標(biāo)題：三論IEC62778《 應(yīng)用IEC62471評價燈和燈具藍(lán)光危害》 國際標(biāo)準(zhǔn)的不妥
中國半導(dǎo)體照明網(wǎng)特邀專稿：【作者：廣東省照明學(xué)會/廣東省質(zhì)監(jiān)局缺陷產(chǎn)品管理中心 李自力】今年初本人已發(fā)表對國際標(biāo)準(zhǔn)IEC62778《 應(yīng)用IEC62471評價燈和燈具藍(lán)光危害》的兩大核心內(nèi)容的不妥之處的分析。其中《 國際標(biāo)準(zhǔn)IEC62778<應(yīng)用IEC62471評價燈和燈具的藍(lán)光危害>中 “藍(lán)光危害效能KBV”超誤差的探討》一文,在假定認(rèn)可其IEC62778標(biāo)準(zhǔn)中定義“注3 KBV = LB/L=EB/E ”，不深究其是否成立的情況下，驗證了IEC62778非常好地把復(fù)雜的輻射照度測量特別是輻射亮度測量轉(zhuǎn)化為非常簡單的光照度測量。但重點討論指出了IEC62778標(biāo)準(zhǔn)用CCT來確定KBV的誤差嚴(yán)重超過標(biāo)準(zhǔn)聲稱的15%的問題。本文重點再對KBV = LB/L=EB/E 是否成立提出質(zhì)疑，同時指出標(biāo)準(zhǔn)還存在的其它考慮不周之處。
一．IEC62778的KBV = LB/L=EB/E來源
（一）IEC62778 定義“3.1 光輻射的藍(lán)光危害效能”
藍(lán)光危害量與對應(yīng)的光度量之比：
（二）本文按IEC62778 標(biāo)準(zhǔn)為KBV = LB/L=EB/E 找出處
因為IEC62778標(biāo)準(zhǔn)文本中沒有對注3的出處進(jìn)行明確的解釋說明。
所以，本文通過IEC62778附錄 A : 公式（A.1）～(A.5)并結(jié)合參考其附圖A.1（限于篇幅，更詳細(xì)的請參考IEC62778原文）為KBV = LB/L=EB/E 分析查找依據(jù)。
圖1 IEC 62778 附錄A中的圖A.1
公式（A.1）～(A.5)即：
可見，只要保證Ω為常數(shù)（IEC62778以規(guī)定測量距離200mm和α=0.011rad來保證），此時，照度E與亮度L就正比例線性關(guān)系。則有：
因此，KBV = LB/L=EB/E。 IEC62778標(biāo)準(zhǔn)把“光輻射的藍(lán)光危害效能KBV”作為最重要的定義，后面的很多內(nèi)容以它為核心基礎(chǔ)用到它，例如圖7的測量流程等。如果附錄A中聲稱的符合“照度光強(qiáng)的距離平方反比定律”這一前提依據(jù)不準(zhǔn)確或不堅實，整個標(biāo)準(zhǔn)將嚴(yán)重失誤。下面本文對其是否成立進(jìn)行分析。
二、對IEC62778的KBV = LB/L=EB/E 的分析
（一）近距離測量LED--不符合“照度光強(qiáng)的距離平方反比定律”
（一）近距離測量LED--不符合“照度光強(qiáng)的距離平方反比定律”
點光源的概念：簡單說符合“照度光強(qiáng)距離平方反比定律”的就是點光源。點光源是相對概念，太陽是一個巨大的球體，但在地球這個距離范圍，太陽是一個點光源，它符合“照度光強(qiáng)距離平方反比定律”。相反，LED是一個很小的發(fā)光點，但由于空間光分布不均勻是目前主流LED的固有特性，在較近的距離，它不符合“照度光強(qiáng)的距離平方反比定律”，因此，在此距離范圍它不是一個點光源。
國際照明委員會關(guān)于LED照明的一個標(biāo)志性文件（或者說標(biāo)準(zhǔn)）CIE127：1997+2007《LED測量》的第4.2.4條指出“要測量真實的LED光強(qiáng)，光源發(fā)射面積和光度計接收表面的尺寸相比兩者的距離足夠小”（注意：是光源發(fā)射面積和光度計接收表面的尺寸兩者相比兩者的距離足夠小，而不僅僅是光源發(fā)射面積的尺寸）。CIE127規(guī)定了“近場條件B” （測量距離100mm）和“遠(yuǎn)場條件A”（測量距離316mm）的測量條件，并明確了近場條件B下的LED不符合“照度光強(qiáng)平方反比定律”，也就是說E = I / d 2 不成立；遠(yuǎn)場條件A可視為符合“照度光強(qiáng)平方反比定律”，也就是說 E = I / d 2 成立。同時，CIE127還規(guī)定了光度計接收表面的面積為100mm2 (即直徑為11.3mm)。
