GB/T 39771.2-2021 半导体发光二极管光辐射安全 第2部分：测试方法

　　ICS 3 1 . 260 L 53

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 39771 . 2—2021

　　半导体发光二极管光辐射安全

　　第 2 部分：测试方法

　　opticalradiationsafetyofLEDs—part2：Measurementmethods

　　2021-03-09 发布 2021-10-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 3977 1 . 2—202 1

　　GB/T 3977 1 . 2—202 1

　　前 言

　　GB/T 39771《半导体发光二极管光辐射安全》分为两个部分：

　　— 第 1 部分：要求与等级分类方法;

　　— 第 2 部分：测试方法。

　　本部分为 GB/T 39771 的第 2 部分。

　　本部分按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。 本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。

　　本部分由中华人民共和国工业和信息化部提出并归口 。

　　本部分起草单位：杭州浙大三色仪器有限公司、杭州产品质量监督检测研究院、中国电子技术标准化研究院、浙江三色光电技术有限公司、广州赛西标准检测研究院有限公司、国家灯具质量监督检验中心(中山)。

　　本部分主要起草人：乔波、王建平、钱枫、赵英、刘秀娟、周钢、彭振坚、牟同升、许子愉、李俊凯。

　　GB/T 3977 1 . 2—202 1

　　半导体发光二极管光辐射安全

　　第 2 部分：测试方法

　　1 范围

　　GB/T 39771 的本部分规定了半导体发光二极管(以下简称 LED)的光辐射安全的一般要求、测试要求、测试方法。

　　本部分适用于光辐射波长为近紫外和可见光区域(300 nm~780 nm)的单芯片或多芯片 LED。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注 日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 20145—2006 灯和灯系统的光生物安全性

　　GB/T 30117 . 2—2013 灯和灯系统的光生物安全 第 2 部分：非激光光辐射安全相关的制造要求指南

　　GB/T 39771 . 1—2021 半导体发光二极管光辐射安全 第 1 部分：要求与等级分类方法

　　SJ/T 11394—2009 半导体发光二极管测试方法

　　SJ/T 11395—2009 半导体照明术语

　　3 术语和定义

　　GB/T 20145—2006、GB/T 30117 . 2—2013、GB/T 39771 . 1—2021 、SJ/ T 11394—2009 和 SJ/ T 11395— 2009 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　入射孔径 inputaperture

　　用于接收 LED光辐射的接收器有效入射口径大小。

　　注：又称接收孔径，单位为毫米(mm)。

　　3.2

　　测试距离 measurementdistance

　　LED表观光源到测试设备入射孔径的距离。

　　注：单位为毫米(mm)。

　　4 一般要求

　　4 . 1 环境条件

　　LED 的测试条件应当在产品相关文件规定的条件下进行。 如果无规定条件，那么测试条件应遵循如下要求：

　　a) 温度：25 ℃ ±3 ℃ ;

　　b ) 相对湿度：不超过 65% 。

　　GB/T 3977 1 . 2—202 1

　　4 . 2 供电电源

　　LED应工作在产品所规定的电流或电压下，偏差不大于 ±0 .2%。

　　4 . 3 预热时间

　　LED应在预热稳定后进行测试。预热时间从施加电源到发光达到稳定状态，至少为 15 min。稳定状态是指每分钟测试一次，连续测试 5 次，最大光输出变化不大于 0 .5%时则可认为达到稳定状态。

　　4 . 4 测试场所

　　测试应在暗室中进行，照度小于 0.5 lx,环境表面的反射比小于 10%。测试暗室中不应有其他辐射

　　源，如电脑显示屏、指示灯等。 在被测 LED 和探测器之间应设置光阑，消除环境表面的反射杂散光。

　　4 . 5 测试设备

　　测试设备的不确定度应符合相关规范的技术要求。 光谱测试设备、辐亮度测试设备、辐照度测试设备和校准辐射源等应符合附录 A 的规定。

　　4 . 6 安全警告

　　在测试过程中，某些 LED可能发射强的紫外和蓝光辐射，对操作者的眼睛和皮肤造成光辐射危害。由于在得到测试结果之前，其真实的光辐射危害程度是未知的，因此，操作者应做好防护措施，避免近距离、长时间直视被测试光源，尤其是避免通过光学系统直接观察测试目标。 在测试过程中操作者应离开LED 的测试区域。

　　5 测试要求

　　5 . 1 作用光谱函数

　　LED光辐射安全的评价是通过测试相应危害类型所对应的作用光谱函数加权辐照度和辐亮度来

　　判断的。图 1 a)所示是眼睛和皮肤的紫外危害作用光谱函数sUV(λ) ,图 1 b)所示是视网膜蓝光危害作用光谱函数 B(λ)及无晶状体视网膜紫外危害的作用光谱函数 A(λ)。

　　a) b)

