兒童青少年健康光環境綜合指導意見（二）：健康光環境的主要指標

【前文回顧：兒童青少年健康光環境綜合指導意見（一）：何為健康光環境？】

1.3健康光環境的主要指標 

通過前面的論述，我們知道光對人眼的效應不僅有視覺效應，還有非視覺效應，這兩種效應共同決定著光環境的質量，為了設計適合兒童青少年的健康光環境，我們需要了解一些光度學與色度學的參 數指標。

1.3.1亮度

亮度是指發光體發出可見光的強度與光源表面積之比，通常用單位投影面積上的發光強度來表示，亮度的單位是坎德拉/平方米（cd/m2 ）。

1.3.2色溫

色溫是顏色溫度的簡稱，通常指黑體輻射的溫度產生的白光的顏色，色的概念就是可見光譜能量分布在大腦的反映。低色溫白光偏黃色調，而高色溫白光偏藍色調。當光源的色品點（色坐標）不在黑體軌跡上，且光源的色品與某一溫度下的黑體的色品最接近時，該黑體的絕對溫度為此光源的相關色溫，簡稱相關色溫。符號 Tcp，單位為K。例如，40W白熾燈的相關色溫約為2700K，普通白光日光燈（雙端熒光燈）的相關色溫約為6500K，夜晚滿月色溫約為4100K。

1.3.3光通量

光通量是指發光體在單位時間內所發出的光度能量。單位：流明 lm。對于光源而言發光是其最主要的性能，光通量是最關鍵的指標，光通量值越大，燈越亮。

1.3.4照度

照度是指被照物體表面積上所接受可見光的光通量，單位為勒克斯（lx），用于評價光照的強弱和物體表面積被照明程度的量。通常在教室里關注兩個照度數，一個是課桌面上的水平照度，另一個是黑板面的垂直照度。

1.3.5照度均勻度

照度均勻度是指被照表面上的最小照度與平均照度之比。描述了在工作面上整個環境上的光分布特性。工作面上光環境的明暗差會影響到可見性、舒適度及視覺感。

1.3.6顯色指數

顯色性表示了人造光源與太陽相比對物體顏色的還原能 力。最常用來描述光源顯色性的指標是一般顯色指數Ra，以被測光源下物體顏色和參考標準光源下物體顏色的相 符合程度來表示，是由范圍在 0-100 的數字來代表光源的顯色性，數字越大代表顯色性越好。特殊顯色指數是被測光源和參照標準光源照明體分別照明CIE某個試驗色樣所呈現一致程度的度量，例如，特殊顯色指數R9是對飽和紅色的顯色指數。 

1.3.7統一眩光值

（UGR）眩光是指由于視野中的亮度分布或亮度范圍的不適宜，或存在極端的對比，以致引起不舒適的感覺或降低觀察細部或目標的能力的視覺現象。而統一眩光值是一種用來描述眩光引起的不舒適感主觀反映的心理參量，其值可按CIE統一眩光值公式計算，用 UGR 表示，該值越大眩光越嚴重，UGR ≤ 19時被認為是僅可接受的眩光感覺。眩光是引起不舒適和視覺疲勞的重要原因之一。

平均亮度相同，但均勻和非均勻照明光源引起的眩光不舒適感卻會存在很大的差異，使用基于平均亮度的UGR進行非均勻照明光源的不舒適眩光評價并不可靠。因此，CIE 于2019年給出了非均勻光源眩光 UGR 的公式。

UGR 值與不舒適眩光程度語義的對應關系如下表所示。

表 1.2 UGR 值與不舒適眩光程度對應表

1.3.8閃爍/頻閃效應

閃爍是指光源發光強度或光譜分布隨時間波動引起的視覺不穩定現象。在交流電下工作的幾乎所有光源都會產生閃爍，只是程度不同。根 據交流電流的頻率、波形，光源或燈具對電流的整流效果、光源對于電流的響應不同等，有的燈具發出的光的閃爍是肉眼可以觀察到的，有的是儀器才可以測量到的。光的交流變化和運動的物體也可能產生頻閃效應，使人產生錯覺。這些存在的閃爍或頻閃效應對人體的視覺感知都會有或大或小的影響。嚴重的可能導致青少年視覺功能的下降，引起視覺疲勞甚至癲癇、偏頭痛等嚴重的健康問題。 