（二）IEC62778 與CIE127：1997+2007《LED測量》不相符
1）LED空間光分布不均勻的影響
空間光分布不均勻是藍(lán)光芯片型白光LED的固有特征，各個LED封裝都存在而只是程度不同。IEC62778規(guī)定的200mm測試距離介于CIE127 的“近場”和“遠(yuǎn)場”測量條件之間，屬于灰色地帶，對于有些空間光分布相對均勻的LED來說，可能不是問題。但對于有些空間光分布較嚴(yán)重不均勻的LED來說，是不符合“照度光強(qiáng)的距離平方反比定律”的，因此，作為一個國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定200mm測試距離就不嚴(yán)謹(jǐn)，可能對某些LED測量形成很大的誤差。
2）IEC62778附錄A推導(dǎo)時光度計探頭表面尺寸的影響
從原理來說，光強(qiáng)雖然是自然界的七個基本物理量之一，但它的值是通過照度測量換算得到的。理論上來說，照度探頭受光面直徑越小（例如圖2中的A2，其對光源形成的對邊角為Ω2）或者說其離發(fā)光面越遠(yuǎn)，照度測量換算得到的光強(qiáng)值就越準(zhǔn)。但實際上各種因素使得現(xiàn)實中只有一個或幾個標(biāo)準(zhǔn)尺寸（例如CIE127 規(guī)定的探頭受光面直徑為11.3mm，例如圖2中的A1，其對光源形成的對邊角為Ω1）。
從IEC62778原文及上面畫出的圖1可見，IEC62778實際上忽略了照度探頭直徑的條件，沒有提到和考慮到光度計接收表面的尺寸，也就是說采用常規(guī)的光度計（標(biāo)準(zhǔn)直徑為11.3mm，見圖2中A1），這比IEC62778所規(guī)定的200mm距離、0.011rad 界定的大小光源尺寸2.2mm大了約5倍。也就是說光度計接收表面對于光源的對邊角大了約5倍。在CIE127的闡明的100mm近場條件不符合“照度光強(qiáng)平方反比定律”，測得的是平均LED強(qiáng)度，而不是真正的光強(qiáng)，甚至不是工程意義上可允許誤差的光強(qiáng)，對于IEC62778的200mm測量距離，對于一些LED的測試結(jié)果這個誤差可能非常大。
圖2 光源及光度計探頭表面的對邊角示意圖
（三）IEC62778的KBV = LB/L=EB/E依據(jù)不堅實的小結(jié)
由上述可知，IEC62778聲稱的符合“照度光強(qiáng)的距離平方反比定
律” 的前提依據(jù)不準(zhǔn)確或不堅實，作為一個國際標(biāo)準(zhǔn)至少是不夠嚴(yán)謹(jǐn)。其結(jié)果是測得的平均照度轉(zhuǎn)換成亮度后，將低估甚至嚴(yán)重低估其藍(lán)光危害，特別是對窄光束的產(chǎn)品。
三．關(guān)于LED的CCT與“光輻射的藍(lán)光危害效能KBV”的不妥
（一） IEC62778光源CCT與“光輻射的藍(lán)光危害效能KBV”的對應(yīng)關(guān)系
建立光源CCT與“光輻射的藍(lán)光危害效能KBV”的對應(yīng)關(guān)系和使用其來判斷光源的藍(lán)光危害等級是IEC62778的兩大核心內(nèi)容之一。本人在上一篇關(guān)于IEC62778不妥的論文中分析了其沒詳細(xì)考慮放電燈和LED燈的等溫線導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)本身嚴(yán)重超誤差的問題。這里本文討論IEC62778忽略了LED空間顏色分布不均勻性使CCT誤差嚴(yán)重，導(dǎo)致對某些LED產(chǎn)品藍(lán)光危害的嚴(yán)重低估。
IEC62778標(biāo)準(zhǔn)中沒有明確統(tǒng)一規(guī)定產(chǎn)品CCT是采用最大色溫方向的CCT（不一定是最大光強(qiáng)方向）。由于絕大多數(shù)企業(yè)一般都是積分球光譜分布測量系統(tǒng)而沒有價值幾十、上百萬元的空間光譜分布測量系統(tǒng)，企業(yè)測得的是整燈平均CCT對外聲稱的LED色溫也是整燈平均CCT。大多數(shù)檢驗機(jī)構(gòu)對光譜、對藍(lán)光危害測試的知識深度認(rèn)識不夠，也大多數(shù)會使用整燈平均CCT來按IEC62778進(jìn)行判斷。