　　图 1 作用光谱函数

　　GB/T 3977 1 . 2—202 1

　　各种光辐射危害的作用光谱函数数据，见 GB/T 39771 . 1—2021 。

　　5 . 2 测试视场

　　对于波长在 300 nm~780 nm 的光辐射，眼晴和皮肤、视网膜等受到的辐射与视场角有关。由于人

　　眼的生理运动，在眼睛的视网膜上成像的最小有效区域与观察光源的时间有关。 因此，在 LED 光辐射安全测试中，辐照度和辐亮度是在相应危险等级所对应的视场下进行测试。 测试视场角应与危险等级分类所对应的视场一致。 危险等级所对应的视场角见表 1 。

　　对于表面发光不均匀的 LED来说，测试区域应选择在 LED最大辐射位置;当在不同的距离下进行测试时，仪器的测试视场角应保持不变。

　　表 1 危险等级所对应的视场角 单位为弧度

　　5 . 3 入射(接收)孔径

　　在 LED光辐射安全测试中，应使用合适的孔径光阑来限制接收的光束。 测试设备的入射孔径应是一个圆形，辐照度和辐亮度都在这个圆形区域内取平均值。

　　对于与眼睛光辐射危害有关的测试中，测试系统的入射孔径与人眼瞳孔大小相匹配，入射孔径的直

　　径应是 7 mm。

　　在辐亮度测试中，加在光学透镜之前的孔径光阑即为入射孔径，如图 2a)所示。对于孔径光阑位于

　　透镜之后或透镜组之间的情况，入射孔径则为孔径光阑经过其前面的光学透镜所成的像，这种情况下的

　　入射孔径通常与实际孔径光阑的尺寸不同，如图 2b)所示。

　　a)

　　图 2 辐亮度测试装置

　　GB/T 3977 1 . 2—202 1

　　b)

　　图 2(续)

　　5 . 4 测试距离

　　LED光辐射安全的评价采用 200 mm 的测试距离。该距离是从 LED 表观光源到测试装置的入射

　　孔径，如图 2 所示。 对于带光输出透镜的 LED,表观光源是 LED 芯片等发光体经透镜所成的像，可能是实像或者虚像，如图 3 所示。

　　图 3 200 mm测试距离

　　5 . 5 最大辐射

　　某些 LED 的最大辐射方向可能不是中心法线方向，除非产品说明书中有明确规定，否则需采用变角光度计找到其空间最大的光辐射方向。

　　对于扩展光源型 LED,需要判别表观光源上最大辐射的区域，从而测试对应的辐照度或辐亮度。不同的危险等级，最大辐射可能对应于光源的不同区域。 如图 4 所示的 LED 辐亮度分布，应根据危险等级对应的测试视场角，从表观光源的辐亮度分布中获得最大辐亮度。

　　图 4 LED辐亮度分布示例

　　6 测试方法

　　6 . 1 辐照度

　　6 . 1 . 1 目的

　　辐照度测试主要用于眼睛和皮肤的紫外危害、眼睛近紫外危害、小光源视网膜蓝光危害的评价。

　　GB/T 3977 1 . 2—202 1

　　6 . 1 . 2 测试装置

　　辐照度的测试通常采用图 5 所示的测试装置，且：

　　a) 在一个圆锥角内接受光辐射，圆锥角的中轴线垂直于探测器平面;

　　b) 测试视场、接收孔径应符合第 5 章所述的要求;

　　c) 在规定的测试视场内，探测器具有余弦角度响应;

　　d) 被测 LED达到最大的光辐射状态。

　　图 5 辐照度测试装置原理图

　　6 . 1 . 3 测试步骤

　　辐照度的测试步骤如下：

　　a) 安装测试样品，并按照 LED产品所规定的条件供电;

　　b) 调整仪器的测试视场、测试距离、入射孔径等参数;

　　c) 测试 300 nm~700 nm 的光谱辐照度 Eλ ;

　　d ) 进行数据处理并完成测试报告。

　　6 . 1 . 4 数据处理

　　6 . 1 . 4 . 1 眼睛和皮肤的紫外危害辐照度

　　对于在光谱范围 300 nm~400 nm 发射光辐射的 LED,眼睛和皮肤的紫外危害辐照度 Es，由式(1)

　　计算得出。

　　400

　　Es Eλ ·sUV …………………………( 1 )

　　式中：

　　Es — 眼睛和皮肤的紫外危害辐照度，单位为瓦每平方米(W · m-2 ) ;

　　Eλ — 光谱辐照度，单位为瓦每平方米纳米(W · m- 2 · nm-1 ) ;

　　sUV(λ) — 眼睛和皮肤的紫外危害作用光谱函数;

