本文件以20个经过CALiPER测试的色温(CCT)在2700K和6500K之间，显色指数在62和98之间，基本覆盖通常可用的全部范围(见图1)的产品数据为例，探讨了一些常见担忧。

　　特别的担忧包括视网膜损伤(光学安全)、光对艺术作品或其他媒体的影响(材料退化)、以及光刺激对人类生理功能的影响(光生物安全)。

　　尽管主要的分析都是基于标准的蓝光激发荧光粉转换的LED，本分析也考虑了紫光激发荧光粉的LED。虽然没有分析商用的混光LED系统，但是给出了四色混合理论模型的分析。

　　虽然给出了几个关系式，也得承认仔细调整LED或者任何其他光源的光谱都可能在一定程度上改变这些关系。所有照明产品应该根据其自身特点进行评估。

　　LED产品和其他类型光源发出的光相同吗?

　　尽管答案很明显，但重要的是明确说明LED发出和其他光源相同类型的的辐射能量一一在电磁波谱的可见光范围内一一和所有的其他光源一样。

　　虽然它们确实在其光谱功率分布(SPD，spectral power distribution)中有独特的特征可见光一个短波450nm左右蓝光区域的发光峰，和一个介于550nm到650nm之间的宽发光峰。

　　为了合理的比较，所有的光功率密度分布均标定为具有相同的光通量。

　　通常，高色温(CCT)的LED产品需要更多的蓝光辐射，因此具有更突出的蓝光峰，这对所有高色温光源都是共同的事实。另外，多数具有高显色指数(CRI)的LED产品有更宽范围的荧光发射谱，用来提供更长波长的红色辐射。

　　已经有了不少具有上述事实标准的替代品，如混色系统不需要与此相同的性质。

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　　理解光功率密度分布图

　　SPD描述一定波长(色彩)范围中的辐射能量，但是有关LED光谱相关效应的令人不解的一个因素是数据展示的形式。通常数据被制成相对SPD图，其中分布的最大值被设置为1，其他值按比例相应变化。这种数据的对比可能会产生误导，因为不同的SPD代表不同的光数量——例如，人们可能会比较一个50流明的光源和500流明的光源。

　　这可能会产生错误的结论，因为光的数量是任何光辐射风险的重要因素。

　　当检验与光数量内在相关的效应时，更好的检验光谱数据方式是对比两个或更多光源的绝对SPD，其中每个值都是通过辐射计测量来标定，并可以进行归一化(例如基于流明通量)以允许合理对比。

　　实践中，重要的是考虑两个对比光源的不同光输出;本文关注总体的比较，绝对SPD经过归一化，因此代表相同的流明通量。流明是照明规格的一个基本单位并且生物物理相关，而其他潜在的归一化单位，如总辐射通量，也可以用于比较反两个光源用以提供不同的光数量。

　　图1对比了典型LED、CIE F系列光源(荧光灯模型)、以及CIE D系列光源(日光模型)或黑体辐射的绝对和相对SPD图。底部的相对SPD图似乎，表明LED比白炽灯发出更多的蓝光。

　　但是实际上，通过对比根据相同流明输出进行归一化后的绝对SPD图，总蓝光的微小差距是显而易见的——正如后面所要描述的，峰值发射与总蓝光量并不相关，蓝光总量需要在一定波长范围内考虑。

　　当然，尽管在规格的文献中很少提供，但是数字值能够技术上最精确的对比。本报告分析的数字值都经过计算，并试图代表通常可用LED产品的真实范围。当然也可能还有产品未被考虑进来或者未能表示的;如果蓝光危害的担忧很重要，那么特定产品的分析是有保证的。

　　对LED光功率分布的具体担忧

　　通常对LED光功率分布的担忧关注于“蓝光”，具体担忧在下面的插图中强调。这可能是因为大多数LED产品的SPD中出现的短波长光辐射;但是确切的说哪种光辐射是有害的呢?在电磁频谱内并没有定义蓝光的确切边界;纯粹单色的辐射在很宽的波长范围内(如410到500nm)可能名义上都被认为是蓝色。

　　因此，通过评估峰值发射来量化光源中蓝色数量与插图中列出的所有担忧都是不相关的，这些担忧都有包含一定波长范围的限定作用谱，如图2所示。同样，试图仅使用某一限定波长范围(如430到460nm)来量化蓝光是不现实的，因为没有已知的人类视觉或者非视觉功能具有此种行为。

　　再次重申：仅仅因为LED和其他类型的光源如白炽灯或卤素灯相比其光功率分布中有显著的蓝色峰，并不会使LED必然对视网膜、材料或者生物造成损害。

　　实际上，正如下面三节所述，通常可用LED商品和其他具有相同色温的光源代表着近似相同的风险。简言之，色温和光学安全、材料安全或光生物安全之间存在着关联，因为色温的计算同时还包括覆盖蓝光区域的权重函数(见图1)。

