Ignorancka preferencja z temperaturą barwową
Istnieje szerokie zastosowanie oświetlenia zewnętrznego, które zawiera chłodne białe źródła światła CCT (skorelowane temperatury barwowe) z powodu ignoranckiej preferencji w postrzeganym odczuciu "chłodniejszego" lub "bielszego". W krajach o niskich szerokościach geograficznych klimat jest gorący, a ludzie wolą światła o wysokich temperaturach barwowych, które przynoszą im chłodne uczucie. Dominacja lamp fluorescencyjnych w ciągu ostatnich kilku dekad przyzwyczaiła niektórych ludzi do chłodnej bieli oświetlenia. Uważają, że "bielsze" światło "jaśniej" widzialność. Czy jednak w obszarze oświetlenia LED ludzie powinni nadal dokonywać wyborów w oparciu o to, jak się czują? Nigdy więcej! W dniu 14 czerwca 2016 r. Amerykańskie Stowarzyszenie Medyczne (AMA) wydało oficjalne oświadczenie polityczne dotyczące oświetlenia ulicznego. Wyrazili poważne obawy dotyczące szkodliwych skutków oświetlenia LED o wysokiej intensywności.
Jak generowane jest białe światło
Ponieważ diody elektroluminescencyjne są prawie monochromatycznymi źródłami światła, które emitują światło o jednym kolorze, podczas gdy biały jest zasadniczo mieszanką światła o dwóch lub więcej kolorach (lub długościach fal), obecnie najbardziej preferowaną drogą do tworzenia białego światła z modułu LED jest zastosowanie jednokolorowej diody LED (głównie niebieskiej diody LED) i elementu konwertującego długość fali (który zwykle jest żółtym luminoforem). Kolor emitowany przez diodę LED jest zazwyczaj określany przez materiał, z którego jest uformowany. Reprezentatywna ilustracja białej diody LED składa się z pakietu niebieskiego chipa LED, wykonanego z azotku galu (GaN), pokrytego luminoforem, w szczególności Yttrium Aluminium Garnet (YAG), który działa jako element konwertujący długość fali (WCE), aby wygenerować biały kolor pożądanej temperatury barwowej. Zmieniając skład frakcji wypełnienia lub % masy, można dostroić biały kolor światła. Charakterystyka generowania białego światła w dużej przestrzeni chromatycznej jest korzystna dla różnych zastosowań oświetleniowych.
Zagrożenie niebieskim światłem
Pomimo korzyści związanych z efektywnością energetyczną, oświetlenie LED o wysokiej intensywności emituje znaczną ilość niebieskiego światła, które wydaje się białe gołym okiem i wytwarza więcej niepożądanych odblasków nocnych niż konwencjonalne oświetlenie. Niebieskie światło stwarza potencjalne zagrożenie lub fotochemiczne uszkodzenie siatkówki w wyniku ekspozycji na promieniowanie przy długościach fal głównie od 400 nm do 500 nm. Nadmiar niebieskich i zielonych emisji z diod LED pokrytych fosforem powoduje zwiększone zanieczyszczenie światłem, ponieważ te długości fal rozpraszają się bardziej w oku i kończą się szkodliwym wpływem na środowisko i odblaski.
Nowe wytyczne AMA wzywają do zwrócenia należytej uwagi na optymalne cechy projektowe i inżynieryjne podczas przechodzenia na oświetlenie LED, które łagodzi szkodliwe skutki dla zdrowia i środowiska. W szczególności wskazują, że bogate w niebieskie oświetlenie LED może zmniejszyć ostrość wzroku i bezpieczeństwo, prowadząc do obaw i stwarzając zagrożenie drogowe. Białe lampy uliczne LED są obecnie promowane w miastach i miasteczkach na całym świecie w imię efektywności energetycznej i długoterminowych oszczędności. CCT między 4000K a 6500K był wyborem dla wielu krajów, które niedawno zmodernizowały swoje oświetlenie uliczne z HPS na LED. Jednak 29% spektrum oświetlenia LED 4000K jest emitowane jako niebieskie światło, które ludzkie oko postrzega jako ostry biały kolor. Oprócz wpływu na kierowców, niebieskie lampy uliczne LED działają na długości fali, która najbardziej negatywnie tłumi melatoninę w nocy. Białe lampy LED mają 5 razy większy wpływ na rytmy snu dobowego niż konwencjonalne lampy uliczne.
Wpływ fizjologiczny
Światła LED o wysokiej intensywności mają widmo, które pochodzi z silnym skokiem na długości fali, która najskuteczniej tłumi melatoninę w nocy. Melatonina jest hormonem wydzielanym przez szyszynkę, mały gruczoł w kształcie szyszynki znajdujący się w pobliżu środka mózgu. Poprzez uwalnianie melatoniny szyszynka utrzymuje wewnętrzny zegar regulujący naturalne rytmy funkcjonowania organizmu. Melatonina ma kilka wpływów na funkcje fizjologiczne człowieka. Hormon ten promuje sen, wpływa na emocje, stymuluje dojrzałość i reprodukcję oraz ma wpływ na funkcje odpornościowe. Badania wykazały, że na produkcję i wydzielanie melatoniny wpływa przede wszystkim światło - melatonina posiada wyższą wrażliwość na światło pod kolorowymi światłami o krótkich długościach fal; z drugiej strony melatonina ma niższą wrażliwość na światło pod kolorowymi światłami o długich długościach fal. Szacuje się, że lampa LED pokryta fosforem jest co najmniej 5 razy silniejsza w wpływie na fizjologię okołodobową niż wysokociśnieniowe światło sodowe oparte na supresji melatoniny.