　　Δλ — 波长间隔，单位为纳米(nm)。

　　6 . 1 . 4 . 2 眼睛的近紫外危害辐照度

　　对于在光谱范围 315 nm~400 nm 发射光辐射的 LED,眼睛的近紫外危害辐照度 EUVA,由式(2)计

　　算得出。

　　400

　　EEλ · Δλ …………………………( 2 )

　　式中：

　　EUVA — 眼睛的近紫外危害辐照度，单位为瓦每平方米(W · m-2 )。

　　GB/T 3977 1 . 2—202 1

　　6 . 1 . 4 . 3 视网膜蓝光危害-小光源辐照度

　　对于在光谱范围 300 nm~700 nm 发射光辐射，且表观光源对向角小于接收角时，视网膜蓝光危害

　　可由视网膜蓝光危害辐照度 EB 表示，由式(3)计算得出。

　　700

　　EB Eλ · B …………………………( 3 )

　　式中：

　　EB — 视网膜蓝光危害辐照度，单位为瓦每平方米(W · m-2 ) ;

　　B(λ) — 视网膜蓝光危害作用光谱加权函数。

　　6 . 2 辐亮度

　　6 . 2 . 1 目的

　　辐亮度测试主要用于无晶状体视网膜紫外危害、视网膜蓝光危害的评价。

　　6 . 2 . 2 测试装置

　　辐亮度的测试采用图 6 所示的测试装置，且：

　　a) LED 的光辐射通过光学镜头成像到探测面上;

　　b) 测试视场、接收孔径应符合第 5 章所述的要求;

　　c ) 在测试视场中，探测器具有均匀的响应;

　　d) 被测 LED达到最大的光辐射状态。

　　图 6 辐亮度成像测试示意图

　　将被测 LED成像至光谱辐射分析仪等探测面上，该探测面应定位在被测 LED 最大辐射亮度的位置 。可以采用成像仪等辅助装置，使探测系统接受到被测 LED最大辐射亮度。

　　6 . 2 . 3 辐亮度测试步骤

　　辐亮度测试步骤如下：

　　a) 安装测试样品，并按照 LED产品所规定的条件供电;

　　b) 调整仪器的测试视场、测试距离、入射孔径等参数;

　　c) 测试 300 nm~700 nm 的光谱辐亮度 Lλ。

　　6 . 2 . 4 数据处理

　　6 . 2 . 4 . 1 无晶状体视网膜紫外危害辐亮度

　　对于在光谱范围 300 nm~700 nm 发射光辐射的 LED,无晶状体视网膜紫外危害辐亮度 LA 为光

　　GB/T 3977 1 . 2—202 1

　　谱辐亮度 Lλ 与无晶状体紫外危害作用光谱加权函数加权积分所得的值，由式(4)计算得出。

　　700

　　LA Lλ ·A …………………………( 4 )

　　式中：

　　LA — 无晶状体视网膜紫外危害辐亮度，单位为瓦每平方米球面度(W · m- 2 · sr-1 ) ;

　　A(λ) — 无晶状体视网膜紫外危害作用光谱加权函数;

　　Lλ — 光谱辐亮度，单位为瓦每平方米球面度纳米(W · m- 2 · sr- 1 · nm-1 )。

　　6 . 2 . 4 . 2 视网膜蓝光危害辐亮度

　　对于在光谱范围 300 nm~700 nm 发射光辐射的 LED,视网膜蓝光危害辐亮度 LB 为光谱辐亮度L 与蓝光危害作用光谱加权函数 B(λ)加权积分所得的值，由式(5)计算得出。

　　700

　　LB Lλ · B …………………………( 5 )

　　式中：

　　LB — 视网膜蓝光危害辐亮度，单位为瓦每平方米球面度(W · m- 2 · sr-1 )。

　　6 . 3 安全距离

　　安全距离的测试方法如下：

　　a) 对于测试距离为 200 mm,光辐射安全的危险等级为 0 类的 LED,不需要进一步测试。

　　b) 当危险等级为 1 类时，测试视场角为 0.011 rad,选定合适的测试距离，测试 LED 的视网膜蓝光危害辐照度 EB(符合小光源条件)或视网膜蓝光危害辐亮度 LB，从而确定被测 LED 的可达发射值为 0 类所对应的发射限值时的位置，然后测试此时 LED产品与探测器入射孔径之间的距离，即为该 LED 的 0 类所对应的安全距离。

　　c) 当危险等级为 2 类时，测试视场角为 0.011 rad,选定合适的测试距离，测试 LED 的视网膜蓝光危害辐照度 EB(符合小光源条件)或视网膜蓝光危害辐亮度 LB，从而确定被测 LED 的可达发射值为 0 类所对应的发射限值时的位置，然后测试此时 LED产品与探测器入射孔径之间的距离，即为该 LED 的 0 类所对应的安全距离。

