本文刊發于《現代電影技術》2025年第3期

專家點評

LED放映技術憑借獨特優勢在電影放映領域嶄露頭角，其在亮度、色彩、對比度和刷新率等性能方面具備顯著優勢，可為觀眾帶來更加清晰、生動且流暢的視覺體驗。我國已成為全球LED電影屏發展的重要力量，多家國產LED品牌已推出創新性產品并在國內外市場投入使用。技術標準建設方面，由中國提案的電影國際標準項目《數字電影LED影廳光學技術要求和測量方法》已獲國際標準化組織（ISO）正式立項批準；在此之前，我國已發布首個數字電影 LED 影廳行業標準《數字電影LED影廳技術要求和測量方法》（DY/T 8—2023），為行業發展提供了規范依據。《數字電影LED放映顯示屏藍光安全及測量技術研究》一文聚焦數字電影LED放映顯示屏的藍光安全問題，分析國際標準對藍光危害的定義與測量方法，并對比了多種電子顯示設備，證實LED電影屏的藍光加權輻亮度與日常使用設備處于同一水平，表明LED 電影屏的藍光加權輻亮度遠低于國際安全標準，正常觀影條件下不會對視網膜造成危害。這一結論積極回應并有效消除了行業對LED電影屏藍光危害的疑慮，提出了適用于LED電影屏的藍光安全評估方案，對于電影產業健康可持續發展具有重要意義。未來LED放映領域的技術研究工作可從進一步優化LED屏幕設計、提高觀影舒適度入手，推動影院觀影向高品質、沉浸式體驗積極邁進。

——邢占宇

華夏電影發行有限責任公司副總經理

作 者 簡 介

李虹珊

中國電影科學技術研究所（中央宣傳部電影技術質量檢測所）檢測認證南方中心高級工程師，主要研究方向：電影檢測技術。

中國電影科學技術研究所（中央宣傳部電影技術質量檢測所）檢測認證北方中心高級工程師，主要研究方向：電影檢測技術。

李 娜

龔 波

中國電影科學技術研究所（中央宣傳部電影技術質量檢測所）黨委書記、所長，主要研究方向：數字電影技術。

中國電影科學技術研究所（中央宣傳部電影技術質量檢測所）檢測認證北方中心副主任，主要研究方向：電影檢測技術。

董強國

摘要

本文以數字電影LED放映顯示屏藍光安全為研究目標，解讀了燈具藍光標準化文獻，分析了燈具藍光的危害機理和測量原理，對比驗證了常見顯示設備的藍光測試數據，研究提出了數字電影LED放映顯示屏的藍光測量方法，初步給出了LED放映顯示屏藍光安全性結論。本文研究表明，數字電影LED放映顯示屏的藍光安全是重要的安全評估參數，所提出的測量方法可用于數字電影LED放映顯示屏研發、制造和推廣應用中的危害風險評估。

關鍵詞

LED電影屏；藍光安全；藍光危害；輻亮度；藍光安全性

1 引言

數字電影LED放映技術采用主動發光的LED顯示屏直接顯示電影畫面，與傳統被動反射放映技術相比，具有高亮度、高對比度、高動態范圍、亮度和色度均勻度好等技術優勢，可為觀眾帶來高質量畫面效果和全新觀影體驗，為高新技術格式在影院應用提供了技術載體，將成為電影行業未來重要的技術變革和產業發力點[1]。

觀眾在追求極致視覺享受的同時，對數字電影LED放映顯示屏（以下簡稱“LED電影屏”）的藍光危害存在擔憂。波長范圍為400 nm～500 nm的藍光可穿過人眼晶狀體到達視網膜，若人眼接收的藍光輻射能量過高，可能引起視力下降、顏色分辨力減弱等視網膜光化學損傷[2]，目前國內外尚無LED電影屏藍光安全標準化文件。本文深入研究了國際照明行業的燈具藍光標準化文獻，著重分析燈具藍光的危害機理和測量原理，研究提出LED電影屏的藍光測量方法，通過常見顯示設備的藍光測試數據比對和驗證，初步得出LED電影屏藍光安全性結論，為后續制定影院LED電影屏藍光安全相關規范提供了技術參考。