1.3.9藍光危害

藍光是波長在 400nm—500nm 范圍的可見光，它是白光的重要組成部分，是成像所必須的。從光生物安全角度講，任何光超過一定的輻亮度或輻照度都是有害的，藍光也不例外，藍光視網膜危害是光生物安全中的一種危害。藍光危害是指由波長主要 400nm—500nm 的過量輻射照射后引起的光化學損傷。藍光過量可能引發近視度數越來越高、頭疼和學習效率降低、視覺紊亂、眼睛干澀、疲勞等問題。藍光的視覺危害是由直接照射到眼睛的過強輻照度造成（與光成像面積有關），造成藍光的視覺危害是需要時間（能量）積累的。

根據可能造成危害的最長曝光輻照時間不同，可將危害等級分為 0 類危險（無危險）、1 類危險（低危險）、2 類危險（中度危險）以及 3 類危險（高危險）四個級別。對于一般的應用而言，0 類危險和 1 類危險的產品均可以安全的使用；2 類危險和3 類危險的產品若使用不當可能對人眼造成不可逆的危害。

LED 是否有藍光危害一直備受關注并被夸大宣傳。從光生物安全的角度來衡量，常規照明中 LED 與以白熾燈、熒光燈為例的傳統照明中的光源并沒有本質上的差別， 其輻射強度遠遠達不到引起光化學損傷的程度，不直視光源的情況下一般不存在藍光危害問題。國際照明委 員會提出較長時間（>100s）暴露在 LED 手電筒、LED 汽 車前燈和 LED 投光燈下，有可能接觸到過度的藍光，導致健 康危害。同時電視、手機、平板電腦，包括一些兒童玩具，長時間直視也有損害健康的風險。

 一些學者與媒體往往將藍光危害與光生物效應混為一談，造成混亂。當涉及生物鐘（晝夜節律）紊亂或睡眠障礙時，不應使用術語“藍光危害”。 

表 1.3 藍光危害等級表

1.3.10非視覺效應

光通過人眼本征感光視網膜神經節細胞通道抑制松果體分泌 褪黑激素，刺激腎上腺分泌皮質激素等機制，起到調節人體 生理節律、警覺度和代謝過程，影響人體健康的效應。人們日出而作，日落而息的生理節律是隨著一天中的光照進行變化的。這種非成像感光細胞控制了許多的非視覺生物效應，例如生理節律、體溫、心率、內分泌、精神等。光照周期與人的生物鐘應當是匹配的，而不匹配的光照會擾亂人體的褪黑素分泌造成身體內在晝夜節律紊亂，進而對人體健康產生若干負面影響，誘發諸如肥胖、糖尿病、睡眠障礙、代謝綜 合癥、情緒失調、抑郁、癌癥等疾病。為使照明環境更有利于生物鐘的健康，有人提出用光對人體生物效應等效的褪黑素光照度來計量。

1.4顯示設備相關指標 

信息顯示設備的廣泛應用，使得兒童青少年有更多的時間直視顯示屏；與照明相比，人眼在觀看顯示設備呈現的文字、 圖像時，其行為方式有諸多差異；因此顯示設備的光學輻射及圖像特性對兒童青少年的視覺和身心健康影響越來越重要。

1.4.1顯示刷新頻率

顯示刷新頻率是指屏幕每秒畫面被刷新的次數，單位為赫茲（Hz）；刷新頻率越高越好，顯示的畫面穩定，尤其觀看視頻時 的動態圖像流暢、自然清晰，對眼睛的影響小。刷新頻率低，圖像的閃爍和抖動就明顯，容易引起眼晴的疲勞。一般來說， 顯示刷新頻率達到 80Hz 以上就不容易看到顯示圖像的閃動現象。