　　d ) 对于表观光源小于测试视场的情况，可以采用距离平方定律直接进行计算。

　　6 . 4 测试报告

　　测试后应编写测试报告，测试报告包含下列内容：

　　a) 样品信息：样品名称、样品型号、样品图片;

　　b) 测试信息：测试系统、测试环境、供电参数、测试距离;

　　c) 相对光谱分布图;

　　d) 危害类型及危险等级;

　　e ) 安全距离;

　　f) 危险等级所对应的可达辐照度和辐亮度值。

　　GB/T 3977 1 . 2—202 1

　　附 录 A

　　(规范性附录)测 试 设 备

　　A.1 光谱测试设备

　　用于 LED光辐射安全测试评价的光谱辐射分析仪，光谱响应范围应覆盖光生物危害的作用光谱范

　　围，至少覆盖本部分规定的波长范围 300 nm~780 nm。

　　对于不同危险等级的 LED,其可达发射值可能相差 4 个~5 个数量级。因此，光谱辐射分析仪应具有足够宽的动态响应范围，线性度应优于 0 .3%。

　　由单色仪和探测器组成的光谱辐射分析仪的光谱响应函数(狭缝函数)应符合等腰三角形函数。 对于每一波长逐步测试的方式，采样波长间隔应与光谱辐射分析仪的光谱响应带宽相同，或是它的 1/N

　　(N 为整数)。在 300 nm~600 nm 波长范围，仪器的光谱响应带宽不应大于 5 nm; 600 nm~780 nm 范围，不应大于 10 nm。若光谱辐射分析仪的光谱响应函数偏离等腰三角形函数，则应采用更小的带宽和

　　采样间隔。

　　光谱辐射分析仪的波长精度会明显影响加权的光生物辐射量，如眼睛和皮肤的光化学危害辐照度

　　和视网膜蓝光危害辐亮度。光谱仪在波长 300 nm~325 nm 作用函数急剧下降 3 个数量级，该范围的波长精度应不低于 0.2 nm;在 325 nm~600 nm 范围的波长精度应优于 0.3 nm;波长范围在 600 nm~

　　780 nm 应优于 0 . 5 nm。

　　A.2 辐亮度测试设备

　　辐亮度测试用的光学部件(光学镜头、探测器、光纤等)的光谱响应范围应至少覆盖300 nm~

　　700 nm 。

　　辐亮度测试通常采用成像装置将 LED光辐射成像到探测器上，探测器可以是经过视网膜危害作用光谱修正的宽带探测器、带漫射接收器的光谱辐射分析仪及面阵 CCD辐射亮度成像仪。 若采用未作光谱修正的宽带探测器(或 CCD成像仪)，则辐亮度值需通过其他方法(如由光谱辐射度法确定相应的光谱校正系数)进行修正。

　　辐亮度测试设备其他要求：

　　— 成像辐射亮度计的测试接收角应与危险等级所对应的接收角一致，测试的接收角偏差不大于 3% ;

　　— 入射孔径(7 mm)的偏差不大于 3% ;

　　— 对于在不同距离测试时，成像辐射亮度计的接收角和入射孔径应保持不变，最大的接收角和入射孔径的变化不应超过 2% ;

　　— 测试设备的入射孔径位置应该标出，方便确认测试距离，位置精度应不低于 1 mm。

　　A.3 辐照度测试设备

　　辐照度测试设备通常由辐照度接收器、光谱辐射分析仪以及限制光阑组成。 测试设备的光谱响应

　　范围应不小于 300 nm~700 nm,接收器应具有余弦响应。测试的视场角为 1.4 rad(80°) ,偏差不大于3%;接收孔径为 7 mm,偏差不大于 3%(对于均匀光束则无要求)。

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　　A.4 校准辐射源

　　光辐射安全测试用的校准辐射源应满足下列要求：

　　a) 光谱范围至少覆盖 300 nm~700 nm,在该范围的光谱分布应连续、平滑分布;

　　b) 辐照度或辐亮度值应与测试所对应危险等级的发射限值相近;

　　c) 光束在测试设备的入射(接收)孔径上均匀;并充满测试时所用的最大视场;

　　d) 发光的稳定度不低于 0 .5% 。

　　光谱辐照度的校准值与距离有密切关系，从探测器接收孔径至校准辐射源的基准面应与国家计量实验室校准标准的条件一致。

　　测试前，仪器应采用相应的校准辐射源进行定标，当每次测试装置(如镜头、探测器、接收光纤)变动时，应进行重新定标。