LED显示屏光安全及标准化研究[1]

　　1 引言

　　LED 显示屏(以下简称LED 屏)的出现在户外大屏幕显示领域掀起了一场新的技术革命，之前户外显示设备亮度过低、面积太小、成本太高等问题都得到了很好的解决。目前，LED 屏广泛应用于公共信息发布、商业广告、交通信息提示等各种场合，成为户外大屏幕显示的第一甚至是唯一的选择。

　　LED 屏的高亮度很大程度缓解了白天日光照射在屏幕表面反光造成对比度下降、影响显示识别度的问题，但随着夜色降临，环境照度的迅速降低，LED 屏显得分外刺眼，容易形成交通隐患，对周边居民的正常生活造成干扰。近年来随着LED 屏的大量使用，其光安全问题日益突出，集中体现为涉及LED 屏光安全问题的投诉增加，如何解决LED 屏光安全问题成为产业和全社会关注的焦点。

　　2 光安全研究对象和分类

　　光安全研究对象是发光体给观察者带来的包括光生物危害、视觉分辨力下降、生理和心理的不适感等不良影响。

　　光安全主要分为两个大类，一是光生物安全，二是干扰光。

　　(1)光生物安全研究紫外、可见、红外光辐射对人体组织，主要是对人眼和皮肤造成的伤害。主要的几种光生物危害有：皮肤和眼睛的光化学紫外危害、眼睛的近紫外危害、视网膜蓝光危害、视网膜热危害、眼睛的红外辐射危害、皮肤热危害等。眼睛是人体最重要的感觉器官之一，自身的修复能力较差，最容易受到外界光学辐射的伤害，即使是可见光也可能对人眼造成伤害，如过强的短波长蓝光容易引起视网膜上的感光细胞的光化学损伤和色素上皮功能的退化，过强的辐照还会引起视网膜的热损伤。

　　(2)干扰光主要分为两种：一是直接干扰光，指视野内高亮度的发光体造成的视觉分辨力下降(发光体亮度较高时发生，较少出现)或造成的心理不适感(发光体亮度较低时发生，较多出现)的问题;

　　二是间接干扰光，指发光体不直接出现在视野内，干扰光物体表面反射进入人眼造成的问题(如投射到居民住宅室内的干扰光危害)。引起干扰光问题的发光体亮度一般远小于引起光生物安全问题的发光体的亮度。

　　GB/T 20145-2006《灯和灯系统的光生物安全性》指出，考察光生物危害时，对于宽波段的可见光只有当光源的亮度超过104 cd/m2 时，才需要详细精确的光谱数据。如果光源亮度小于这个值，则不会超出曝辐限值。[1]

　　根据对LED 屏生产厂家的调研以及现场实际测量可知，目前LED 屏最大亮度为6 000~8 000 cd/m2，尚未达到可能造成光生物安全问题的亮度最低值，因此可以认为，目前LED 屏不会对人造成包括视网膜蓝光危害在内的任何光生物危害。

　　本文对LED 屏光安全的研究主要包括LED 屏的直接干扰光和间接干扰光，其中对于直接干扰光的研究只限于造成不适感的干扰光。

　　3 LED 屏干扰光的成因分析

　　前面提到LED 屏的光安全问题主要是干扰光的问题，干扰光不是一个纯物理量，它不仅与LED 屏本身特性、观察者与LED 屏的位置关系等有关，还跟观察者心理和生理状态等有关，其中主要影响因素有以下几方面：

　　(1)LED 屏本身特性

　　最大亮度： 目前LED 屏最大亮度已经达到8 000 cd/m2 左右，LED 屏最大亮度越大，干扰光越严重;是否具有亮度自动调节功能：如果保持LED 屏最大亮度8 000 cd/m2，夜间造成的干扰光将是非常严重的， LED 屏具备根据环境照度情况自动调节屏幕最大亮度，则大大降低LED 屏的干扰光;

　　屏幕尺寸：一般情况下尺寸越大，造成的干扰光问题越严重。

　　(2)LED 屏与观察者的位置关系

　　相对距离：一般情况下相对距离越近，危害越大。

　　LED 屏朝向与观察者视线关系：一般情况下显示屏越接近观察者视线方向危害越大。

　　对边角：LED 屏对于观察者所张的立体角，由距离、屏幕尺寸等决定，一般情况下对边角越大危

　　越大。

　　(3)环境照度

　　环境照度是影响干扰光评价的重要因素，大家可能都有这样的体会，白天的环境照度非常高，LED屏的干扰光不明显，傍晚以后当环境照度开始下降，才会感到LED 屏的刺眼。

　　(4)观察者的主观状态

　　年龄：婴儿、老人的眼球晶状体透过率与成年人不一样，会对LED 屏的干扰光产生不同感受。职业：不同职业对于光的感受不同，尤其是经常接触光敏剂的职业会对光比较敏感，甚至某些职业(如炉前工、电焊工)可能会对视力造成损伤。健康状况：眼疾病人的感受与正常人有所不同，患有白化病等疾病的病人可能会有畏光反应。心理状态：人在心情愉悦时和心情烦躁时对于LED 屏干扰光的感受也会有区别。