2 燈具藍光標準化文獻解讀

國際照明委員會（CIE）標準規定，藍光危害是指人眼受到波長范圍400 nm～500 nm的藍光輻射后引起的光化學作用導致人眼視網膜損傷的可能性[3]。考慮到公眾對燈具藍光危害風險的擔憂，CIE曾發布《CIE關于藍光危害的立場聲明》（CIE Position Statement on the Blue Light Hazard）[4]，聲明在正常合理的使用狀態下，包含LED在內的燈具不會超出藍光危害曝光限值，而超過藍光危害曝光限值的白光會很亮，人眼受刺激無法直視。然而，即便正常使用的照明燈具不會造成藍光危害，超過一定限值的光輻射依然具有較大的藍光危害風險[5,6]，為保障廣大民眾的人身安全及身體健康，CIE和國際電工委員會（IEC）根據國際非電離輻射防護委員會（ICNIRP）的生物學效應研究成果，制定了藍光危害風險程度標準化文件，為燈具生產商和使用者提供了技術依據。

國際常用的燈具藍光安全性相關標準化文件主要指IEC 62471:2006《燈和燈系統的光生物安全性》（Photobiological safety of lamps and lamp systems）[7]和IEC/TR 62778:2014《應用IEC 62471評價光源和燈具的藍光危害》（Application of IEC 62471 for the assessment of blue light hazard to light sources and luminaires）[8]技術報告。IEC 62471:2006是關于燈和燈系統在光生物安全方面的綜合性指導文件，包含了燈具發出的可見光和不可見光所涉及的各種光生物危害，也包含了藍光危害的測量和評估。IEC/TR 62778:2014主要針對光源和燈具的藍光危害，在IEC 62471:2006的基礎上對測量評估方法做了簡化。

我國將上述IEC標準化文件等同采標為GB/T 20145—2006《燈和燈系統的光生物安全性》[9]和GB∕Z 39942—2021《應用GB/T 20145評價光源和燈具的藍光危害》[10]，燈具行業強制性國家標準GB 7000.1—2015/IEC 60598?1:2014《燈具 第1部分：一般要求與試驗》[11]中關于藍光危害的部分要求也依據IEC/TR 62778進行評估。

2.1 相關技術要求

IEC 62471:2006將人眼視網膜受到光輻射后可能導致損傷的閾值定義為曝輻限值（Exposure Limit, EL）。視網膜藍光危害不僅取決于到達眼睛的藍光輻射量，還與光源在視網膜上的成像相關，因此IEC 62471:2006選取了藍光加權輻亮度作為燈具藍光危害的曝輻限值。

輻亮度為面輻射源在某一方向單位投影面積上、單位立體角內的輻射功率，將輻亮度按照每單位波長進行劃分，即可得到光譜輻亮度[12]。再將不同波長的光譜輻亮度與藍光危害加權函數B(λ)（表1）進行加權后，對波長積分，可得藍光加權輻亮度LB，計算方式如式（1）所示，用以衡量藍光危害風險程度。

表1　藍光危害加權函數[13]

為防止長期受到藍光輻射后產生人眼視網膜光化學損傷，IEC 62471:2006規定藍光加權輻亮度LB不能超過式（1）、式（2）的限值：

式中：

LB ——藍光加權輻亮度，單位為W?m-2?sr-1；

Lλ(λ, t)——光譜輻亮度，單位為W?m-2?sr-1?nm-1；

B(λ)——藍光危害加權函數；

Δλ——波長帶寬，單位為nm；

t——輻射持續時間，單位為s。

若藍光加權輻亮度LB超過100 W?m-2?sr-1閾值，則最大允許照射時間tmax應根據式（3）計算，如果未超過該閾值，則不會產生藍光危害，無需計算最大允許照射時間。

為區分燈具的藍光危害風險程度，IEC 62471:2006根據藍光加權輻亮度LB對藍光危害等級進行了分類（表2）。

表2　藍光危害等級分類表

2.2 安全等級的傳遞

在LED技術出現以前，對燈具的藍光危害評價只需考慮燈的安全等級即可。LED技術出現后，照明產品越來越復雜多樣，產品集成度越來越高，層級也越來越多，已發展出以下5個層級——層級0：LED芯片或晶圓；層級1：LED封裝；層級2：基礎LED模塊，包含印制電路板（Printed Circuit Board, PCB）上的一個或多個LED封裝；層級3：具有擴展功能的LED模塊；層級4：燈具，應用中使用的LED產品。

