Onwetende voorkeur met kleurtemperatuur
Er is een wijdverbreide toepassing van buitenverlichting die koelwitte CCT-lichtbronnen (gecorreleerde kleurtemperaturen) bevat vanwege de onwetende voorkeur in het waargenomen gevoel van "koeler" of "witter". In landen met lage breedtegraden is het klimaat warm en mensen geven de voorkeur aan lampen met hoge kleurtemperaturen die hen een koel gevoel geven. Door de dominantie van fluorescentielampen in de afgelopen decennia zijn sommige mensen gewend geraakt aan de koele witheid van verlichting. Ze geloven dat "witter" het licht "helderder" de zichtbaarheid is. Maar moeten mensen op het gebied van LED-verlichting hun keuzes nog steeds maken op basis van hoe ze zich voelen? Nooit meer! Op 14 juni 2016 bracht de American Medical Association (AMA) een officiële beleidsverklaring uit over led-straatverlichting. Ze uitten hun ernstige bezorgdheid over de schadelijke effecten van LED-verlichting met hoge intensiteit.
Hoe wordt wit licht gegenereerd?
Aangezien lichtemitterende diodes bijna monochromatische lichtbronnen zijn die licht uitstralen dat een enkele kleur heeft, terwijl wit in wezen een mengsel is van licht van twee of meer kleuren (of golflengten), is op dit moment de meest geprefereerde route voor het creëren van wit licht van een LED module is door gebruik te maken van een enkele kleur LED (voornamelijk een blauwe LED) en een golflengte-omzettend element (meestal een gele fosfor). De kleur die door een LED wordt uitgestraald, wordt meestal bepaald door het materiaal waaruit het is gevormd. Een representatieve illustratie van een witte LED bestaat uit een pakket van een blauwe LED-chip, gemaakt van galliumnitride (GaN), gecoat met een fosfor, met name Yttrium Aluminium Garnet (YAG) dat werkt als een golflengte-omzettend element (WCE) om een witte kleur van de gewenste kleurtemperatuur. Door de samenstelling van de vulfractie of het gewichtspercentage te wijzigen, kan de witte lichtkleur worden afgestemd. De eigenschappen om wit licht over een grote kleurruimte te genereren, zijn voordelig voor verschillende verlichtingstoepassingen.
Blauw licht gevaar
Ondanks de voordelen op het gebied van energie-efficiëntie, straalt LED-verlichting met hoge intensiteit een aanzienlijke hoeveelheid blauw licht uit dat met het blote oog wit lijkt en meer ongewenste schittering 's nachts produceert dan conventionele verlichting. Blauw licht vormt een potentieel gevaar of een fotochemisch veroorzaakt netvliesletsel als gevolg van blootstelling aan straling bij golflengten die voornamelijk tussen 400 nm en 500 nm liggen. De overtollige blauwe en groene emissies van met fosfor gecoate LED's leiden tot verhoogde lichtvervuiling, omdat deze golflengten meer in het oog verstrooien en resulteren in schadelijke milieu- en verblindingseffecten.
De nieuwe AMA-richtlijnen vragen om de juiste aandacht voor optimale ontwerp- en technische kenmerken bij het overschakelen naar LED-verlichting die nadelige gezondheids- en milieueffecten vermindert. Ze wijzen er specifiek op dat de blauwrijke LED-verlichting de gezichtsscherpte en veiligheid kan verminderen, wat leidt tot bezorgdheid en gevaar op de weg kan veroorzaken. Witte LED-straatverlichting wordt momenteel gepromoot in steden en dorpen over de hele wereld in naam van energie-efficiëntie en kostenbesparingen op de lange termijn. CCT tussen 4000K en 6500K is de keuze geweest voor veel landen die onlangs hun straatverlichting hebben omgebouwd van HPS naar LED. 29 procent van het spectrum van 4000K LED-verlichting wordt echter uitgestraald als blauw licht, dat door het menselijk oog wordt waargenomen als een harde witte kleur. Afgezien van de impact op bestuurders, werken blauwrijke LED-straatverlichting op een golflengte die melatonine 's nachts het meest negatief onderdrukt. Witte LED-lampen hebben 5 keer meer invloed op het circadiane slaapritme dan conventionele straatlantaarns.
Fysiologische impact
LED-lampen met hoge intensiteit hebben een spectrum dat wordt geleverd met een sterke piek op de golflengte die melatonine 's nachts het meest effectief onderdrukt. Melatonine is een hormoon dat wordt uitgescheiden door de pijnappelklier, een kleine klier in de vorm van een dennenappel die zich in het midden van de hersenen bevindt. Door de afgifte van melatonine houdt de pijnappelklier de interne klok in stand die de natuurlijke ritmes van de lichaamsfunctie reguleert. Melatonine heeft verschillende invloeden op de fysiologische functies van de mens. Dit hormoon bevordert de slaap, beïnvloedt emotie, stimuleert volwassenheid en voortplanting en heeft invloed op de immuunfuncties. Onderzoeken hebben ontdekt dat de productie en de afscheiding van melatonine voornamelijk worden beïnvloed door licht - melatonine heeft een hogere lichtgevoeligheid onder de gekleurde lampen met korte golflengten; aan de andere kant heeft melatonine een lagere lichtgevoeligheid onder de kleurlampen met lange golflengten. Geschat wordt dat een met fosfor gecoate LED-lamp ten minste 5 keer krachtiger is in het beïnvloeden van de circadiane fysiologie dan een hogedruknatriumlamp op basis van melatonineonderdrukking.
