《现代电影技术》｜李虹珊等：数字电影LED放映显示屏蓝光安全及测量技术研究

本文刊发于《现代电影技术》2025年第3期

专家点评

LED放映技术凭借独特优势在电影放映领域崭露头角，其在亮度、色彩、对比度和刷新率等性能方面具备显著优势，可为观众带来更加清晰、生动且流畅的视觉体验。我国已成为全球LED电影屏发展的重要力量，多家国产LED品牌已推出创新性产品并在国内外市场投入使用。技术标准建设方面，由中国提案的电影国际标准项目《数字电影LED影厅光学技术要求和测量方法》已获国际标准化组织（ISO）正式立项批准；在此之前，我国已发布首个数字电影 LED 影厅行业标准《数字电影LED影厅技术要求和测量方法》（DY/T 8—2023），为行业发展提供了规范依据。《数字电影LED放映显示屏蓝光安全及测量技术研究》一文聚焦数字电影LED放映显示屏的蓝光安全问题，分析国际标准对蓝光危害的定义与测量方法，并对比了多种电子显示设备，证实LED电影屏的蓝光加权辐亮度与日常使用设备处于同一水平，表明LED 电影屏的蓝光加权辐亮度远低于国际安全标准，正常观影条件下不会对视网膜造成危害。这一结论积极回应并有效消除了行业对LED电影屏蓝光危害的疑虑，提出了适用于LED电影屏的蓝光安全评估方案，对于电影产业健康可持续发展具有重要意义。未来LED放映领域的技术研究工作可从进一步优化LED屏幕设计、提高观影舒适度入手，推动影院观影向高品质、沉浸式体验积极迈进。

——邢占宇

华夏电影发行有限责任公司副总经理

作 者 简 介

李虹珊

中国电影科学技术研究所（中央宣传部电影技术质量检测所）检测认证南方中心高级工程师，主要研究方向：电影检测技术。

中国电影科学技术研究所（中央宣传部电影技术质量检测所）检测认证北方中心高级工程师，主要研究方向：电影检测技术。

李 娜

龚 波

中国电影科学技术研究所（中央宣传部电影技术质量检测所）党委书记、所长，主要研究方向：数字电影技术。

中国电影科学技术研究所（中央宣传部电影技术质量检测所）检测认证北方中心副主任，主要研究方向：电影检测技术。

董强国

摘要

本文以数字电影LED放映显示屏蓝光安全为研究目标，解读了灯具蓝光标准化文献，分析了灯具蓝光的危害机理和测量原理，对比验证了常见显示设备的蓝光测试数据，研究提出了数字电影LED放映显示屏的蓝光测量方法，初步给出了LED放映显示屏蓝光安全性结论。本文研究表明，数字电影LED放映显示屏的蓝光安全是重要的安全评估参数，所提出的测量方法可用于数字电影LED放映显示屏研发、制造和推广应用中的危害风险评估。

关键词

LED电影屏；蓝光安全；蓝光危害；辐亮度；蓝光安全性

1 引言

数字电影LED放映技术采用主动发光的LED显示屏直接显示电影画面，与传统被动反射放映技术相比，具有高亮度、高对比度、高动态范围、亮度和色度均匀度好等技术优势，可为观众带来高质量画面效果和全新观影体验，为高新技术格式在影院应用提供了技术载体，将成为电影行业未来重要的技术变革和产业发力点[1]。

观众在追求极致视觉享受的同时，对数字电影LED放映显示屏（以下简称“LED电影屏”）的蓝光危害存在担忧。波长范围为400 nm～500 nm的蓝光可穿过人眼晶状体到达视网膜，若人眼接收的蓝光辐射能量过高，可能引起视力下降、颜色分辨力减弱等视网膜光化学损伤[2]，目前国内外尚无LED电影屏蓝光安全标准化文件。本文深入研究了国际照明行业的灯具蓝光标准化文献，着重分析灯具蓝光的危害机理和测量原理，研究提出LED电影屏的蓝光测量方法，通过常见显示设备的蓝光测试数据比对和验证，初步得出LED电影屏蓝光安全性结论，为后续制定影院LED电影屏蓝光安全相关规范提供了技术参考。