　　所以，如果蓝光比例(从而任何相关的风险)变化，那么色温也会变化，当然这种关联中会才一些误差，因为色温仅表征色度的一个维度(即，不考虑Duv且因为颜色匹配函数zλ并不完美匹配美中风险类型的作用光谱)。

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　　光学安全

　　LED的光学安全已在DOE SSL Fact Sheet中的Optical Safety of LEDs做了详细的讨论。该文档已经阐述了各种光源的色温和KB，v(蓝光危害效率或每流明风险)之间的强关联，因为颜色匹配函数zλ和蓝光危害函数Bλ非常相似(如图1所示)。

　　图1

　　顶部图：考虑三个蓝光安全的光谱加权函数。两幅图很相似并且用来与下图进行直观的对比。函数中的波峰是蓝光危害的主要原因。另外图中还有三中颜色的相关函数，可用来导出色域相关值，如CCT CIE材料衰减峰值在300nm(未示出)。

　　底部图：对于色温在3000K产品(左)和6500K产品(右)，用三种方法做出了光功率分布图。第一行光功率分布图是以相同的输出光通量为基础。第二和第三行的光功率分布图具有相同的辐射通量和相对功率，这种对比与生物无关，也就是说与视觉危害无关。

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　　另外，根据现有标准，白光建筑用光源产品不会因为蓝光危害而带来风险，尽管非白光光源(如蓝光LED)和其他针对高风险人群的特殊应用需要更细致的考虑。

　　图2示出了前述蓝光激发LED光源、两个紫光激发LED光源、几种色温的黑体辐射、5000K和6500K的CIE D系列光源(日光模型)和CIE F系列的源(荧光光源模型)之间的色温和KB，v关联。图表展示出强的线性关系，对所有光源(R2=0.95)，而仅对蓝光激发LED (R2=0.97)。

　　用CCT，Duv和CRI作为预报器对标准LED产品的展开回归模型表明Duv可以提供一些二外的解释价值(即统计上显著)，而CRI则不能。

　　总之，蓝光激发LED的光学安全性优于白炽灯和卤素灯实质的发射类型黑体辐射，尽管此效果并不明显。原则上，这能发生是因为黑体辐射(和日光)都比LED发出更多的长波长(深红和红外)辐射，这些辐射必需更多的短波长(蓝色)辐射能量来平衡，从而实现相同的色温。很长和很短波长辐射都对流明输出贡献不大。

　　Duv为正值的产品通常比Duv更小或为负值的产品的危害可能性更小。这是直觉，虽然可能在实践中不可行，因为正Duv意味着绿色调，而负Duv意味着紫色调或粉色调。进一步来说，线性回归模型中Duv的统计学意义表明色温的局限性。

　　但是，如果只考虑ANSI定义白光光源可以一定程度上减轻这种不确定性，并在色温和蓝光风险之间的关联中提供更多信心。

　　材料安全

　　LED和所有光源对于材料如重要艺术作品退化的可能性在2012年和2013年获得了广泛关注，而LED特别有破坏性的错误观念已经博物馆和光学专家所揭穿，一些不确定性依然存在。

　　表征光源损害材料潜能的一种方法是CIE光谱损害函数(Sdf)，它包括裁剪作用光谱对应到各种材料的系数。虽然这是个通用的表征损害潜能的方法，将其用于本分析仅仅是用来简单说明LED和具有相同色温的其他光源具有相同或更小的风险。

　　如图2所示，对于每种光源类型损害系数和色温之间存在着很强的线性关联(如对蓝光激发LED，R2=0.94)，但对于复合的所有光源类型却不是这样。然而，对于每种光源类型，损害潜能预期会随着色温的增加而增加。一个有帮组重的因子是CIE损害函数，其随着波长变短对于辐射能量有更高的权重，与颜色匹配函数zλ不是很相似。

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　　图2

　　顶部图：蓝光危害系数(KB，v)和色温的关系。

　　对于各种类型的光源，单位流明对人眼的危害与色温是有明显的联系。图中的异常值Duv大于0.01，超出了ANSI规定的白光界限。将Duv加入到蓝峰的LED归一化模型中使R2增加至0.99。

　　中间图：CIE光谱损伤函数(Sdf)和色温的关系。

　　对于给定的产品类型，损伤函数和色温之间的线性关系较高，并且有明显的分层。重要的是，标准的蓝峰LED -定的色温下的损伤系数最低，而白炽灯和卤素灯(用色温在2700K和3000K的黑体辐射来近似)的损伤系数最高。

　　Sdf是用来描述光源对耗材作用的矩阵，如褪色的尤其。它可以通过调整系数来改变，此处为了便于分析设置为0.12。Sdf的相关性已经讨论过了，它有助于计算LED光源的蓝光危害。所有的光学产品都被统一成具有相同的输出光通量。

