：
1、極限異常情況的判定
關(guān)于LED照射下引起眼睛危害的現(xiàn)實可能的最壞情節(jié)的分析可能會非常復(fù)雜，例如在某些情況下，最有害的觀察點可能是在離開光源的某個距離處而不是最近處。例如紅綠燈LED陣列。在極其靠近的距離觀察，僅有一個LED的輻射光成像在人眼中，而在較遠距離觀察則是所有LED成像。另外一個復(fù)雜性來自于在制造商規(guī)定的極限條件之外使用LED。
2、表觀光源的確定
現(xiàn)行標準在測試分析LED光安全性時一般都會涉及表觀光源的概念。根據(jù)IEC 60825-1的定義，表觀光源是指在視網(wǎng)膜上形成最小影像的實或虛發(fā)光體，如圖3所示。但是實際情況中的很多光源并不如圖3所示的這么簡單，因此對這些復(fù)雜光源確定表觀光源大小就變得十分棘手。
圖3 表觀光源例
解鈴還須系鈴人，要在未來的關(guān)于LED的光安全性問題的標準化過程中很好地解決這些難題的唯一途徑就是對實際情況的深入理解。這既包括對人眼、皮膚組織結(jié)構(gòu)的不斷認識，同時也包括對光生物化學(xué)機理的深入認識和對實際應(yīng)用場合的充分考慮。
五、LED光安全性標準化建議
1、盡快建立科學(xué)適用的專門的LED光安全性標準
現(xiàn)在對于LED光安全性方面問題的處理主要是參考IEC 60825標準，但是LED的寬光譜和擴散光束輸出特性與激光存在顯著的不同，這明顯不能夠完全滿足LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求。另外，雖然CIE S 009/E:2002現(xiàn)在也對LED的光安全性問題做出了規(guī)定，但是LED的特性也不同于傳統(tǒng)的燈具。因此，為了LED產(chǎn)業(yè)的健康快速發(fā)展，建立專門的針對LED的光安全性標準迫在眉睫。
2、如何建立專門的LED光安全性標準
過去在建立光安全性標準時，往往以被測光源作為中心，一切以被測光源的特性、需要為中心來考慮光安全性問題。例如，對于激光有IEC 60825，對于傳統(tǒng)照明燈有CIE S 009。而LED是既不同于激光，又不同于傳統(tǒng)照明燈的新興光源，它具有完全新型的特性，所以理論上也應(yīng)該以LED為中心重新考慮一份完全另類的標準。但是這一方面會花費大量的人力物；另一方面，由于LED畢竟是一種新興光源，人類對它的認識還處于起步階段，認識不充分；再一方面，由于LED發(fā)展得極其迅速，標準也很容易“過期”。
我認為在LED光安全性標準的建立過程中應(yīng)該改變思路，由實際的應(yīng)用場合入手。例如照明場合就從實際照明需要入手，指示場合就考慮實際指示用途需求。這樣做的好處是：可以充分利用現(xiàn)有資源。因為LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展很大程度上表現(xiàn)在代替激光產(chǎn)品和傳統(tǒng)照明產(chǎn)品在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，而這些應(yīng)用場合我們在過去已經(jīng)有了較深入的理解，而且在處理這些問題時我們還能夠參考IEC 60825和CIE S 009/E:2002，例如對于代替照明用途的情況我們可以參考CIE S 009/E:2002，對于代替激光的場合則可以參考IEC 60825。
六、結(jié)論
LED光輻射安全性問題對我們國家既是一個機遇又是一個挑戰(zhàn)。我國是一個發(fā)展中國家，歷史原因使我們與西方發(fā)達國家在傳統(tǒng)項目上存在極大差距，新世紀我們的主要任務(wù)就是要努力縮短這一差距，而LED產(chǎn)業(yè)的發(fā)展為我們提供了一個很好的契機。LED與其它傳統(tǒng)光源不同，它是一種全新的光源，LED光輻射安全性問題也是一個新問題，西方發(fā)達國家和我們一樣都處于一種探索前進的開始階段，這從至今沒有出現(xiàn)專門針對LED的光安全性標準可見一斑。如果我們能夠在這一方面有所建樹，有所突破，這對我國在未來國際LED產(chǎn)業(yè)占據(jù)一席之地具有深遠意義。因此，現(xiàn)階段我們必須加大LED技術(shù)的研究力度；加快推進學(xué)科交叉，加強互動交流，深入研究光生物動力學(xué)機理；積極參與CIE、IEC等國際組織的活動。 |