隨著層級的升高，產品多樣化會急劇增加。為避免重復評估各層級、各產品類型的光生物危害，IEC/TR 62778根據“亮度守恒定理”（即無源光學器件不會以任何形式增加輻亮度），提出當自發光光源在燈具中的工作條件與測量時的工作條件相近時，輻亮度無需額外的測量，即光生物安全的等級可沿產品鏈從低層向高層進行傳遞，LED芯片或LED封裝的藍光危害等級可直接應用于由LED封裝陣列組成的LED模組產品。

3 燈具藍光測量原理

3.1 輻亮度定義及特性

IEC 62471:2006使用藍光加權輻亮度作為曝輻限值衡量藍光危害。輻亮度是面輻射源在某一方向單位投影面積上、單位立體角內的輻射功率，如式（4）所示。

式中，

L——輻亮度，單位為W?m-2?sr-1；

Φ——輻射功率，單位為W；

Ω——立體角，單位為sr；

A——光源采樣面積，單位為m2；

θ——輻射方向與輻射面法線夾角，單位為°；

E——輻通量密度（也可視為輻照度），單位為W?m-2。

式（4）中，面輻射源dA在觀測方向的投影面積為dAcosθ，如圖1所示，dΦ是經過給定點的輻射束在包含給定方向的立體角元dΩ內傳播的輻射通量，dA是包含給定點的該輻射束的截面面積[14]。輻亮度大小與輻射功率Φ、光源采樣面積A、立體角Ω和觀測角度θ有關。假設輻射功率Φ穩定，那么微分平面dA的E值恒定，根據式（4）在垂直方向進行測量，所得輻亮度與立體角Ω有關，與測量距離無關。

圖1　輻亮度的定義

3.2 測量原理及計算方法

人眼光學特性表明，人眼晶狀體相當于一個凸透鏡，其將從瞳孔進入的光會聚到視網膜上成像，因此藍光對人眼的影響與光源藍光輻射到視網膜上的能量值以及在視網膜上的成像面積有關[15]。且人眼的生理特性會使人眼在注視靜止物體時伴有細微快速的眼球顫動現象，光源經過晶狀體聚焦在視網膜上，眼球的顫動會讓光源在視網膜上的成像模糊并覆蓋更大區域，時間越長，覆蓋區域越大，形成視場角。IEC 62471:2006規定，在靜止眼球視網膜上成像的最小視場角為0.0017 rad，當曝輻時間大于0.25 s時，眼球運動會使光源在視網膜上成像的模糊區域擴散，曝輻時間與平均視場角αeff的關系如表3所示，一般情況下采用0.011 rad視場角進行測量。

表3　曝輻時間與有效視場角對照表

鑒于人眼的移動和成像性能，IEC 62471:2006要求使用圖2所示的光學系統測量限定平均視場角內的空間平均輻亮度。圖2中被測光源清晰成像在探測器上，由孔徑光闌D限制入射的光能，由視場光闌控制視場角，形成平均視場角αeff。其中孔徑光闌D模擬了人眼瞳孔的功能，最小直徑為低亮度情況下人眼瞳孔平均直徑7 mm。通過該光學系統，可測量平均視場中單位接收面積和單位立體角的入射輻射功率。

圖2所示的測量方法相對復雜，IEC 62471:2006給出了一定條件下的替代方法：當測量設備的探測器正對光源且視場角較小時，可將對輻亮度的測量轉換為對輻照度的測量。

圖2　輻亮度標準測量光學系統示意圖[8]

圖3　輻亮度替代測量光學系統示意圖[8]

如圖3所示，在光源前加上圓形視場光闌，根據式（4），測量所得輻照度值除以視場立體角即可得到輻亮度值。圖3中視場光闌直徑為F,視場光闌到孔徑光闌間的距離為r，與視場角γ的關系見式（5）。

