標(biāo)題：三論IEC62778《 應(yīng)用IEC62471評(píng)價(jià)燈和燈具藍(lán)光危害》 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的不妥
中國(guó)半導(dǎo)體照明網(wǎng)特邀專(zhuān)稿：【作者：廣東省照明學(xué)會(huì)/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(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC62778《 應(yīng)用IEC62471評(píng)價(jià)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC62778<應(yīng)用IEC62471評(píng)價(jià)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(yàn)證了IEC62778非常好地把復(fù)雜的輻射照度測(cè)量特別是輻射亮度測(cè)量轉(zhuǎn)化為非常簡(jiǎn)單的光照度測(cè)量。但重點(diǎn)討論指出了IEC62778標(biāo)準(zhǔn)用CCT來(lái)確定KBV的誤差嚴(yán)重超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)聲稱(chēng)的15%的問(wèn)題。本文重點(diǎn)再對(duì)KBV = LB/L=EB/E 是否成立提出質(zhì)疑，同時(shí)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(lái)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(duì)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?yàn)镮EC62778標(biāo)準(zhǔn)文本中沒(méi)有對(duì)注3的出處進(jìn)行明確的解釋說(shuō)明。
所以，本文通過(guò)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(qǐng)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(jiàn)，只要保證Ω為常數(shù)（IEC62778以規(guī)定測(cè)量距離200mm和α=0.011rad來(lái)保證），此時(shí)，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(cè)量流程等。如果附錄A中聲稱(chēng)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(jiān)實(shí)，整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)將嚴(yán)重失誤。下面本文對(duì)其是否成立進(jìn)行分析。
二、對(duì)IEC62778的KBV = LB/L=EB/E 的分析
（一）近距離測(cè)量LED--不符合“照度光強(qiáng)的距離平方反比定律”
（一）近距離測(cè)量LED--不符合“照度光強(qiáng)的距離平方反比定律”
點(diǎn)光源的概念：簡(jiǎn)單說(shuō)符合“照度光強(qiáng)距離平方反比定律”的就是點(diǎn)光源。點(diǎn)光源是相對(duì)概念，太陽(yáng)是一個(gè)巨大的球體，但在地球這個(gè)距離范圍，太陽(yáng)是一個(gè)點(diǎn)光源，它符合“照度光強(qiáng)距離平方反比定律”。相反，LED是一個(gè)很小的發(fā)光點(diǎn)，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(gè)點(diǎn)光源。
國(guó)際照明委員會(huì)關(guān)于LED照明的一個(gè)標(biāo)志性文件（或者說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)）CIE127：1997+2007《LED測(cè)量》的第4.2.4條指出“要測(cè)量真實(shí)的LED光強(qiáng)，光源發(fā)射面積和光度計(jì)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(jì)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(chǎng)條件B” （測(cè)量距離100mm）和“遠(yuǎn)場(chǎng)條件A”（測(cè)量距離316mm）的測(cè)量條件，并明確了近場(chǎng)條件B下的LED不符合“照度光強(qiáng)平方反比定律”，也就是說(shuō)E = I / d 2 不成立；遠(yuǎn)場(chǎng)條件A可視為符合“照度光強(qiáng)平方反比定律”，也就是說(shuō) E = I / d 2 成立。同時(shí)，CIE127還規(guī)定了光度計(jì)接收表面的面積為100mm2 (即直徑為11.3mm)。
（二）IEC62778 與CIE127：1997+2007《LED測(cè)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(gè)LED封裝都存在而只是程度不同。IEC62778規(guī)定的200mm測(cè)試距離介于CIE127 的“近場(chǎng)”和“遠(yuǎn)場(chǎng)”測(cè)量條件之間，屬于灰色地帶，對(duì)于有些空間光分布相對(duì)均勻的LED來(lái)說(shuō)，可能不是問(wèn)題。但對(duì)于有些空間光分布較嚴(yán)重不均勻的LED來(lái)說(shuō)，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(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定200mm測(cè)試距離就不嚴(yán)謹(jǐn)，可能對(duì)某些LED測(cè)量形成很大的誤差。
2）IEC62778附錄A推導(dǎo)時(shí)光度計(jì)探頭表面尺寸的影響
從原理來(lái)說(shuō)，光強(qiáng)雖然是自然界的七個(gè)基本物理量之一，但它的值是通過(guò)照度測(cè)量換算得到的。理論上來(lái)說(shuō)，照度探頭受光面直徑越小（例如圖2中的A2，其對(duì)光源形成的對(duì)邊角為Ω2）或者說(shuō)其離發(fā)光面越遠(yuǎn)，照度測(cè)量換算得到的光強(qiáng)值就越準(zhǔn)。但實(shí)際上各種因素使得現(xiàn)實(shí)中只有一個(gè)或幾個(gè)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(duì)光源形成的對(duì)邊角為Ω1）。