Wysoka wartość CCT ≠ lepsza widoczność
Ludzka percepcja koloru obiektu pochodzi z czujników koloru w oku reagujących na promieniowanie elektromagnetyczne odbite od obiektu. W widzeniu mezopicznym ludzkie oko jest bardziej wrażliwe na światło o krótkiej długości fali. W związku z tym białe diody LED pokryte fosforem, które mają wyższy składnik światła niebieskiego, miałyby wyższą skuteczność świetlną w widzeniu mezotopowym niż w widzeniu fotoptycznym. Ta cecha była w przeszłości opisywana jako zaleta białych diod LED. Niemniej jednak wyższy CCT wiąże się z niższą transmisją we mgle lub zamgleniu. Ponieważ istnieje rozpraszanie Rayleigha i rozpraszanie Mie, światło nie jest w pełni przekazywane przez mgłę lub mgłę. Zdolność przenikania mgły jest nieodzownym czynnikiem z tego powodu, że światła uliczne są wykorzystywane do oświetlania drogi w mglistą lub mglistą pogodę. Ogólnie rzecz biorąc, żółte światło ma lepsze możliwości penetracji mgły niż białe światło. Zdolność przenikania mgły przez większość białych diod LED jest słaba. Niska zdolność przenikania mgły powoduje również większe zanieczyszczenie miejskiej poświaty powietrznej z białych diod LED z powodu rozpraszania molekularnego (Rayleigh) i aerozolowego (Mie). Takie rozproszenie nie tylko zmniejsza oświetlenie podłoża i sprawia, że obiekty naziemne są trudne do zaobserwowania (a tym samym sprawiają, że jezdnia jest jeszcze mniej bezpieczna), poświata nieba przed rozproszeniem ma również niepożądany wpływ na badania astronomiczne i niekorzystnie wpływa na ogólną estetykę nieba w nocy.
Nieefektywna adaptacja ciemności jest jednym z ważnych czynników, które powodują wypadki drogowe w nocy. Próbując przyspieszyć adaptację ciemności i poprawić bezpieczeństwo i wydajność jazdy kierowcy, oświetlenie o niskiej temperaturze barwowej jest zwykle używane do oświetlenia. Oświetlenie LED z chłodną bielą lub światłem dziennym CCT ma stosunkowo dużą ilość niebieskich komponentów świetlnych i najdłuższy czas adaptacji ciemności. Wręcz przeciwnie, ciepłe białe diody LED mają stosunkowo niski CCT i dużą ilość składników o długiej długości fali, a zatem mają krótkie ciemne czasy adaptacji. Ciemna adaptacja powinna być ważnym czynnikiem projektowym dla oświetlenia jezdni i ma kluczowe znaczenie w oświetleniu tuneli.
Zdrowe oświetlenie
AMA zachęca do stosowania oświetlenia 3000K lub niższego do instalacji zewnętrznych, takich jak drogi. Przy 3000K ludzkie oko nadal postrzega światło jako "białe", niemniej jednak jest umiarkowanie cieplejsze w tonie i ma około 21% swojej emisji w niebiesko wyglądającej części widma. Emisja ta nadal pozostaje bardzo niebieska dla środowiska nocnego, ale jest znaczną poprawą w stosunku do oświetlenia 4000K, biorąc pod uwagę fakt, że zmniejsza dyskomfort i odblaski niepełnosprawności. Dzięki różnym powłokom efektywność energetyczna oświetlenia 3000K jest tylko o 3% mniejsza niż 4000K, ale światło jest znacznie przyjemniejsze dla ludzi i ma mniejszy wpływ na dziką przyrodę. Ponadto całe oświetlenie LED powinno być odpowiednio ekranowane, aby zminimalizować odblaski i szkodliwe skutki dla ludzi i środowiska, a także należy dołożyć starań, aby wykorzystać możliwość przyciemniania oświetlenia LED w cyklach poza szczytem.
Pod oświetleniem LED około 3000K CCT ludzkie oko ma przyzwoity czas adaptacji ciemności i zdolności rozróżniania kolorów, światło LED w tym CCT ma również stosunkowo wysoką skuteczność świetlną i mniej niekorzystny wpływ na nasze samopoczucie fizyczne i psychiczne. Odpowiedź jest oczywista, że należy unikać oświetlenia LED o wysokiej CCT w przypadku oświetlenia ulicznego, chociaż istnieją kompromisy w projektowaniu oświetlenia, w których luminancja, wskaźnik oddawania barw (CRI), CCT, kontrola olśnienia, migotanie, mezopiczna iluminacja wizyjna, ciemna adaptacja, zagrożenie światłem niebieskim, percepcja kolorów, przenikanie mgły i zanieczyszczenie poświatą są integralnymi elementami każdej oceny projektu, która określa przydatność światła do oświetlenia ulicznego.
