Okunnig preferens med färgtemperatur
Det finns en utbredd tillämpning av utomhusbelysning som innehåller kallvita CCT-ljuskällor (korrelerade färgtemperaturer) på grund av den okunniga preferensen i den upplevda känslan av "kallare" eller "vitare". I länder med låga breddgrader är klimatet varmt och människor föredrar ljus med höga färgtemperaturer som ger dem en sval känsla. Dominansen av fluorescerande lampor under de senaste decennierna har gjort vissa människor vana vid belysningens svala vithet. De tror "vitare" ljuset "klarare" sikten. Men när det gäller LED-belysning bör folk fortfarande göra sina val baserat på hur de känner sig? Aldrig mer! Den 14 juni 2016 släppte American Medical Association (AMA) ett officiellt policyuttalande om led gatubelysning. De uttryckte allvarlig oro över de skadliga effekterna av högintensiv LED-belysning.
Hur genereras vitt ljus
Eftersom ljusemitterande dioder är nästan monokromatiska ljuskällor som avger ljus som har en enda färg medan vitt i huvudsak är en blandning av ljus av två eller flera färger (eller våglängder), för närvarande den mest föredragna vägen för att skapa vitt ljus från en LED modul är genom att använda en enfärgad LED (huvudsakligen en blå LED) och ett våglängdsomvandlingselement (som vanligtvis är en gul fosfor). Färgen som avges av en lysdiod bestäms vanligtvis av materialet från vilket den är bildad. En representativ illustration av en vit LED består av ett paket med ett blått LED-chip, tillverkat av galliumnitrid (GaN), belagt med en fosfor, framför allt Yttrium Aluminium Granat (YAG) som fungerar som ett våglängdsomvandlingselement (WCE) för att generera en vit färg med önskad färgtemperatur. Genom att ändra fyllningsfraktionens sammansättning eller viktprocent kan den vita ljusfärgen ställas in. Egenskaperna för att generera vitt ljus över ett stort färgutrymme är fördelaktigt för olika belysningstillämpningar.
Fara för blått ljus
Trots energieffektivitetsfördelarna avger högintensiv LED-belysning en betydande mängd blått ljus som verkar vitt för blotta ögat och producerar mer oönskat bländning på natten än konventionell belysning. Blått ljus utgör potentiell fara eller en fotokemiskt inducerad näthinneskada som en konsekvens av strålningsexponering vid våglängder övervägande mellan 400 nm och 500 nm. Överskottet av blå och gröna emissioner från fosforbelagda lysdioder resulterar i ökad ljusförorening, eftersom dessa våglängder sprids mer i ögat och slutar med skadliga miljö- och bländeffekter.
Den nya AMA-vägledningen kräver korrekt uppmärksamhet på optimal design och tekniska funktioner när man byter till LED-belysning som mildrar skadliga hälso- och miljöeffekter. De påpekar specifikt att den blårika LED-belysningen kan minska synskärpan och säkerheten, vilket leder till oro och skapar en vägfara. Vita LED-gatlyktor marknadsförs för närvarande till städer och städer över hela världen i namnet av energieffektivitet och långsiktiga kostnadsbesparingar. CCT mellan 4000K och 6500K har varit valet för många länder som nyligen har eftermonterat sin gatubelysning från HPS till LED. Men 29 procent av spektrumet av 4000K LED-belysning avges som blått ljus, vilket det mänskliga ögat uppfattar som en hård vit färg. Bortsett från dess påverkan på förare, fungerar blårika LED-gatljus vid en våglängd som mest negativt dämpar melatonin under natten. Vita LED-lampor har 5 gånger större inverkan på dygnssömnrytmer än konventionella gatlyktor.
Fysiologisk påverkan
Högintensiva LED-lampor har ett spektrum som kommer med en stark spik vid den våglängd som mest effektivt dämpar melatonin på natten. Melatonin är ett hormon som utsöndras av tallkottkörteln, en liten tallkotteformad körtel som ligger nära mitten av hjärnan. Genom frisättning av melatonin upprätthåller tallkottkörteln den inre klockan som reglerar kroppens naturliga rytmer. Melatonin har flera influenser på människans fysiologiska funktioner. Detta hormon främjar sömn, påverkar känslor, stimulerar mognad och reproduktion och har en inverkan på immunförsvaret. Forskare har upptäckt att produktionen och utsöndringen av melatonin i första hand påverkas av ljus - melatonin har en högre ljuskänslighet under färgljusen med korta våglängder; å andra sidan har melatonin en lägre ljuskänslighet under färgljusen med långa våglängder. Det uppskattas att en fosforbelagd LED-lampa är minst 5 gånger mer potent när det gäller att påverka dygnsfysiologi än en högtrycksnatriumljus baserad på melatoninundertryckning.
