標題：三論IEC62778《 應用IEC62471評價燈和燈具藍光危害》 國際標準的不妥
中國半導體照明網特邀專稿：【作者：廣東省照明學會/廣東省質監局缺陷產品管理中心 李自力】今年初本人已發表對國際標準IEC62778《 應用IEC62471評價燈和燈具藍光危害》的兩大核心內容的不妥之處的分析。其中《 國際標準IEC62778<應用IEC62471評價燈和燈具的藍光危害>中 “藍光危害效能KBV”超誤差的探討》一文,在假定認可其IEC62778標準中定義“注3 KBV = LB/L=EB/E ”，不深究其是否成立的情況下，驗證了IEC62778非常好地把復雜的輻射照度測量特別是輻射亮度測量轉化為非常簡單的光照度測量。但重點討論指出了IEC62778標準用CCT來確定KBV的誤差嚴重超過標準聲稱的15%的問題。本文重點再對KBV = LB/L=EB/E 是否成立提出質疑，同時指出標準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 光輻射的藍光危害效能”
藍光危害量與對應的光度量之比：
（二）本文按IEC62778 標準為KBV = LB/L=EB/E 找出處
因為IEC62778標準文本中沒有對注3的出處進行明確的解釋說明。
所以，本文通過IEC62778附錄 A : 公式（A.1）～(A.5)并結合參考其附圖A.1（限于篇幅，更詳細的請參考IEC62778原文）為KBV = LB/L=EB/E 分析查找依據。
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（IEC62778以規定測量距離200mm和α=0.011rad來保證），此時，照度E與亮度L就正比例線性關系。則有：
因此，KBV = LB/L=EB/E。 IEC62778標準把“光輻射的藍光危害效能KBV”作為最重要的定義，后面的很多內容以它為核心基礎用到它，例如圖7的測量流程等。如果附錄A中聲稱的符合“照度光強的距離平方反比定律”這一前提依據不準確或不堅實，整個標準將嚴重失誤。下面本文對其是否成立進行分析。
二、對IEC62778的KBV = LB/L=EB/E 的分析
（一）近距離測量LED--不符合“照度光強的距離平方反比定律”
（一）近距離測量LED--不符合“照度光強的距離平方反比定律”
點光源的概念：簡單說符合“照度光強距離平方反比定律”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“照度光強距離平方反比定律”。相反，LED是一個很小的發光點，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。
國際照明委員會關于LED照明的一個標志性文件（或者說標準）CIE127：1997+2007《LED測量》的第4.2.4條指出“要測量真實的LED光強，光源發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，而不僅僅是光源發射面積的尺寸）。CIE127規定了“近場條件B” （測量距離100mm）和“遠場條件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“照度光強平方反比定律”，也就是說E = I / d 2 不成立；遠場條件A可視為符合“照度光強平方反比定律”，也就是說 E = I / d 2 成立。同時，CIE127還規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規定的200mm測試距離介于CIE127 的“近場”和“遠場”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重不均勻的LED來說，是不符合“照度光強的距離平方反比定律”的，因此，作為一個國際標準規定200mm測試距離就不嚴謹，可能對某些LED測量形成很大的誤差。
2）IEC62778附錄A推導時光度計探頭表面尺寸的影響
從原理來說，光強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）或者說其離發光面越遠，照度測量換算得到的光強值就越準。但實際上各種因素使得現實中只有一個或幾個標準尺寸（例如CIE127 規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，也就是說采用常規的光度計（標準直徑為11.3mm，見圖2中A1），這比IEC62778所規定的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“照度光強平方反比定律”，測得的是平均LED強度，而不是真正的光強，甚至不是工程意義上可允許誤差的光強，對于IEC62778的200mm測量距離，對于一些LED的測試結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依據不堅實的小結