根據IEC 62471:2006對測量輻亮度的視場角的要求，γ=αeff，因此當探測器正對光源時，根據式（4）和式（5），測量到的輻照度E和光源輻亮度L的關系見式（6）。

式（6）表明，在測量過程中，視場角αeff一般由視場光闌和測量距離確定。IEC 62471:2006規定，普通燈具的光生物危害值在其產生500 lx照度的距離下測量，且距離應不小于200 mm，而對于電影放映、工業加工、醫療等特殊用途的非普通燈具應在200 mm處進行測量。經計算，0.011 rad視場角和200 mm測量距離對應的光源直徑約為2.2 mm，只要視場小于光源尺寸〔圖4（a）〕，便可測出真實輻亮度值，因此其適用于直徑超過2.2 mm的光源，但不適用于尺寸小于2 mm的單個LED芯片。如圖5所示，根據輻亮度特性，對于可一直填滿視場的均勻擴展光源，由于視場角α不變，當測量設備遠離光源時，取樣面積的增加會補償距離增加帶來的輻射通量損失，距離不會影響輻亮度的測量，P1點和P2點的輻亮度值不變[16]。因此IEC/TR 62778:2014對輻亮度測量條件做了擴展：如果光源尺寸小于視場〔圖4（b）〕，可減小視場角，使光源填滿視場再測量；如果光源不適合在200 mm處進行測量，可將測量距離增大到可進行測量的最小距離，但必須保證光源尺寸超出視場。

圖4　光源尺寸與視場關系示意圖[15]

圖5　均勻擴展光源的輻亮度隨距離的不變性[17]

4 LED電影屏的藍光安全測量

IEC 62471:2006規定，當白光光源亮度小于104 cd/m2時不會超過曝輻限值，在光生物安全方面屬于無危險類。根據行業標準DY/T 8—2023《數字電影LED影廳技術要求和測量方法》[18]的規定，全屏平均亮度值在SDR模式下為48.0±10.2 cd/m2，HDR模式下為299.6±9.0 cd/m2，遠低于104 cd/m2，理論上屬于無危險類。由于LED電影屏的工作亮度是在正常觀看距離和正常放映模式下測量，為驗證LED電影屏對觀眾健康安全的影響，本文依照IEC 62471:2006的最嚴苛條件進行測量。

如圖6所示，LED電影屏與燈具不同，通常是將紅、綠、藍三種LED發光芯片按照一定布局封裝在LED燈珠中[19]，再以陣列形式將燈珠組裝成LED模組，之后將模組拼合成易組裝的LED箱體，最后根據影廳結構拼裝成LED電影屏[20]。在整個組裝過程中，廠商一般不會在芯片上額外附加提升亮度的光學器件，因此根據IEC/TR 62778：2014規定的多層級照明產品光生物安全等級的可傳導性，單個LED燈珠的藍光危害等級可作為整個LED電影屏的等級，即可根據單個LED燈珠的藍光加權輻亮度來評估顯示屏的藍光危害等級。

圖6　LED電影屏結構示意圖

4.1 測量方法

測量設備選擇與圖2所示測量原理相同的分光輻射亮度計，依據IEC 62471:2006針對單個光源輻亮度的測量要求，理論上應在測量距離為20 cm、視場角為0.011 rad、測量視場不超過光源物理范圍等條件下測量單個燈珠。但目前LED電影屏使用的燈珠尺寸較小〔圖4（b）〕，不滿足IEC 62471:2006要求的一般測量距離和視場角，需依據IEC/TR 62778:2014對輻亮度測量條件進行調整。根據被測LED電影屏燈珠的尺寸，將測量距離修改為35 cm，測量角度調整為0.0017 rad，使測量視場在LED燈珠物理范圍內〔圖4（b）〕。之后將測量區域置于LED燈珠藍光最亮處，再根據式（2），將光譜輻亮度測量數值與藍光危害函數B（λ）進行加權積分，得到藍光加權輻亮度，并以此作為單個燈珠的藍光危害等級評價指標。