2 灯具蓝光标准化文献解读

国际照明委员会（CIE）标准规定，蓝光危害是指人眼受到波长范围400 nm～500 nm的蓝光辐射后引起的光化学作用导致人眼视网膜损伤的可能性[3]。考虑到公众对灯具蓝光危害风险的担忧，CIE曾发布《CIE关于蓝光危害的立场声明》（CIE Position Statement on the Blue Light Hazard）[4]，声明在正常合理的使用状态下，包含LED在内的灯具不会超出蓝光危害曝光限值，而超过蓝光危害曝光限值的白光会很亮，人眼受刺激无法直视。然而，即便正常使用的照明灯具不会造成蓝光危害，超过一定限值的光辐射依然具有较大的蓝光危害风险[5,6]，为保障广大民众的人身安全及身体健康，CIE和国际电工委员会（IEC）根据国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）的生物学效应研究成果，制定了蓝光危害风险程度标准化文件，为灯具生产商和使用者提供了技术依据。

国际常用的灯具蓝光安全性相关标准化文件主要指IEC 62471:2006《灯和灯系统的光生物安全性》（Photobiological safety of lamps and lamp systems）[7]和IEC/TR 62778:2014《应用IEC 62471评价光源和灯具的蓝光危害》（Application of IEC 62471 for the assessment of blue light hazard to light sources and luminaires）[8]技术报告。IEC 62471:2006是关于灯和灯系统在光生物安全方面的综合性指导文件，包含了灯具发出的可见光和不可见光所涉及的各种光生物危害，也包含了蓝光危害的测量和评估。IEC/TR 62778:2014主要针对光源和灯具的蓝光危害，在IEC 62471:2006的基础上对测量评估方法做了简化。

我国将上述IEC标准化文件等同采标为GB/T 20145—2006《灯和灯系统的光生物安全性》[9]和GB∕Z 39942—2021《应用GB/T 20145评价光源和灯具的蓝光危害》[10]，灯具行业强制性国家标准GB 7000.1—2015/IEC 60598⁃1:2014《灯具 第1部分：一般要求与试验》[11]中关于蓝光危害的部分要求也依据IEC/TR 62778进行评估。

2.1 相关技术要求

IEC 62471:2006将人眼视网膜受到光辐射后可能导致损伤的阈值定义为曝辐限值（Exposure Limit, EL）。视网膜蓝光危害不仅取决于到达眼睛的蓝光辐射量，还与光源在视网膜上的成像相关，因此IEC 62471:2006选取了蓝光加权辐亮度作为灯具蓝光危害的曝辐限值。

辐亮度为面辐射源在某一方向单位投影面积上、单位立体角内的辐射功率，将辐亮度按照每单位波长进行划分，即可得到光谱辐亮度[12]。再将不同波长的光谱辐亮度与蓝光危害加权函数B(λ)（表1）进行加权后，对波长积分，可得蓝光加权辐亮度LB，计算方式如式（1）所示，用以衡量蓝光危害风险程度。

为防止长期受到蓝光辐射后产生人眼视网膜光化学损伤，IEC 62471:2006规定蓝光加权辐亮度LB不能超过式（1）、式（2）的限值：

式中：

LB ——蓝光加权辐亮度，单位为W⋅m-2⋅sr-1；

Lλ(λ, t)——光谱辐亮度，单位为W⋅m-2⋅sr-1⋅nm-1；

B(λ)——蓝光危害加权函数；

Δλ——波长带宽，单位为nm；

t——辐射持续时间，单位为s。

若蓝光加权辐亮度LB超过100 W⋅m-2⋅sr-1阈值，则最大允许照射时间tmax应根据式（3）计算，如果未超过该阈值，则不会产生蓝光危害，无需计算最大允许照射时间。