　　(5)显示内容

　　显示内容愉悦度： LED 屏是传递视觉信息的工具，显示内容的受欢迎程度影响观察者的主观感受。

　　画面快速变化(闪烁)：图像的快速变化容易引起观察者的不适。

　　颜色(蓝色、红色、白色等)：颜色不同的影响一般主要体现在光生物安全和亮度变化两个方面，但对于目前的LED 屏来说，由于亮度未达到引起光生物安全问题的程度，因此对于颜色影响的考虑仅限于其对亮度及其变化的贡献。

　　(6)使用场所

　　使用场所性质一般不会影响LED 屏干扰光的评价结果，但不同使用场所(居民区、商业区、医院、道路等)可接受的干扰光程度会有所不同。

　　(7)环境条件

　　温度、湿度、风速、噪声、振动、灰尘等环境条件：当环境条件恶劣时，恶劣环境带来的不适感将影响对LED 屏带来的不适感的判断，人的主观感受受到环境条件的严重干扰使得评价失准。

　　4 LED 屏光安全标准化需求

　　虽然LED 屏的光安全问题受到广泛关注，但目前国际上尚无LED 屏光安全相关标准。目前实际工程中LED 屏的光安全评估方法是组织人员进行现场观看，由于主观评测本身在精确度方面的局限性以及具体流程方法不规范，所得结果存在着可信度低、可比性差等问题，如何准确评价成为一个困扰业界的难题。

　　要解决LED 屏光安全问题，首先必须建立一套LED 屏光安全的统一、科学、有效的评价及测量方法标准，规范LED 屏光安全的评价，使不同检测机构得到的数据和结论存在可比性，通过对大量数据进行收集分析的基础上提出对LED 屏光安全相关性能参数的技术要求，进而指导LED 屏的设计、安装和使用。

　　5 LED 屏干扰光的标准化研究

　　5.1 标准化设想

　　目前来看，为了规范LED 屏的干扰光控制，急需开展以下两项标准化工作：首先是要制定LED 屏干扰光的评价规范，对LED 屏干扰光进行准确定义、界定清晰的适用范围，提出干扰光评价的核心性能参数以及不同应用场所的具体指标要求;其次应制定配合评价规范使用的LED 屏干扰光现场测量方法，规定干扰光参数的测量程序、测量条件和测量设备要求等具体实施方法。

　　通过以上两项标准的制定，以期促进 LED 屏干扰光问题的逐步解决。

　　5.2 评价规范

　　由于目前用户和制造商对于LED 屏干扰光的概念比较陌生，在LED 屏干扰光的评价规范中，应首先对LED 屏干扰光进行准确定义，对其可能造成的危害进行说明，界定LED 屏干扰光的适用范围;其次应规定衡量LED 屏干扰光的核心性能参数，其中应充分考虑包括但不仅限于：最大亮度、环境照度、对边角、安装距离和方位、夜晚关机时段等主要参数;最后，应根据场所的工作性质以满足场所的功能要求为基本前提规定干扰光的指标数值，如居民区不应影响居民正常作息等。

　　其中需要注意的是：LED 屏亮度和显示内容变化都会引起干扰光问题，但当LED 屏亮度足够低时，显示内容变化不会对观察者产生过量干扰，再加之对于LED 屏显示内容的控制的可操作性不强，在性能指标中充分考虑显示内容变化的影响，留出足够的冗余度，可不单独对显示内容做进一步要求(适用于一般情况，对于特殊情况另行考虑)。

　　环境照度对干扰光的评价结果产生重大影响，实验表明一天当中环境照度变化非常大，图1 为实测的2011 年4 月23 日20:02 到4 月24 日19：01 的时段内广州市区环境照度变化图，天气为多云;一天当中最大环境照度值达到97 100 lx，出现在正午时分，最小环境照度值为0.1 lx，出现在午夜时分，环境照度在日出和日落时段(一般是两个小时内)变非常大，目前来看，由于夜间干扰光问题较严重，另傍晚时分由于环境照度急剧下降，须重点关注这两个时段的干扰光评价问题。