1.4.2亮度和亮度均勻性

人眼“看”到顯示圖像的明暗，是與屏幕上呈現的圖像亮度有關。它也直接反映了圖像經人眼晶狀體聚焦后視網膜上的照度大小 ; 視網膜上的照度還與人眼瞳孔面積成正比關系，而瞳孔大小與人眼的視野的背景亮度有關。因此，在白天明亮的室內環境下，顯示屏的圖像亮度 100cd/m2 至 300cd/m2 為宜，具體視周邊環境的光照 水平。而戶外光照強度高，顯示屏的亮度應更高。在夜里，周邊環境暗，顯示屏的亮度應適當低一些，眼睛會更舒適。過高的顯示亮度，短時間可能感覺圖像清晰、明亮，而長久觀看容易引起眼睛的疲勞。亮度均勻性是指視覺顯示終端顯示區域內最亮與最暗部分的亮度差異，是評價視覺顯示終端表面亮度是否一致和產品質量的關鍵指標。

1.4.3色度和色度均勻性

人的視覺系統對色彩的感知是錯綜復雜的，人類解析顏色受光源、光線反射和透射、觀察者眼睛和腦信息處理影響，是包含了對可見光長波（紅）、中波（綠）及 短波（藍）等三部分的分量（R、G、B），為了量化地描述色彩，國際照明委員會（CIE）規定 了用相應的坐標系中的坐標值來表征顏色的量值，如 CIE1931XYZ 系 統、CIE1976UCS 系 統 等。視覺顯示終端屏幕上呈現同一顏色的圖像時，由于產品本身的質量問題，在各個區域上的色度值可能不完全一致，衡量呈現顏色一致性的程度，用色度均勻性來表示。

1.4.4對比度

對比度是顯示終端屏幕呈現100%（全白）灰度的圖 像與0（全黑）灰度的圖像亮度之比。一般來說對比度越高，圖像越清晰醒目。較高的對比度使圖像的清晰度、細節表現、灰度層次表現都比較好。但是，同一屏幕上黑白條紋之間的對比度稱為調制對比度；適宜的對比度可以延緩視覺疲勞。

1.4.5色域覆蓋率和立體色域

表征視覺顯示終端能夠呈現顏色的范圍。色域通常使 用傳統的平面色域如 CIE1931 或 CIE1976 UCS 的色域覆蓋率表示，即輸入RGB 三原色信號，獲得三者色品坐標所包圍的色度范圍大小。而彩色圖像往往包含不同亮度的圖像，因此呈現不同亮度下的色域性能，通常用三維系統中的 CIELAB 立體色域表示。尤其在低亮度下的色域范圍大小，表示顯示終端在低亮度畫面的顏色呈現性能。目前，市面上的顯示終端產品往往僅標稱色域覆蓋率指標，數值越大，表示能顯示的顏色越豐富。近幾年，國際標準開始推廣用立體色域大小來表示視覺顯示終端的顏色呈現能力。

1.4.6表面反射系數

表面反射系數是指光（入射光）投向視覺顯示終端時，其表面反射光的強度與入射光的強度之比值。受入射光的投射角度、強度、波長以及屏幕表面材料等因素 的影響。在明亮環境下或觀看者的后上方有明亮目標 ( 如照明燈具、窗戶 )，視覺顯示終端的表面反射會明 顯降低視覺對比度，或產生嚴重的反射眩光。有抗反射膜或涂層的顯示屏，其表面反射會明顯降低。

1.4.7可視角度

顯示器可視角度指的是能從不同的方位清晰地看見屏幕上所有顯示內容的角度，教室中多媒體顯示終端通常居中放置，在可視角度內的學生都能獲得較好的視覺效果，在可視角度外的學生則容易因為亮度或對比度的降低，長時間觀看容易引起視覺疲勞。

1.4.8像素分辨率

像素分辨率是指顯示器所能顯示的像素密度的大小。由于屏幕上的點、線和面都是由像素組成的，顯示器可顯示的像素越多，畫面就越精細，同樣的屏幕區域內能顯示的信息也越多，所以分辨率是個非常重要的性能指標。像素分辨率的數值用單位英寸中所包含的像素點數表示。

1.4.9靜態圖像分辨率

靜態圖像分辨率是指視覺顯示終端的調制對比 度（黑白條紋）結合人眼觀看圖像時的調制對 比度閾值，得出人眼實際能夠分辨的最高的線條密度，它比目前僅適用物理的像素分辨率表示顯示屏性能更加合理。