为区分灯具的蓝光危害风险程度，IEC 62471:2006根据蓝光加权辐亮度LB对蓝光危害等级进行了分类（表2）。

2.2 安全等级的传递

在LED技术出现以前，对灯具的蓝光危害评价只需考虑灯的安全等级即可。LED技术出现后，照明产品越来越复杂多样，产品集成度越来越高，层级也越来越多，已发展出以下5个层级——层级0：LED芯片或晶圆；层级1：LED封装；层级2：基础LED模块，包含印制电路板（Printed Circuit Board, PCB）上的一个或多个LED封装；层级3：具有扩展功能的LED模块；层级4：灯具，应用中使用的LED产品。

随着层级的升高，产品多样化会急剧增加。为避免重复评估各层级、各产品类型的光生物危害，IEC/TR 62778根据“亮度守恒定理”（即无源光学器件不会以任何形式增加辐亮度），提出当自发光光源在灯具中的工作条件与测量时的工作条件相近时，辐亮度无需额外的测量，即光生物安全的等级可沿产品链从低层向高层进行传递，LED芯片或LED封装的蓝光危害等级可直接应用于由LED封装阵列组成的LED模组产品。

3 灯具蓝光测量原理

3.1 辐亮度定义及特性

IEC 62471:2006使用蓝光加权辐亮度作为曝辐限值衡量蓝光危害。辐亮度是面辐射源在某一方向单位投影面积上、单位立体角内的辐射功率，如式（4）所示。

式中，

L——辐亮度，单位为W⋅m-2⋅sr-1；

Φ——辐射功率，单位为W；

Ω——立体角，单位为sr；

A——光源采样面积，单位为m2；

θ——辐射方向与辐射面法线夹角，单位为°；

E——辐通量密度（也可视为辐照度），单位为W⋅m-2。

式（4）中，面辐射源dA在观测方向的投影面积为dAcosθ，如图1所示，dΦ是经过给定点的辐射束在包含给定方向的立体角元dΩ内传播的辐射通量，dA是包含给定点的该辐射束的截面面积[14]。辐亮度大小与辐射功率Φ、光源采样面积A、立体角Ω和观测角度θ有关。假设辐射功率Φ稳定，那么微分平面dA的E值恒定，根据式（4）在垂直方向进行测量，所得辐亮度与立体角Ω有关，与测量距离无关。

3.2 测量原理及计算方法

人眼光学特性表明，人眼晶状体相当于一个凸透镜，其将从瞳孔进入的光会聚到视网膜上成像，因此蓝光对人眼的影响与光源蓝光辐射到视网膜上的能量值以及在视网膜上的成像面积有关[15]。且人眼的生理特性会使人眼在注视静止物体时伴有细微快速的眼球颤动现象，光源经过晶状体聚焦在视网膜上，眼球的颤动会让光源在视网膜上的成像模糊并覆盖更大区域，时间越长，覆盖区域越大，形成视场角。IEC 62471:2006规定，在静止眼球视网膜上成像的最小视场角为0.0017 rad，当曝辐时间大于0.25 s时，眼球运动会使光源在视网膜上成像的模糊区域扩散，曝辐时间与平均视场角αeff的关系如表3所示，一般情况下采用0.011 rad视场角进行测量。

鉴于人眼的移动和成像性能，IEC 62471:2006要求使用图2所示的光学系统测量限定平均视场角内的空间平均辐亮度。图2中被测光源清晰成像在探测器上，由孔径光阑D限制入射的光能，由视场光阑控制视场角，形成平均视场角αeff。其中孔径光阑D模拟了人眼瞳孔的功能，最小直径为低亮度情况下人眼瞳孔平均直径7 mm。通过该光学系统，可测量平均视场中单位接收面积和单位立体角的入射辐射功率。

图2所示的测量方法相对复杂，IEC 62471:2006给出了一定条件下的替代方法：当测量设备的探测器正对光源且视场角较小时，可将对辐亮度的测量转换为对辐照度的测量。