　　底部图：黑视素通量和色温的关系

　　分析显示在所有类型的光源中，通量和色温之间具有明显的线性关系。将CRI或者Duv加入归一化模型中能够使R2加并大于等于0.97。CRl和Duv彼此相关。黑视素的因子ipRGCs是光生物传导的重要因子，当然还有其他的光传导方面的因素。因为还没有其他可达成共识的更先进模型，黑视素通量，用Mλ来表示，用来表征昼夜感知度。

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　　同时，不同光源类型都有不同的辐射可以忽略不计的点。例如，标准LED不辐射很多低于400nm以下能量，但是黑体辐射和D系列光源却辐射。

　　特别需要指出的是蓝光激发LED通常是在任何给定色温下最不可能引起存留损害的产品，至少在考虑的产品中。甚至紫光激发LED都不比典型白炽灯或卤素灯具有更大的风险。

　　光生物安全

　　对于材料和光学安全，有时会讨论LED光源会有很大可能影响生理规律，如果对于个体发生在错误的时间这可能会造成不希望的后果。对于其他风险，通常担忧的是蓝光激发LED封装的短波长峰，这让人感觉LED发出了更多蓝光。如果给出的是相对SPD，这种情形尤其让人惊恐。

　　但是，需要考虑两件重要的事情。第一，人类生理系统的整体灵敏度仍处于激烈争论中。已知的是非视觉系统的光强输入不仅来自于包含黑视素的ipRGCs(intrinsically photosensitive retinal ganglion cells)，还有杆细胞和锥细胞，这些光感受器通常具有视觉功能。其次，非视觉光灵敏度会通过人的适应状态，所处时间和光照质量来进行调节。

　　所以，仅仅通过一个简单光谱权重函数来建模生理仿真是不充分的。但是为了解释所谓的风险增大，本分析使用M入函数来研究LED和传统光源的非视觉光传导潜能，几个建议的效率函数之一用于研究黑视素。

　　分析再次表明对于光源归一化为相同流明通量时，蓝光激发LED黑视素通量和色温之间强烈的关联(R2=0.89)。将CRI和Duv加入回归模型确实提供了更多的信息，增大了确定系数(R2= 0.98)。

　　图3

　　顶部图：蓝光危害系数(KB，v)和显色指数的关系。

　　中间图：CIE光谱损耗系数(Sdf)和显色指数的关系。

　　底部图：黑视素通量和显色指数的关系。

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　　通过对所有三种因素的考虑，显色指数表现了出了较小的相关性。甚至对于黑视素而言，显色指数有些额外的预测能力，但和色温的相关性很小。另外，明显的关联性在于，低显色指数的产品对光生物具有更小的刺激。显然，显色指数可能和其他因子如Duv混淆了。

　　图中的每个点代表一个光功率分布图。图中的光功率分布图包括多种类型的产品，但不包括所有具有相同色温和显色指数的光功率分布图。

　　CRI会改变蓝光的量吗?

　　色温与蓝光相关结果有密切关联，但显色指数通常没有。事实上，对于具有相同色温和相同流明输出的荧光粉基LED产品而言，低显色指数产品可能损害更小，如图3所示。

　　这可能很意外，因为已有相反的结论。事实上对于标准LED产品，为了达到更高显色指数需要将更多的蓝光转换至长波长，从而减少蓝光辐射。但是，将更多的能量转换至长波长也可能会降低流明输出，风险相关蓝光与流明输出之比可能增加。

　　数据集显示出显色指数和Duv之间的线性关系(R2=0.38);高显色指数的光源通常Duv较低(即接近于零或者为负数)。较低Duv的光源与具有相同色温和流明输出的对照体相比通常包含略多的短波长辐射能量。

　　最终结论

　　LED的一个重要特点是更容易调节得到任意想要的色温，相反，白炽灯和卤素灯的色温通常在约2700K和3000K之间。荧光灯和金卤灯也能实现更大范围的色温，尽管最常见的是在3500K和5000K之间。虽然本分析主要关注于蓝光激发、荧光粉转换LED，结论也期望同样适用于其他类型。

　　如果具有相同的色温和输出，LED灯和灯具并不比其对照体发射更多的蓝光，增加CCT也不是必需要提高蓝光的比例。通常色温可以用来有效推测各种光源类型中短波的成分，也特别地可用来推测光学安全、材料退化和(以一种简单方式的)生理刺激。

　　如果任何上述的蓝光担忧做为主要的设计规范，还需要进行进一步的研究。色温是一个很好的参数，但是也可能将特定的风险最大化或者最小化，因为包含的光谱权重函数并不和颜色匹配函数zλ完美一致，并且因为色温进一步将色坐标提取为单个数字。