4.2 測量結果

采用本文3.2節描述的方法，以一塊點間距為3.3 mm的LED電影屏作為測試對象，將LED封裝燈珠置于最大亮度500 cd/m2白場亮度狀態，在35 cm測量距離下，藍光加權輻亮度為11.9 W?m-2?sr-1，遠小于標準規定的100 W?m-2?sr-1閾值。根據前述多層級照明產品的光生物安全等級的可傳導性，單個燈珠的藍光危害等級可作為整個LED電影屏的等級，表明LED電影屏在最嚴苛條件下也屬于無危險類RG0。

此外，LED電影屏的正常觀看距離遠大于35 cm，且LED電影屏在正常工作狀態下不會播放500 cd/m2的白場信號圖像，因此上述測量結果表明：正常工作狀態下的LED電影屏不會對視網膜產生藍光危害。

5 不同電子顯示產品藍光危害風險程度的對比分析

IEC 62471:2006是針對照明燈具制定的標準，照明用燈具無需用戶直視，而LED電影屏需要觀眾較長時間直視。在沒有針對性標準的情況下，我們應用類比法，在相同條件下對LED電影屏和日常可能長時間使用的電腦顯示屏、手機顯示屏等產品的藍光加權輻亮度進行測量對比，驗證LED電影屏的藍光危害風險程度。

5.1 對比測量方案設計

選取人們在日常工作生活中可能長時間使用的手機、筆記本電腦、臺式機顯示屏等電子顯示產品及激光放映機、氙燈放映機等專業影院放映設備，與LED電影屏在如下限定條件下進行藍光加權輻亮度的測量對比：

（1）測量距離：手機、電腦等日常電子設備的正常觀看距離不同于影院的觀影距離，因此按照電子設備的常規觀看距離進行測量，同時保留35 cm的極限測量距離。

（2）測量視場角：采用最嚴格的0.0017 rad測量視場角。

（3）測量信號：全白信號和全藍信號。

（4）測量亮度：選取設備的工作亮度范圍各不相同，為達到對比目的，根據電影行業標準要求，選取白場亮度為48 cd/m2（若達不到就選取最低工作亮度）、300 cd/m2，以及設備最大工作亮度的情況下進行測量，全藍信號以白光亮度為準。

（5）比對方案：對比所選取設備在相同距離和相同亮度情況下的藍光加權輻亮度，以及藍光危害風險最高波段的光譜特性，綜合評價LED電影屏與其他5種設備的藍光危害風險程度大小。

5.2 對比測量分析

根據上述限定條件對選取設備的藍光加權輻亮度進行測量，并將測量結果按照距離、亮度、光譜特性等因素進行分析。

5.2.1 距離

根據式（4）可知，在輻通量密度恒定的情況下，垂直方向上的輻亮度與立體角Ω有關，與測量距離無關，即均勻光源（面光源）輻亮度不會受到距離影響。由圖7可知，可視為面光源的手機、筆記本電腦、臺式機顯示屏、激光放映機和氙燈放映機的藍光加權輻亮度在亮度不變的情況下基本未受距離影響。而LED電影屏在近距離視場中呈現高光點光源陣列形態，直到接近正常觀看距離的位置，才會呈現近似面光源狀態。因此測量所得的藍光加權輻亮度隨著測量距離加大而明顯降低，直到接近正常觀看距離，所測數據與其余選取設備的數值接近。由此可知，在正常觀看距離，LED電影屏與其余選取設備在同等亮度下的藍光加權輻亮度基本一致。

圖7　不同測量距離的選取設備藍光加權輻亮度數據對比圖

5.2.2 亮度

一般情況下，藍光加權輻亮度與亮度正相關，亮度越大藍光危害風險越高。如圖8、圖9所示，在正常觀看距離且白場亮度為48 cd/m2時，LED電影屏的藍光加權輻亮度為0.0357 W?m-2?sr-1，比筆記本電腦、手機和臺式機顯示屏低約12.5%～26%；當白場亮度為300 cd/m2時，LED電影屏的藍光加權輻亮度為0.312 W?m-2?sr-1，比筆記本電腦、手機和臺式機顯示屏高約14%～22%。LED電影屏與筆記本電腦、手機和臺式機顯示屏等家庭常用顯示設備的藍光加權輻亮度數值均遠小于國際標準規定的100 W?m-2?sr-1閾值。

