LED道路照明類車燈UV輻射測試要求對比分析

張靜，馮嚴(yán)霄，劉青松，覃延明，張俊東，曹鐘，陳一高，田祥敏

(重慶車輛檢測研究院有限公司，重慶 401122)

0 引言

隨著汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展，LED光源技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，是世界上公認(rèn)的21世紀(jì)尖端科學(xué)技術(shù)。目前車輛外部的信號燈已廣泛采用LED，甚至對亮度要求很高的道路照明類車燈也開始使用LED[1]。隨著白光LED應(yīng)用的普及，人們對于白光LED車燈在實際應(yīng)用中的可靠性要求也越來越高，光源輻射對人類和生物的安全性也愈受關(guān)注。由于白光LED車燈的實現(xiàn)方法通常會存在紫外泄漏的現(xiàn)象[2]，因此對于使用LED道路照明類車燈的UV輻射的評估顯得至關(guān)重要，而開展UV輻射測試標(biāo)準(zhǔn)的研究是解決該問題的必要前提。

1 LED道路照明類車燈的特點

1.1 LED道路照明類車燈的優(yōu)缺點

LED于20世紀(jì)九十年代開始應(yīng)用于產(chǎn)品之中，比白熾燈、鹵素?zé)?、氙氣燈出現(xiàn)的時間晚，但相對于上述光源有著許多較為明顯的優(yōu)勢。

(1)壽命長、抗震性好。LED的使用壽命理論上可達(dá)5萬小時，實際壽命也可達(dá)2萬小時，而普通的鹵素?zé)襞輧H為150～500 h左右，并且LED車燈的使用壽命一般都要超過汽車本身的壽命。另外，LED的基本結(jié)構(gòu)中沒有易損可動部件，故抗震性能非常好。

(2)節(jié)能環(huán)保。LED在低電壓小電流的條件下就能夠獲得足夠亮度，其耗電量僅為相同亮度白熾燈的10%～20%；LED光源中不含危害人體健康的汞，生產(chǎn)過程和廢棄物不會造成環(huán)境污染。

(3)響應(yīng)速度快。與白熾燈相比，LED燈的響應(yīng)時間已經(jīng)達(dá)到了幾十納秒，這樣快速點亮可以有效幫助駕駛，從而減少交通事故的發(fā)生。

(4)體積小。小巧的LED可使汽車風(fēng)格的設(shè)計更加自由、多樣化，從而使車型更加時尚，這對于汽車造型和內(nèi)部零件布置具有重要意義[1，3]。

同時，LED道路照明類車燈也具有明顯的缺點。(1)LED車燈比普通車燈成本高。(2)LED道路照明類車燈散熱性不好，散熱處理不好容易光衰，影響車燈使用壽命。(3)產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，由于制作工藝的原因，前照燈、前霧燈明暗截止線附近光色易泛藍(lán)，也容易產(chǎn)生紫外、藍(lán)光等輻射危害。

1.2 LED道路照明類車燈UV輻射的危害

1.2.1 對生物的危害

隨著電光源的廣泛應(yīng)用，光源輻射對生物的安全性也愈受關(guān)注，尤其是紫外輻射對于人類皮膚和眼睛的影響[4]。由于目前LED道路照明類車燈生產(chǎn)工藝的特殊性，LED道路照明類車燈的紫外輻射對于行人和駕駛員自身的安全不容忽視。由于光學(xué)作用，180～420 nm的紫外輻射容易導(dǎo)致人眼光致角膜炎；290～325 nm的紫外線與人眼光化學(xué)作用，可引起人眼晶狀體渾濁，引起人眼白內(nèi)障；180～420 nm的紫外線對皮膚紅斑造成影響，導(dǎo)致皮膚發(fā)紅變黑，甚至引發(fā)皮膚癌[5]。

1.2.2 對車燈光學(xué)組件的危害

前大燈塑料透光部件若長期暴露在紫外輻射下，將導(dǎo)致分子鏈在吸收紫外線的能量之后出現(xiàn)斷鏈，從而發(fā)生降解現(xiàn)象，通常表現(xiàn)為變黃褪色、力學(xué)性能下降、物理性質(zhì)改變、光澤度下降、透明度下降、味道變重等。若道路照明類車燈LED模塊的紫外輻射過大，容易導(dǎo)致燈具內(nèi)部光學(xué)塑料組件，特別是透射、反射部件材料的物理特性產(chǎn)生變化，容易出現(xiàn)裂紋、變形、(涂層)剝離等缺陷，失去原有的光學(xué)性能，從而影響正常駕駛。因此為了保證燈具內(nèi)塑料材料的透光零件可以經(jīng)受光源的UV輻射，大多數(shù)道路照明類車燈標(biāo)準(zhǔn)都對光源的UV輻射提出要求[6]。