如图3所示，在光源前加上圆形视场光阑，根据式（4），测量所得辐照度值除以视场立体角即可得到辐亮度值。图3中视场光阑直径为F,视场光阑到孔径光阑间的距离为r，与视场角γ的关系见式（5）。

根据IEC 62471:2006对测量辐亮度的视场角的要求，γ=αeff，因此当探测器正对光源时，根据式（4）和式（5），测量到的辐照度E和光源辐亮度L的关系见式（6）。

式（6）表明，在测量过程中，视场角αeff一般由视场光阑和测量距离确定。IEC 62471:2006规定，普通灯具的光生物危害值在其产生500 lx照度的距离下测量，且距离应不小于200 mm，而对于电影放映、工业加工、医疗等特殊用途的非普通灯具应在200 mm处进行测量。经计算，0.011 rad视场角和200 mm测量距离对应的光源直径约为2.2 mm，只要视场小于光源尺寸〔图4（a）〕，便可测出真实辐亮度值，因此其适用于直径超过2.2 mm的光源，但不适用于尺寸小于2 mm的单个LED芯片。如图5所示，根据辐亮度特性，对于可一直填满视场的均匀扩展光源，由于视场角α不变，当测量设备远离光源时，取样面积的增加会补偿距离增加带来的辐射通量损失，距离不会影响辐亮度的测量，P1点和P2点的辐亮度值不变[16]。因此IEC/TR 62778:2014对辐亮度测量条件做了扩展：如果光源尺寸小于视场〔图4（b）〕，可减小视场角，使光源填满视场再测量；如果光源不适合在200 mm处进行测量，可将测量距离增大到可进行测量的最小距离，但必须保证光源尺寸超出视场。

4 LED电影屏的蓝光安全测量

IEC 62471:2006规定，当白光光源亮度小于104 cd/m2时不会超过曝辐限值，在光生物安全方面属于无危险类。根据行业标准DY/T 8—2023《数字电影LED影厅技术要求和测量方法》[18]的规定，全屏平均亮度值在SDR模式下为48.0±10.2 cd/m2，HDR模式下为299.6±9.0 cd/m2，远低于104 cd/m2，理论上属于无危险类。由于LED电影屏的工作亮度是在正常观看距离和正常放映模式下测量，为验证LED电影屏对观众健康安全的影响，本文依照IEC 62471:2006的最严苛条件进行测量。

如图6所示，LED电影屏与灯具不同，通常是将红、绿、蓝三种LED发光芯片按照一定布局封装在LED灯珠中[19]，再以阵列形式将灯珠组装成LED模组，之后将模组拼合成易组装的LED箱体，最后根据影厅结构拼装成LED电影屏[20]。在整个组装过程中，厂商一般不会在芯片上额外附加提升亮度的光学器件，因此根据IEC/TR 62778：2014规定的多层级照明产品光生物安全等级的可传导性，单个LED灯珠的蓝光危害等级可作为整个LED电影屏的等级，即可根据单个LED灯珠的蓝光加权辐亮度来评估显示屏的蓝光危害等级。

4.1 测量方法

测量设备选择与图2所示测量原理相同的分光辐射亮度计，依据IEC 62471:2006针对单个光源辐亮度的测量要求，理论上应在测量距离为20 cm、视场角为0.011 rad、测量视场不超过光源物理范围等条件下测量单个灯珠。但目前LED电影屏使用的灯珠尺寸较小〔图4（b）〕，不满足IEC 62471:2006要求的一般测量距离和视场角，需依据IEC/TR 62778:2014对辐亮度测量条件进行调整。根据被测LED电影屏灯珠的尺寸，将测量距离修改为35 cm，测量角度调整为0.0017 rad，使测量视场在LED灯珠物理范围内〔图4（b）〕。之后将测量区域置于LED灯珠蓝光最亮处，再根据式（2），将光谱辐亮度测量数值与蓝光危害函数B（λ）进行加权积分，得到蓝光加权辐亮度，并以此作为单个灯珠的蓝光危害等级评价指标。