1.4.10動態圖像分辨率

受顯示屏響應時間和圖像拖尾、殘影等影響， 視頻圖像通常使用動態圖像分辨率來表示實際動態畫面的顯示效果。

1.4.11動態響應時間

圖像領域的顯示器響應時間，是顯示器各像素點發光對輸入信號反應的速度。動態響應時間越短，則使用者在看動態畫面時越不會有拖影、拖曳的感覺。

1.4.12拖影

因響應速度較慢，或者采用動態掃描等技術造成視覺顯示終端圖像發生模糊或暫留的現象。

1.4.13鬼影

由于殘像，或者表面鏡面反射在顯示屏正常顯示的圖像中重疊其他影像，影響顯示屏的正常視覺效果。

1.4.14閃爍度

通常人眼可感知頻率 70Hz 以下的調制脈沖光的閃 動，長時間在有視覺閃爍的顯示屏前工作或學習會 產生視覺疲勞甚至是頭痛等癥狀。此外由于教室環 境照明光源同樣存在閃爍現象，兩個相近頻率的閃 爍光則會產生“拍頻”現象，極易造成視覺上的感知錯誤。

1.4.15激光散斑

使用激光投影光源的視覺顯示終端，如激光投影儀，由于激光光源的相干性，使得投影在屏幕上的圖像產生散斑，激光散斑嚴重的情況下會降低圖像的清晰度，甚至會明顯看到閃亮的散斑顆粒的存在，成為影響激光視覺顯示終端圖像質量的關鍵因素。

1.4.16亮室對比度

在特定的環境光照條件下，視覺顯示終端上呈現出 100% 信號的白場亮度與全黑場時的亮度之比。更加符合實際使用環境使用情況。

1.4.17亮室色度漂移

在特定的環境光照條件下，視覺顯示終端顯示給定圖像的色度值與暗室條件下的色度值的差異。

1.4.18亮度色域

在特定的環境光照條件下，視覺顯示終端能呈現的顏色范圍，通常用 CIE1931XYZ 或 CIE1976UCS 中的色域覆蓋率表示；在不同亮度的三維彩色空間（如 CIELAB）中能呈現的立體范圍，則用立體色域表示。

1.4.19反射眩光

在特定的環境光照條件下，由顯示屏表面反射光線 引起的眩光 , 會引起視覺不適或疲勞。例如：在辦公室或學校教室內普遍采用頂裝的燈具，高亮度的燈具表面通過視覺顯示終端的表面反射往往會產生嚴重的反射眩光，干擾正常屏幕上圖像的識別。在常規液晶顯示終端的玻璃表面，極易產生此類現象，因此許多液晶顯示屏的玻璃 表面制作了抗眩光膜，減少鏡面反射。

1.4.20光輻射安全等級

一般 LCD、OLED 等視覺顯示終端，按 照IEC 62471和GB/T20145進行評價， 光輻射安全等級均為免除類（RG0）。而 對于投影儀系統，觀看投影屏上的圖像時， 其光生物安全等級按照 IEC 62471-5 和 GB/T 30117.5，亦為“免除類”（RG0）。若直視投影機的出光口，則可能會導致眼 睛視網膜危害，造成視力下降。目前，國 際上允許使用風險等級為 RG2 類的投影儀產品 ; 對于視網膜藍光危害，只要注視觀看時間不超過 0.25 秒是安全的。在學校場所，建議投影機的光輻射風險等級不超過 RG1 類 ; 對于一般學生，直視高亮度投影機的出光口不會持續到 100 秒， 應該是安全的。

對于視網膜藍光危害，目前國際、國家標準主要是根據照明燈和燈系統的觀看 行為而制訂的風險等級。如風險等級為 RG0、RG1 和 RG2 所對應的危害評判時間分別為 2.8 小時、100 秒和 0.25 秒， 這與當前的顯示產品的使用方式有差異。此外，對于涉及兒童的顯示產品，由于晶狀體的光譜透射特性以及會聚能力的差異，對依照現有標準評估而得出的風險等 級應做保險估計，涉及顯示產品的光輻射危害的國家標準已經列入“十四五”計劃。