Hoge CCT ≠ Betere zichtbaarheid
De menselijke perceptie van de kleur van een object is afkomstig van kleursensoren in het oog die reageren op elektromagnetische straling die door het object wordt gereflecteerd. Bij mesopisch zicht is het menselijk oog gevoeliger voor licht met een korte golflengte. Daarom zouden met fosfor gecoate witte LED's met een hogere blauwlichtcomponent een hogere lichtopbrengst hebben onder mesopisch zicht dan onder fotopisch zicht. Deze eigenschap is in het verleden beschreven als een voordeel van witte LED's. Niettemin wordt een hogere CCT geassocieerd met een lagere transmissie in mist of waas. Omdat er Rayleigh-verstrooiing en Mie-verstrooiing is, kan licht niet volledig door mist of nevel worden doorgelaten. Het vermogen om mist door te dringen is een onmisbare overweging omdat straatverlichting wordt gebruikt om de weg te verlichten bij mistig of wazig weer. Over het algemeen heeft geel licht betere mistpenetratiemogelijkheden dan wit licht. Het mistpenetratievermogen van de meeste witte LED's is slecht. Een lage penetratie van mist resulteert ook in een grotere vervuiling van de stadshemel door witte LED's als gevolg van moleculaire (Rayleigh) en aerosol (Mie) verstrooiing. Dergelijke verstrooiing vermindert niet alleen de verlichting van de grond en maakt grondobjecten moeilijk waar te nemen (en maakt de rijbaan dus nog onveiliger), de hemelgloed door verstrooiing heeft ook een ongewenst effect op astronomisch onderzoek en heeft een nadelige invloed op de algemene esthetiek van de lucht 's nachts.
Inefficiënte donkeradaptatie is een belangrijke factor die 's nachts verkeersongevallen veroorzaakt. In een poging om de aanpassing aan het donker sneller te maken en de rijveiligheid en efficiëntie van de bestuurder te verbeteren, wordt verlichting met een lage kleurtemperatuur meestal gebruikt voor verlichting. LED-verlichting met een koelwitte of daglicht CCT heeft relatief veel blauwlichtcomponenten en de langste donkeradaptatietijd. Integendeel, warmwitte LED's hebben een relatief lage CCT en veel componenten met een lange golflengte, en daarom hebben ze korte donkeradaptatietijden. Aanpassing aan het donker moet een belangrijke ontwerpoverweging zijn voor wegverlichting en is van cruciaal belang bij tunnelverlichting.
Gezonde verlichting
AMA moedigt het gebruik van verlichting van 3000K of minder aan voor buiteninstallaties zoals wegen. Bij 3000K neemt het menselijk oog het licht nog steeds waar als "wit", desalniettemin is het matig warmer van toon en heeft ongeveer 21 procent van zijn emissie in het blauw lijkende deel van het spectrum. Deze emissie blijft nog steeds erg blauw voor de nachtelijke omgeving, maar is een aanzienlijke verbetering ten opzichte van de 4000K-verlichting, aangezien het ongemak en verblinding door invaliditeit vermindert. Toe te schrijven aan verschillende coatings, is de energie-efficiëntie van 3000K-verlichting slechts 3 procent minder dan 4000K, maar het licht is aanzienlijk aangenamer voor de mens en heeft een verminderde impact op dieren in het wild. Bovendien moet alle LED-verlichting goed worden afgeschermd om verblinding en schadelijke effecten voor mens en milieu tot een minimum te beperken, en er moeten inspanningen worden geleverd om te profiteren van het vermogen van LED-verlichting om te worden gedimd tijdens daluren.
Onder de LED-verlichting van ongeveer 3000K CCT heeft het menselijk oog een behoorlijke aanpassingstijd aan het donker en kleuronderscheidingsvermogen, het LED-licht bij deze CCT heeft ook een relatief hoge lichtopbrengst en minder nadelig effect op ons fysieke en mentale welzijn. Het antwoord ligt voor de hand dat LED-verlichting met hoge CCT moet worden vermeden voor straatverlichting, hoewel er compromissen zijn in het verlichtingsontwerp, waarbij luminantie, kleurweergave-index (CRI), CCT, verblindingscontrole, flikkering, mesopische zichtverlichting, donkeradaptatie, blauw lichtgevaar, kleurwaarneming, mistpenetratie en luchtvervuiling zijn integrale componenten van elke projectbeoordeling die de geschiktheid van een lamp voor straatverlichting bepalen.