2 LED道路照明類車燈UV輻射測試標(biāo)準(zhǔn)

道路照明類車燈主要分為前照燈、前霧燈以及汽車用角燈。以下就ECE車燈標(biāo)準(zhǔn)和GB車燈標(biāo)準(zhǔn)中涉及道路照明類車燈UV輻射的測試要求進(jìn)行對比分析。

2.1 ECE道路照明類車燈標(biāo)準(zhǔn)

ECE車燈標(biāo)準(zhǔn)中涉及道路照明類車燈UV輻射標(biāo)準(zhǔn)有16項，詳見表1。引用標(biāo)準(zhǔn)ECE R37《關(guān)于批準(zhǔn)用于已獲批準(zhǔn)的機(jī)動車及其掛車燈具的燈絲燈泡的統(tǒng)一規(guī)定》對鹵素?zé)襞莸腢V輻射提出要求，引用標(biāo)準(zhǔn)ECE R99《關(guān)于批準(zhǔn)用于已獲批準(zhǔn)的機(jī)動車氣體放電燈的氣體放電光源的統(tǒng)一規(guī)定》對氣體放電燈泡的UV輻射作出規(guī)定。ECE R98針對氣體放電光源的前照燈中含有LED光源模塊的前照燈的UV輻射提出要求，ECE R19、ECE R112、ECE R113和ECE R123分別對LED道路照明類車燈的LED光源模塊的UV輻射提出要求。

表1 ECE道路照明類車燈標(biāo)準(zhǔn)

ECE R37對鹵素?zé)襞莸腢V輻射分為250～315 nm和315～400 nm兩段進(jìn)行測試，以5 nm間距進(jìn)行計算，分別要求k1≤2×10-4W/lm和k2≤2×10-6W/lm。ECE R99對氣體放電光源的UV輻射的計算間隔為1 nm，要求kUV≤10-5W/lm。ECE R98要求對氣體放電光源的前照燈內(nèi)部裝有塑料材料的光學(xué)組件進(jìn)行抗UV輻射試驗，并且對含有LED光源模塊的前照燈的UV輻射進(jìn)行測試。ECE R98與ECE R19、ECE R112、ECE R113和ECE R123對燈具裝用LED光源模塊的UV輻照的要求是相同的，以1 nm作為計算間距，要求kUV≤10-5W/lm。ECE道路照明類車燈標(biāo)準(zhǔn)UV輻射測試要求區(qū)別詳見表2。

注：Ee1(λ)為輻射通量的光譜分布，W/nm；ν(λ)為光譜發(fā)光效率，l；λ為波長，nm；km為光輻射當(dāng)量，683 lm/W；Ec(λ)為發(fā)光光譜能量，W；S(λ)為光譜(效應(yīng))權(quán)重函數(shù)，l。

除了ECE R37對鹵素?zé)襞莸腢V輻射計算沒有引進(jìn)光譜加權(quán)函數(shù)以外，其余標(biāo)準(zhǔn)中對UV輻射計算都引用了加權(quán)函數(shù)S(λ)，可以通過查找UV輻射光譜權(quán)重表得出。UV輻射光譜權(quán)重表依據(jù)270 nm為典型值[即S(λ)=1]，其他波長UV輻射光譜權(quán)重值是每間隔5 nm給出，依據(jù)UV輻射光譜權(quán)重值以內(nèi)插值代替。同時，LED模塊和氣體放電光源的UV輻射測試限值和計算間隔高度一致，可見ECE道路照明類車燈標(biāo)準(zhǔn)中對光源UV輻射測試要求的統(tǒng)一性比較好。

2.2 GB道路照明類車燈標(biāo)準(zhǔn)

我國燈具標(biāo)準(zhǔn)一般根據(jù)歐盟最新標(biāo)準(zhǔn)制定，涉及道路照明類車燈UV輻射標(biāo)準(zhǔn)有8項，詳見表3。

表3 GB道路照明類車燈標(biāo)準(zhǔn)