從IEC62778原文及上面畫(huà)出的圖1可見(jiàn)，IEC62778實(shí)際上忽略了照度探頭直徑的條件，沒(méi)有提到和考慮到光度計(jì)接收表面的尺寸，也就是說(shuō)采用常規(guī)的光度計(jì)（標(biāo)準(zhǔn)直徑為11.3mm，見(jiàn)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(shuō)光度計(jì)接收表面對(duì)于光源的對(duì)邊角大了約5倍。在CIE127的闡明的100mm近場(chǎng)條件不符合“照度光強(qiáng)平方反比定律”，測(cè)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(duì)于IEC62778的200mm測(cè)量距離，對(duì)于一些LED的測(cè)試結(jié)果這個(gè)誤差可能非常大。
圖2 光源及光度計(jì)探頭表面的對(duì)邊角示意圖
（三）IEC62778的KBV = LB/L=EB/E依據(jù)不堅(jiān)實(shí)的小結(jié)
由上述可知，IEC62778聲稱(chēng)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(jiān)實(shí)，作為一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)至少是不夠嚴(yán)謹(jǐn)。其結(jié)果是測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)關(guān)系和使用其來(lái)判斷光源的藍(lán)光危害等級(jí)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(méi)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(wèn)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(duì)某些LED產(chǎn)品藍(lán)光危害的嚴(yán)重低估。
IEC62778標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)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(cè)量系統(tǒng)而沒(méi)有價(jià)值幾十、上百萬(wàn)元的空間光譜分布測(cè)量系統(tǒng)，企業(yè)測(cè)得的是整燈平均CCT對(duì)外聲稱(chēng)的LED色溫也是整燈平均CCT。大多數(shù)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對(duì)光譜、對(duì)藍(lán)光危害測(cè)試的知識(shí)深度認(rèn)識(shí)不夠，也大多數(shù)會(huì)使用整燈平均CCT來(lái)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(diǎn)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?chē)?yán)重。
（二）藍(lán)光芯片型白光LED光源的一個(gè)主要固有缺點(diǎn)是空間顏色分布不均勻的原理及實(shí)例
1. 空間顏色分布不均勻的原理
以平面型熒光粉封裝來(lái)簡(jiǎn)單說(shuō)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(kāi)法線的角度越大，藍(lán)光穿過(guò)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(shí)例
企業(yè)聲稱(chēng)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(shí)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(jì)有10000K左右），而離開(kāi)中心角度不遠(yuǎn)色溫很低（黃白色，估計(jì)5000K左右），特別是在距離燈較近的情況下（見(jiàn)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(cè)量結(jié)果（《中國(guó)照明電器協(xié)會(huì)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(cè)量樣品圖
其測(cè)量結(jié)果見(jiàn)下表：
注：1) 相關(guān)色溫是同一角度3次測(cè)量結(jié)果的平均值。
2) 樣品測(cè)量時(shí)，光譜儀光纖探頭不動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)燈具到各角度測(cè)量。
（三） IEC62778關(guān)于LED的CCT與“光輻射的藍(lán)光危害效能KBV”問(wèn)題的小結(jié)
從上述可知，因IEC62778沒(méi)有詳細(xì)考慮LED空間顏色分布不均勻性，沒(méi)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(méi)有空間顏色分布不均勻問(wèn)題的傳統(tǒng)光源放一起比較），同時(shí)按照目前行業(yè)現(xiàn)實(shí)情況，按IEC62778評(píng)估的藍(lán)光危害將大大低估了實(shí)際危害。
四．IEC62778有關(guān) LED色溫考慮不周詳
IEC62778的圖1（見(jiàn)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(chēng)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(xiāo)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(chǎng)。且熒光燈是面發(fā)光光源，亮度很低，藍(lán)光危害相對(duì)小很多；LED的發(fā)光點(diǎn)很小，亮度很高，藍(lán)光危害相對(duì)大很多。綜合來(lái)說(shuō)，相同色溫CCT下LED的藍(lán)光危害風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于熒光燈。因此，IEC62778對(duì)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(duì)國(guó)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(cè)試的復(fù)雜性。文中屬個(gè)人觀點(diǎn)，歡迎共同探討指正！
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