然而，空間顏色分布不均勻也是藍(lán)光芯片型白光LED光源的主要固有缺點之一。加上影響因素眾多，各LED光源一致性也不好，有的空間顏色分布不均勻甚至很嚴(yán)重。
（二）藍(lán)光芯片型白光LED光源的一個主要固有缺點是空間顏色分布不均勻的原理及實例
1. 空間顏色分布不均勻的原理
以平面型熒光粉封裝來簡單說明其原理，就是法線方向出射的藍(lán)光最多，被熒光粉吸收最少（在法線方向的粉層最薄），轉(zhuǎn)換成紅綠光也最少（向法線方向的投射也最少），其紅綠光與原出射的藍(lán)光最多的組合成的白光中藍(lán)光成分最多，所以在該方向的色溫最高。隨著離開法線的角度越大，藍(lán)光穿過的熒光粉粉層越厚，藍(lán)光被吸收就越多（轉(zhuǎn)換成紅綠光也越多，該方向的投射也越多），該方向出射少的藍(lán)光與投射多的紅綠光組合成的白光中藍(lán)光成分越少，所以在該方向的色溫越低。
圖3 空間顏色分布不均勻分析示意圖
2. 空間顏色分布不均勻的實例
企業(yè)聲稱CCT低于甚至嚴(yán)重低于最大色溫方向的CCT, （有可能不是最大光強(qiáng)方向），所以按照IEC62778將低估甚至嚴(yán)重低估其藍(lán)光危害。
1）實例照片
圖4 空間顏色分布不均勻?qū)嵗龍D
從照片可以看出，投光燈光束中間的色溫很高（偏藍(lán)色，估計有10000K左右），而離開中心角度不遠(yuǎn)色溫很低（黃白色，估計5000K左右），特別是在距離燈較近的情況下（見柱子上端），整燈CCT將是10000～5000K之間的某值。
2）燈具不同發(fā)光角度的色溫變化測量結(jié)果（《中國照明電器協(xié)會論壇論文集》約稿發(fā)表于6年前左右）
圖5 空間顏色分布不均勻測量樣品圖
其測量結(jié)果見下表：
注：1) 相關(guān)色溫是同一角度3次測量結(jié)果的平均值。
2) 樣品測量時，光譜儀光纖探頭不動，轉(zhuǎn)動燈具到各角度測量。
（三） IEC62778關(guān)于LED的CCT與“光輻射的藍(lán)光危害效能KBV”問題的小結(jié)
從上述可知，因IEC62778沒有詳細(xì)考慮LED空間顏色分布不均勻性，沒有明確統(tǒng)一規(guī)定使用產(chǎn)品的CCT參數(shù)是最大色溫方向的CCT還是整燈平均CCT，但從IEC62778的圖1等處可看出標(biāo)準(zhǔn)指的是LED整燈的色溫CCT（圖1中LED與其它沒有空間顏色分布不均勻問題的傳統(tǒng)光源放一起比較），同時按照目前行業(yè)現(xiàn)實情況，按IEC62778評估的藍(lán)光危害將大大低估了實際危害。
四．IEC62778有關(guān) LED色溫考慮不周詳
IEC62778的圖1（見下圖）中顯示熒光燈最高色溫達(dá)到約14500K，而LED的最高色溫只有6000K。
圖6 IEC62778“圖1光輻射藍(lán)光危害效能KBV與不同光源的色溫”
我們知道光源產(chǎn)業(yè)早期，絕大多數(shù)直管熒光燈最高色溫標(biāo)稱為6500K，后期由于出現(xiàn)細(xì)管徑環(huán)形熒光燈很多色溫高達(dá)10000K。受LED照明的沖擊，熒光燈的生產(chǎn)和銷售大幅度下降。而LED光源早期色溫高達(dá)10000K的較多，隨著LED技術(shù)發(fā)展光效大幅提升使高色溫LED減少，但仍然有很多高色溫的低質(zhì)LED充斥市場。且熒光燈是面發(fā)光光源，亮度很低，藍(lán)光危害相對小很多；LED的發(fā)光點很小，亮度很高，藍(lán)光危害相對大很多。綜合來說，相同色溫CCT下LED的藍(lán)光危害風(fēng)險遠(yuǎn)大于熒光燈。因此，IEC62778對LED最高色溫只考慮到6000K是不妥當(dāng)?shù)摹?/div>
五．總結(jié)
今年早期，本人已對國際標(biāo)準(zhǔn)IEC62778的兩大核心內(nèi)容的不妥發(fā)表了討論，加上今天的討論，可以看出藍(lán)光危害技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及測試的復(fù)雜性。文中屬個人觀點，歡迎共同探討指正！
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