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LED灯具蓝光危害评估方法[2]

2013-3-29  来源:国家灯具质量监督检验中心 全国照明电器标准化技术委员会灯具分技术委员会 201114  作者:施晓红 陈超中  有415848人阅读

  正在起草中IEC 60598-1第8版首次以LED为关注焦点对标准进行修订,其中蓝光危害的要求引用了IEC/TR 62778的要求。本文以修订中的IEC 60598-1第8版CDV文件考虑的灯具蓝光危害的标记和结构要求为切入点,介绍了IEC 62471和IEC/TR 62778标准的相关要求,以及灯具产品进行蓝光评价的一般方法。

  -对于一些设计成使用整体式LED光源的灯具,需要对灯具整体进行试验;

  -在建筑物中经过周到考虑的延展的LED阵列,或使用更多的光学器件不会增加基本LED光源的危险组类别;

  -制造商声称的灯具光度数据可以用于”a”项所要求的评估。

  4. 对儿童用可移式灯具和电源插座安装的夜灯

  对IEC60598-2-10覆盖的儿童用可移式灯具,以及IEC60598-2-12覆盖的电源插座安装的夜灯,在200mm(0.011弧度测量)不应超过RG1。

  二、IEC/TR 62778的内容概要

  在IEC 60598-1第8版CDV文件中标记和结构要求中增加的蓝光危害的相关要求中,在引出一些新的概念,如蓝光危害、危险组别(RG),Ethr等的同时,也规定了灯具蓝光危害的评价要按照IEC TR 62778的规定。

  (一)定义

  1.蓝光危害blue light hazard,BLH

  由波长主要介于400nm和500nm的辐射照射后引起的光化学作用,导致视网膜损伤的潜能。此伤害机理主要是超过10s的热损伤生理反应。

  2.风险组别risk group,RG

  按照IEC 62471的定义, 当产品在相关评价位置产生上升到表1的某一tmax值时的危险分类。

  3. 照度阈threshold illuminance,

  照度值的阈,不考虑光源的值,低于这个阈的光源,不会引起

  注1:可以通过tmax=100s时EB值进行计算,其中EB=1W/m2,并将其除以光源光谱相应的KB,v值。

  注2:照度阈用lm/m2 = lx表达。

  4. 蓝光加权辐照度blue light weighted irradiance,用IEC 62471定义的蓝光光谱加权函数进行光谱加权的辐照度。

  5. 光辐射的蓝光危害效能blue light hazard efficacy of luminous radiation,光危害量与相应光度量的商。

  其中:= 683 lm/W。

  注1:光辐射的蓝光危害效能用W/lm表达。

  6. 蓝光加权亮度blue light weighted radiance,LB

  以IEC 62471规定的蓝光光谱函数加权的亮度。

  7.集光率etendue

  在一个光学系统中收集光束的几何特性,其构成包括这些光线所经过平面的所有位置和它们传导的所有方向。

  8. 整体式部件integral component

  构成灯具的一个不可替换部分的元件,它不能与灯具分开进行试验。

  (二)从IEC 62471到IEC/TR 62778

  IEC 62471是一个综合性的平行标准,描述了所有潜在的健康危害,从光谱的紫外、可见光和红外波段。IEC/TR 62778是一个仅针对IEC 62471:2006标准的第4.3.3条和第4.3.4条所描述的视网膜蓝光危害的技术报告。

  1. IEC 62471规定使用的评价参数

  -辐亮度

  视网膜蓝光危害主要由可见光中的蓝光波段引起的,对视网膜有潜在的危害作用。它在视网膜上的作用不仅在于到达眼睛的光的数量,而且关乎发光光源的尺寸。相同数量的光,大的光源在视网膜上的成像区域较大,所以在视网膜上产生的辐亮度低于小光源。IEC 62471:2006第4.3.3条将此描述为光源辐亮度的最大允许曝光时间tmax。

  辐亮度L(单位: W/(m2.sr) )是一个描述辐射强度的量,是射入某方向的辐射功率除以从相同方向看到的光源的表面积。在成像系统里,例如眼睛,成像平面(对眼睛来说是视网膜)上的局部照度与光源的亮度成比例。

  -辐照度

  当光源太小以至于不会强烈成像,或者它是如此的小以至于它远不能在视网膜上的相同区域固定而产生危害,那辐亮度不是一个适当的值。在这种情况下,要应用IEC 62471:2006第4.3.4 条,这时在瞳孔上的辐照度作为一个与在视网膜上的辐亮度成比例的值。