4.2 测量结果

采用本文3.2节描述的方法，以一块点间距为3.3 mm的LED电影屏作为测试对象，将LED封装灯珠置于最大亮度500 cd/m2白场亮度状态，在35 cm测量距离下，蓝光加权辐亮度为11.9 W⋅m-2⋅sr-1，远小于标准规定的100 W⋅m-2⋅sr-1阈值。根据前述多层级照明产品的光生物安全等级的可传导性，单个灯珠的蓝光危害等级可作为整个LED电影屏的等级，表明LED电影屏在最严苛条件下也属于无危险类RG0。

此外，LED电影屏的正常观看距离远大于35 cm，且LED电影屏在正常工作状态下不会播放500 cd/m2的白场信号图像，因此上述测量结果表明：正常工作状态下的LED电影屏不会对视网膜产生蓝光危害。

5 不同电子显示产品蓝光危害风险程度的对比分析

IEC 62471:2006是针对照明灯具制定的标准，照明用灯具无需用户直视，而LED电影屏需要观众较长时间直视。在没有针对性标准的情况下，我们应用类比法，在相同条件下对LED电影屏和日常可能长时间使用的电脑显示屏、手机显示屏等产品的蓝光加权辐亮度进行测量对比，验证LED电影屏的蓝光危害风险程度。

5.1 对比测量方案设计

选取人们在日常工作生活中可能长时间使用的手机、笔记本电脑、台式机显示屏等电子显示产品及激光放映机、氙灯放映机等专业影院放映设备，与LED电影屏在如下限定条件下进行蓝光加权辐亮度的测量对比：

（1）测量距离：手机、电脑等日常电子设备的正常观看距离不同于影院的观影距离，因此按照电子设备的常规观看距离进行测量，同时保留35 cm的极限测量距离。

（2）测量视场角：采用最严格的0.0017 rad测量视场角。

（3）测量信号：全白信号和全蓝信号。

（4）测量亮度：选取设备的工作亮度范围各不相同，为达到对比目的，根据电影行业标准要求，选取白场亮度为48 cd/m2（若达不到就选取最低工作亮度）、300 cd/m2，以及设备最大工作亮度的情况下进行测量，全蓝信号以白光亮度为准。

（5）比对方案：对比所选取设备在相同距离和相同亮度情况下的蓝光加权辐亮度，以及蓝光危害风险最高波段的光谱特性，综合评价LED电影屏与其他5种设备的蓝光危害风险程度大小。

5.2 对比测量分析

根据上述限定条件对选取设备的蓝光加权辐亮度进行测量，并将测量结果按照距离、亮度、光谱特性等因素进行分析。

5.2.1 距离

根据式（4）可知，在辐通量密度恒定的情况下，垂直方向上的辐亮度与立体角Ω有关，与测量距离无关，即均匀光源（面光源）辐亮度不会受到距离影响。由图7可知，可视为面光源的手机、笔记本电脑、台式机显示屏、激光放映机和氙灯放映机的蓝光加权辐亮度在亮度不变的情况下基本未受距离影响。而LED电影屏在近距离视场中呈现高光点光源阵列形态，直到接近正常观看距离的位置，才会呈现近似面光源状态。因此测量所得的蓝光加权辐亮度随着测量距离加大而明显降低，直到接近正常观看距离，所测数据与其余选取设备的数值接近。由此可知，在正常观看距离，LED电影屏与其余选取设备在同等亮度下的蓝光加权辐亮度基本一致。

5.2.2 亮度

一般情况下，蓝光加权辐亮度与亮度正相关，亮度越大蓝光危害风险越高。如图8、图9所示，在正常观看距离且白场亮度为48 cd/m2时，LED电影屏的蓝光加权辐亮度为0.0357 W⋅m-2⋅sr-1，比笔记本电脑、手机和台式机显示屏低约12.5%～26%；当白场亮度为300 cd/m2时，LED电影屏的蓝光加权辐亮度为0.312 W⋅m-2⋅sr-1，比笔记本电脑、手机和台式机显示屏高约14%～22%。LED电影屏与笔记本电脑、手机和台式机显示屏等家庭常用显示设备的蓝光加权辐亮度数值均远小于国际标准规定的100 W⋅m-2⋅sr-1阈值。