由上述可知，IEC62778聲稱的符合“照度光強的距離平方反比定
律” 的前提依據不準確或不堅實，作為一個國際標準至少是不夠嚴謹。其結果是測得的平均照度轉換成亮度后，將低估甚至嚴重低估其藍光危害，特別是對窄光束的產品。
三．關于LED的CCT與“光輻射的藍光危害效能KBV”的不妥
（一） IEC62778光源CCT與“光輻射的藍光危害效能KBV”的對應關系
建立光源CCT與“光輻射的藍光危害效能KBV”的對應關系和使用其來判斷光源的藍光危害等級是IEC62778的兩大核心內容之一。本人在上一篇關于IEC62778不妥的論文中分析了其沒詳細考慮放電燈和LED燈的等溫線導致標準本身嚴重超誤差的問題。這里本文討論IEC62778忽略了LED空間顏色分布不均勻性使CCT誤差嚴重，導致對某些LED產品藍光危害的嚴重低估。
IEC62778標準中沒有明確統一規定產品CCT是采用最大色溫方向的CCT（不一定是最大光強方向）。由于絕大多數企業一般都是積分球光譜分布測量系統而沒有價值幾十、上百萬元的空間光譜分布測量系統，企業測得的是整燈平均CCT對外聲稱的LED色溫也是整燈平均CCT。大多數檢驗機構對光譜、對藍光危害測試的知識深度認識不夠，也大多數會使用整燈平均CCT來按IEC62778進行判斷。
然而，空間顏色分布不均勻也是藍光芯片型白光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重。
（二）藍光芯片型白光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光最多，被熒光粉吸收最少（在法線方向的粉層最薄），轉換成紅綠光也最少（向法線方向的投射也最少），其紅綠光與原出射的藍光最多的組合成的白光中藍光成分最多，所以在該方向的色溫最高。隨著離開法線的角度越大，藍光穿過的熒光粉粉層越厚，藍光被吸收就越多（轉換成紅綠光也越多，該方向的投射也越多），該方向出射少的藍光與投射多的紅綠光組合成的白光中藍光成分越少，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
企業聲稱CCT低于甚至嚴重低于最大色溫方向的CCT, （有可能不是最大光強方向），所以按照IEC62778將低估甚至嚴重低估其藍光危害。
1）實例照片
圖4 空間顏色分布不均勻實例圖
從照片可以看出，投光燈光束中間的色溫很高（偏藍色，估計有10000K左右），而離開中心角度不遠色溫很低（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）燈具不同發光角度的色溫變化測量結果（《中國照明電器協會論壇論文集》約稿發表于6年前左右）
圖5 空間顏色分布不均勻測量樣品圖
其測量結果見下表：
注：1) 相關色溫是同一角度3次測量結果的平均值。
2) 樣品測量時，光譜儀光纖探頭不動，轉動燈具到各角度測量。
（三） IEC62778關于LED的CCT與“光輻射的藍光危害效能KBV”問題的小結
從上述可知，因IEC62778沒有詳細考慮LED空間顏色分布不均勻性，沒有明確統一規定使用產品的CCT參數是最大色溫方向的CCT還是整燈平均CCT，但從IEC62778的圖1等處可看出標準指的是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光源放一起比較），同時按照目前行業現實情況，按IEC62778評估的藍光危害將大大低估了實際危害。
四．IEC62778有關 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到約14500K，而LED的最高色溫只有6000K。
圖6 IEC62778“圖1光輻射藍光危害效能KBV與不同光源的色溫”
我們知道光源產業早期，絕大多數直管熒光燈最高色溫標稱為6500K，后期由于出現細管徑環形熒光燈很多色溫高達10000K。受LED照明的沖擊，熒光燈的生產和銷售大幅度下降。而LED光源早期色溫高達10000K的較多，隨著LED技術發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LED充斥市場。且熒光燈是面發光光源，亮度很低，藍光危害相對小很多；LED的發光點很小，亮度很高，藍光危害相對大很多。綜合來說，相同色溫CCT下LED的藍光危害風險遠大于熒光燈。因此，IEC62778對LED最高色溫只考慮到6000K是不妥當的。
五．總結
今年早期，本人已對國際標準IEC62778的兩大核心內容的不妥發表了討論，加上今天的討論，可以看出藍光危害技術標準及測試的復雜性。文中屬個人觀點，歡迎共同探討指正！