引用標(biāo)準(zhǔn)GB 15766.1-2008《道路機(jī)動車輛燈泡尺寸、光電性能要求》對鹵素?zé)襞莺头烹姛襞莸腢V輻射提出要求，GB 25991-2010、GB/T 30036-2013、GB 4660-2016和GB 19152-2016分別對燈具裝用LED光源模塊的UV輻射作出規(guī)定。GB道路照明類車燈標(biāo)準(zhǔn)UV輻射測試要求區(qū)別詳見表4。

GB 15766.1-2008對于鹵素?zé)襞莸腢V輻射要求與ECE R37中的要求一致，GB 15766.1-2008中對于氣體放電光源的UV輻射要求與ECE R99中的要求一致。GB 21259-2007與ECE R98對于氣體放電光源前照燈內(nèi)部裝有塑料光學(xué)組件的要求一致，主要區(qū)別在于GB 21259-2007并未提出對于含有LED模塊的前照燈的UV輻射測試要求。

GB 25991-2010對應(yīng)于ECE R112中裝用LED光源模塊前照燈的相關(guān)內(nèi)容。對于LED前照燈內(nèi)部裝有塑料制造的光學(xué)組件(含透射、反射部件)時，須進(jìn)行抗UV輻射試驗，試驗后樣品的表面不應(yīng)出現(xiàn)裂紋、變形、(涂層)剝離等缺陷。若LED前照燈使用了低UV輻射型式的LED模塊，或者光學(xué)組件已使用了抗UV輻射的防護(hù)，如使用濾光鏡，則不需要進(jìn)行試驗[7]。對于低UV輻射型式的LED前照燈或LED模塊的UV輻射要求，GB 25991-2010與ECE R112中的UV輻射要求限值是相同的，主要區(qū)別在于我國汽車用LED前照燈的kUV值的計算間隔要求不超過5 nm，而ECE標(biāo)準(zhǔn)要求計算間隔為1 nm，體現(xiàn)出ECE標(biāo)準(zhǔn)對于LED模塊的UV輻射要求比我國標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格[8]。GB/T 30036-2013中對于LED光源模塊的UV輻射要求是參照GB 25991-2010執(zhí)行。

表4 我國標(biāo)準(zhǔn)UV輻射測試要求

注：φλ為輻射通量的光譜分布，W/nm。

GB 4660-2016是以GB 4660-2007為基礎(chǔ)，主要增加了F3級前霧燈的一般要求、試驗方法、檢驗法則以及裝用LED模塊或光源發(fā)生器的有關(guān)規(guī)定等，其中對于LED模塊或光源發(fā)生器的UV輻射的要求與ECE R19相同。

GB 19152-2016中A級前照燈的技術(shù)內(nèi)容代替GB 19152-2003，B級前照燈的技術(shù)內(nèi)容代替GB 5948-1998中關(guān)于使用S1、S2燈泡或類似的封閉式前照燈的有關(guān)規(guī)定，同時增加了C、D、E級前照燈的相關(guān)技術(shù)內(nèi)容。GB 19152-2016對應(yīng)于ECE R113，其中涉及到的低UV輻射LED模塊或LED前照燈的UV輻射要求相同。

由上述分析可見，對于不同光源類型的UV輻射測試，ECE標(biāo)準(zhǔn)要求的限值和計算間隔是相對獨立且統(tǒng)一的，而我國不同標(biāo)準(zhǔn)中對于LED模塊的UV輻射計算間隔并未統(tǒng)一。同時可以發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外照明類車燈測試標(biāo)準(zhǔn)均未對LED模塊的UV輻射測試的測試點和測試距離作出明確規(guī)定[8]。

3 結(jié)束語

綜上所述，我國標(biāo)準(zhǔn)的制定和更新相對滯后，導(dǎo)致現(xiàn)行LED道路照明類車燈標(biāo)準(zhǔn)對于UV輻射測試要求的統(tǒng)一性不足，并且未對測試角度和測試距離作出明確規(guī)定，沒有統(tǒng)一的試驗方法，導(dǎo)致了UV輻射測試可操作性和保證試驗結(jié)果一致性上存在缺陷。由此可見，現(xiàn)行LED道路照明類車燈UV輻射測試標(biāo)準(zhǔn)在執(zhí)行過程中還存在許多問題，但隨著汽車燈光標(biāo)準(zhǔn)整合及簡化委員會對現(xiàn)行汽車燈具標(biāo)準(zhǔn)的清理評估工作的完成，通過對UV輻射測試技術(shù)的研究，現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)將會在執(zhí)行細(xì)節(jié)上進(jìn)一步規(guī)范化，更具可操作性。