圖8　不同亮度的選取設備藍光加權輻亮度對比圖（全白信號）

圖9　不同亮度的選取設備藍光加權輻亮度對比圖（全藍信號）

5.2.3 光譜特性

由式（1）和式（2）藍光加權輻亮度的定義可知，藍光危害加權函數B(λ)代表了不同波段視網膜藍光危害風險的高低程度，而該函數在435 nm～440 nm波段達到峰值，藍光危害風險最高[21] ，因此對比選取設備在藍光波段的光譜特性。由圖10可知，LED電影屏在435 nm～440 nm波段并非峰值，比臺式機顯示屏、筆記本電腦、氙燈放映機和自然光在該波段的輻亮度更低。

圖10　選取設備藍光波段光譜對比圖

5.3 對比測量結論

根據上述測量結果，LED電影屏在正常觀看距離下呈現面光源特性。在同等亮度下，其藍光加權輻亮度與人們日常使用的電子顯示設備和影院投影放映設備非常接近。即使在極限工作亮度下，LED電影屏的藍光加權輻亮度也與上述設備相差不大；在435 nm～440 nm藍光危害高風險波段，LED電影屏的輻亮度仍低于其他設備。

6 LED電影屏藍光安全初步結論

（1） IEC 62471:2006規定，當白光光源亮度低于104 cd/m2時，藍光危害不會超過限值，不會產生視網膜藍光危害。 LED電影屏的最大亮度不超過500 cd/m2，遠低于104 cd/m2，因此LED電影屏在正常觀影時不會對人眼產生藍光危害。

（2）在LED電影屏白場亮度為500 cd/m2，測量距離為35 mm的條件下，測得的藍光加權輻亮度為11.9 W?m-2?sr-1，遠低于IEC 62471:2006標準規定的100 W?m-2?sr-1閾值，表明即使在最嚴苛條件下，LED電影屏也屬于無危險類RG0，不會產生視網膜藍光危害。

（3）藍光對人眼危害最大的波段主要集中在435 nm～440 nm，而LED電影屏的藍光峰值輻亮度波段主要集中在460 nm附近，避開了危害最大波段；在危害最大波段，LED電影屏比臺式機顯示屏、筆記本電腦在該波段的輻亮度更低。

（4）對于連續光源的顯示和放映設備，在正常觀看距離內，其藍光加權輻亮度與亮度大小有關。正常觀看情況下，LED電影屏的藍光加權輻亮度與生活常用電子顯示設備和影院典型投影放映設備非常接近，遠低于國際標準規定的100 W?m-2?sr-1閾值。此外，我們必須考慮到人們日常使用手機和電腦的頻率和時間要遠高于到電影院觀影（特別是觀看LED放映電影），因此在正常情況下觀看LED電影屏不會產生藍光危害。

7 結語

相關標準組織經過大量研究實驗發現，在正常使用情況下，極少有燈或光源會直接對人眼視網膜產生損傷。 國際標準明確規定，亮度低于104 cd/m2的光源屬于無危險類RG0。 即便如此，為打消廣大人民群眾對LED電影屏存在藍光危害的顧慮，我們依據國際標準中最嚴苛的測量條件和測量方法，對LED電影屏的藍光加權輻亮度進行了測量，并與高頻度使用的電子顯示設備和影院典型投影放映設備進行了實測對比。 測量和驗證數據均表明，LED電影屏的藍光加權輻亮度遠小于無危險類RG0的100 W?m-2?sr-1閾值，在相同亮度下與其他被測顯示設備的測量數據非常接近。 我們的研究和驗證結論是： 在專業數字電影LED影廳中觀看電影，正常情況下不會產生藍光危害，廣大消費者可以放心體驗新型直顯放映技術帶來的全新視覺體驗。

參考文獻

（向下滑動閱讀）

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[21] 趙英,周鋼,牟同升.LED光輻射安全標準解讀[J].信息技術與標準化,2014(11):20?23.

【項目信息】中國電影科學技術研究所（中央宣傳部電影技術質量檢測所）基本科研業務費項目“數字電影LED影廳發行母版制版技術研究”（2024?DKS?4）。