  “大”光源使用4.3.3,或“小”光源的使用4.3.4,取决于光源的尺寸以及观察距离。光源的包络角是一个识别量。当产生危险的时间大于10s时,IEC 62471规定光源大或小的包络角限值是0.011rad。当处于大或小的边缘时,可以用4.3.3或4.3.4二者选一的方法计算tmax,将得到5%以内的相同的结果。5%的偏离是由于辐射量转换到tmax的转换因数的取整。

  2. IEC 62471规定的评价蓝光危害的标准条件

  IEC 62471陈述了产品的危害类别。因为根据IEC 62471:2006第4.3条计算的tmax值由产品本身和其被观察的距离确定,不能将它们本身用于确定产品特有的危害类别,因此IEC 62471第6章陈述了确定危害类别的评价光生物安全的标准条件,即对于要用于普通照明(GLS)的灯,应在不小于200mm的产生500 lx照度的距离报告危害值。对其他光源,包括脉冲灯,应在200mm报告危害值。在评价距离上确定tmax,而且当其不到100s时,产品分类为危险组别2(RG2),并要求有警告标贴。

  重要的是要仔细评定这两种不同评估条件可以提供的信息,它们与实际应用中的危害评价相关。虽然500 lx是照明应用中大量使用的一个典型照度值,但也不能否认存在一些应用,即在观察者位置的距离照度高于500 lx。那500 lx的危害等级告诉我们什么呢?另外,对用于人们不会处于工作光源近处的高功率光源,在200mm评价又将导致夸大的危害评估,例如道路照明和体育馆照明,而近距离测量这样的光源的又一个问题是对标准光度测量设备的损害。

  3. IEC/TR 62778的考虑

  虽然IEC 62471引导GLS情景下的500lx测量,而实际上照明水平通常会高于或低于500lx,500lx并不必然代表适宜的光辐射情景。因此IEC/TR 62778推荐在200mm、0.011rad测量来确定适宜的RG1/2的边界条件。

  IEC/TR 62778将调查下述两个事项(a)基于光源元件将其转换成一个较高水准照明产品的光生物安全的信息;(b)推荐测量距离和危害组分类。经过光谱计算和光度考虑,这些推荐建立在分析与蓝光危害相关量的基础上。

  三、IEC/TR 62778评价方法的基础

  IEC/TR 62778给出了LED照明产品应用存在的几个水平,提出初级光源的危害分类可以传递到其之后水平产品。

  (一)LED封装、LED模块、灯和灯具是LED照明产品的几个应用水平

  在照明商业中,基于组合的水平存在产品层次。不同组合水平的产品由不同的制造商制造。为了尽可能避免每次在下个水平的重复评价,有必要将光生物安全的信息通过链往下传。由于每下个水平一般都伴随着产品变化的急剧增加,所以这非常需要。

  在LED之前,所有照明技术存在两个水平:灯和灯具。灯是初级光源,利用开放的机械和电气接口的行业标准,灯置入灯具内。灯具设计时是考虑某一类型的灯泡,但由于灯具中的接口标准是开放的,最终用户具有用另一种类型的灯泡替代这个灯的可能性。

  对LED技术,情况更多样化了。存在产品水平链,工业界对它们进行下述的编号:

  水平0:LED芯片。

  水平1:LED封装,允许焊接和清洁的室内环境以外的处理。对白光LED封装,内部含有将芯片的蓝色光转换成其他波长产生白光的荧光粉材料。

  水平2:基本LED模块,包括在印刷线路板上的一个多个LED封装。

  水平3:有扩展功能的LED模块,通常包括一个带有允许机械安装,电气连接或光度作用的附加特性的水平2的板。呈现的附加特性取决于产品类型,而且可能包括一些或全部LED模块工作所需的电子控制装置。

  水平4:灯具,应用中使用的LED产品。

  通常,水平4产品中的低水平LED模块和LED封装未设计成最终用户容易替换的。不同水平的接口很少以开放的工业标准为基础。

  LED替换灯是一个特例。它们是公开销售的LED产品,为开放的之前存在的灯技术的标准接口设计。他们将作为灯具原设计的灯的替代,由最终使用者装入灯具。

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