5.2.3 光谱特性

由式（1）和式（2）蓝光加权辐亮度的定义可知，蓝光危害加权函数B(λ)代表了不同波段视网膜蓝光危害风险的高低程度，而该函数在435 nm～440 nm波段达到峰值，蓝光危害风险最高[21] ，因此对比选取设备在蓝光波段的光谱特性。由图10可知，LED电影屏在435 nm～440 nm波段并非峰值，比台式机显示屏、笔记本电脑、氙灯放映机和自然光在该波段的辐亮度更低。

5.3 对比测量结论

根据上述测量结果，LED电影屏在正常观看距离下呈现面光源特性。在同等亮度下，其蓝光加权辐亮度与人们日常使用的电子显示设备和影院投影放映设备非常接近。即使在极限工作亮度下，LED电影屏的蓝光加权辐亮度也与上述设备相差不大；在435 nm～440 nm蓝光危害高风险波段，LED电影屏的辐亮度仍低于其他设备。

6 LED电影屏蓝光安全初步结论

（1） IEC 62471:2006规定，当白光光源亮度低于104 cd/m2时，蓝光危害不会超过限值，不会产生视网膜蓝光危害。 LED电影屏的最大亮度不超过500 cd/m2，远低于104 cd/m2，因此LED电影屏在正常观影时不会对人眼产生蓝光危害。

（2）在LED电影屏白场亮度为500 cd/m2，测量距离为35 mm的条件下，测得的蓝光加权辐亮度为11.9 W⋅m-2⋅sr-1，远低于IEC 62471:2006标准规定的100 W⋅m-2⋅sr-1阈值，表明即使在最严苛条件下，LED电影屏也属于无危险类RG0，不会产生视网膜蓝光危害。

（3）蓝光对人眼危害最大的波段主要集中在435 nm～440 nm，而LED电影屏的蓝光峰值辐亮度波段主要集中在460 nm附近，避开了危害最大波段；在危害最大波段，LED电影屏比台式机显示屏、笔记本电脑在该波段的辐亮度更低。

（4）对于连续光源的显示和放映设备，在正常观看距离内，其蓝光加权辐亮度与亮度大小有关。正常观看情况下，LED电影屏的蓝光加权辐亮度与生活常用电子显示设备和影院典型投影放映设备非常接近，远低于国际标准规定的100 W⋅m-2⋅sr-1阈值。此外，我们必须考虑到人们日常使用手机和电脑的频率和时间要远高于到电影院观影（特别是观看LED放映电影），因此在正常情况下观看LED电影屏不会产生蓝光危害。

7 结语

相关标准组织经过大量研究实验发现，在正常使用情况下，极少有灯或光源会直接对人眼视网膜产生损伤。 国际标准明确规定，亮度低于104 cd/m2的光源属于无危险类RG0。 即便如此，为打消广大人民群众对LED电影屏存在蓝光危害的顾虑，我们依据国际标准中最严苛的测量条件和测量方法，对LED电影屏的蓝光加权辐亮度进行了测量，并与高频度使用的电子显示设备和影院典型投影放映设备进行了实测对比。 测量和验证数据均表明，LED电影屏的蓝光加权辐亮度远小于无危险类RG0的100 W⋅m-2⋅sr-1阈值，在相同亮度下与其他被测显示设备的测量数据非常接近。 我们的研究和验证结论是： 在专业数字电影LED影厅中观看电影，正常情况下不会产生蓝光危害，广大消费者可以放心体验新型直显放映技术带来的全新视觉体验。

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【项目信息】中国电影科学技术研究所（中央宣传部电影技术质量检测所）基本科研业务费项目“数字电影LED影厅发行母版制版技术研究”（2024⁃DKS⁃4）。