Hög CCT ≠ Bättre synlighet
Människans uppfattning av ett objekts färg kommer från färgsensorer i ögat som reagerar på elektromagnetisk strålning som reflekteras från objektet. Under mesopisk syn är det mänskliga ögat mer känsligt för ljus med kort våglängd. Därför skulle fosforbelagda vita lysdioder som har högre blåljuskomponent ha högre ljuseffektivitet under mesopiskt seende än under fotopiskt seende. Denna egenskap har tidigare beskrivits som en fördel med vita lysdioder. Ändå är högre CCT associerad med lägre transmission i dimma eller dis. Eftersom det finns Rayleigh-spridning och Mie-spridning, kan ljus inte överföras helt genom dimma eller dis. Dimmgenomträngningsförmåga är en oumbärlig faktor eftersom gatubelysning används för att belysa vägen under dimmigt eller disigt väder. Generellt sett har gult ljus bättre förmåga att tränga in i dim än vitt ljus. Immagenomträngningsförmågan hos de flesta vita lysdioder är dålig. Låg dimmagenomträngningsförmåga resulterar också i högre urban skyglow-förorening från vita lysdioder på grund av molekylär (Rayleigh) och aerosol (Mie) spridning. Sådan spridning minskar inte bara belysningen av marken och gör markobjekt svåra att observera (och gör därmed vägbanan ännu mindre säker), skyglöden från spridning har också en oönskad effekt på astronomisk forskning och påverkar himlens allmänna estetik negativt på natten.
Ineffektiv mörkeranpassning är en viktig faktor som orsakar trafikolyckor under natten. I ett försök att göra mörkeranpassning snabbare och förbättra förarens körsäkerhet och effektivitet, används belysning med låg färgtemperatur vanligtvis för belysning. LED-belysning med en kall vit eller dagsljus CCT har relativt hög mängd blåljuskomponenter och den längsta mörka anpassningstiden. Tvärtom har varmvita lysdioder relativt låg CCT och en hög mängd komponenter med långa våglängder, och därför har de korta mörka anpassningstider. Mörkeranpassning bör vara en viktig designfaktor för vägbelysning och är avgörande vid tunnelbelysning.
Hälsosam belysning
AMA uppmuntrar användning av 3000K eller lägre belysning för utomhusinstallationer som vägar. Vid 3000K uppfattar det mänskliga ögat fortfarande ljuset som "vitt", ändå är det måttligt varmare i tonen och har ungefär 21 procent av sin emission i den blåa delen av spektrumet. Denna emission förblir fortfarande mycket blå för nattliga miljöer, men är en avsevärd förbättring jämfört med 4000K-belysningen med tanke på att det minskar obehag och bländning av funktionshinder. Energieffektiviteten för 3000K-belysning, som kan tillskrivas olika beläggningar, är bara 3 procent mindre än 4000K, ändå är ljuset betydligt mer tilltalande för människor och har en mindre påverkan på vilda djur. Dessutom bör all LED-belysning vara ordentligt avskärmad för att minimera bländning och skadliga effekter på människor och miljö, och ansträngningar bör göras för att dra fördel av LED-belysningens förmåga att dämpas under lågtrafik.
Under LED-belysningen på cirka 3000K CCT har det mänskliga ögat en anständig mörkeranpassningstid och färgdiskrimineringsförmåga, LED-ljuset på denna CCT har också relativt hög ljuseffekt och mindre negativ effekt på vårt fysiska och mentala välbefinnande. Svaret är uppenbart att LED-belysning med hög CCT bör undvikas för gatubelysning även om det finns avvägningar i ljusdesign, där luminans, färgåtergivningsindex (CRI), CCT, bländningskontroll, flimmer, mesopisk belysningsstyrka, mörk anpassning, blått ljusrisk, färguppfattning, dimma och skyglow föroreningar är integrerade komponenter i varje projektbedömning som avgör en lampas lämplighet för gatubelysning.
