Teadmatu eelistus värvitemperatuuriga
Laialt on levinud välisvalgustuse kasutamine, mis sisaldab jahedaid valgeid CCT (korrelatsioonis värvitemperatuurid) valgusallikaid, kuna tajutav eelistus on "jahedam" või "valgem". Madalate laiuskraadidega riikides on kliima kuum ja inimesed eelistavad kõrge värvitemperatuuriga tulesid, mis annavad neile jaheda tunde. Luminofoorlampide domineerimine viimastel aastakümnetel on muutnud mõned inimesed harjunud valgustuse jaheda valgusega. Nad usuvad, et "valgem" valgus "selgem" nähtavus. Kuid kas LED-valgustuse valdkonnas peaksid inimesed ikkagi tegema oma valikud selle põhjal, kuidas nad end tunnevad? Mitte kunagi enam! 14. juunil 2016 avaldas Ameerika Meditsiiniassotsiatsioon (AMA) ametliku poliitilise avalduse LED-tänavavalgustuse kohta. Nad väljendasid tõsist muret suure intensiivsusega LED-valgustuse kahjuliku mõju pärast.
Kuidas valget valgust genereeritakse
Kuna valgusdioodid on peaaegu monokromaatilised valgusallikad, mis kiirgavad valgust, millel on üks värv, samas kui valge on sisuliselt kahe või enama värvi (või lainepikkuse) valguse segu, on praegu kõige eelistatum viis LED-moodulist valge valguse loomiseks kasutada ühevärvilist LED-i (peamiselt sinist LED-i) ja lainepikkust teisendavat elementi (mis on tavaliselt kollane fosfor). LED-i eralduva värvi määrab tavaliselt materjal, millest see moodustub. Valge LED-i esinduslik illustratsioon koosneb galliumnitriidist (GaN) valmistatud sinise LED-kiibi pakendist, mis on kaetud fosforiga, eriti Ütrium alumiiniumgranetiga (YAG), mis toimib lainepikkuse teisendamise elemendina (WCE), et tekitada soovitud värvitemperatuuri valge värv. Täitefraktsiooni koostise või massiprotsendi muutmisega saab häälestada valget heledat värvi. Omadused valge valguse tekitamiseks suures kromaatilisuse ruumis on kasulikud erinevate valgustusrakenduste jaoks.
Sinise valguse oht
Vaatamata energiatõhususe eelistele, kõrge intensiivsusega LED-valgustus kiirgab märkimisväärsel hulgal sinist valgust, mis tundub palja silmaga valge ja tekitab soovimatumat öist pimestamist kui tavaline valgustus. Sinine valgus kujutab endast potentsiaalset ohtu või fotokeemiliselt põhjustatud võrkkesta vigastust kiirgusega kokkupuute tagajärjel lainepikkustel valdavalt vahemikus 400–500 nm. Fosforiga kaetud LED-ide liigne sinine ja roheline heide suurendab valgusreostust, kuna need lainepikkused hajuvad rohkem silma sees ja lõppevad kahjuliku keskkonna- ja pimestamismõjuga.
Uued AMA juhised nõuavad LED-valgustusele üleminekul piisavat tähelepanu optimaalsetele disaini- ja insenerifunktsioonidele, mis leevendavad kahjulikke tervise- ja keskkonnamõjusid. Nad juhivad konkreetselt tähelepanu sellele, et sinised LED-valgustid võivad vähendada nägemisteravust ja ohutust, põhjustades muret ja tekitades liiklusohtu. Valgeid LED-tänavavalgusteid reklaamitakse praegu linnades üle kogu maailma energiatõhususe ja pikaajalise kulude kokkuhoiu nimel. CCT vahemikus 4000K kuni 6500K on olnud valik paljude riikide jaoks, kes on hiljuti oma tänavavalgustuse HPS-ist LED-iks moderniseerinud. Kuid 29% 4000K LED-valgustuse spektrist kiirgab sinise valgusena, mida inimsilm tajub karmi valge värvina. Lisaks mõjule juhtidele töötavad sinised LED-tänavavalgustid lainepikkusel, mis kõige negatiivsemalt pärsib melatoniini öösel. Valged LED-lambid mõjutavad ööpäevaseid unerütme 5 korda rohkem kui tavalised tänavavalgustid.
Füsioloogiline mõju
Suure intensiivsusega LED-tuledel on spekter, millel on tugev tõus lainepikkusel, mis kõige tõhusamalt pärsib melatoniini öösel. Melatoniin on hormoon, mida sekreteerib käbinääre, väike männikoonikujuline nääre, mis asub aju keskpunkti lähedal. Melatoniini vabanemise kaudu säilitab käbinääre sisemise kella, mis reguleerib keha funktsiooni loomulikke rütme. Melatoniinil on mitmeid mõjusid inimese füsioloogilistele funktsioonidele. See hormoon soodustab und, mõjutab emotsioone, stimuleerib küpsust ja paljunemist ning mõjutab immuunfunktsioone. Uuringud on avastanud, et melatoniini tootmist ja sekretsiooni mõjutab peamiselt valgus - melatoniinil on suurem valgustundlikkus lühikeste lainepikkustega värvitulede all; teisest küljest on melatoniinil madalam valgustundlikkus pikkade lainepikkustega värvitulede all. Hinnanguliselt on fosforiga kaetud LED-lamp ööpäevase füsioloogia mõjutamisel vähemalt 5 korda tugevam kui melatoniini supressioonil põhinev kõrgsurve naatriumvalgus.
Kõrge CCT ≠ parema nähtavuse
Inimese ettekujutus objekti värvist pärineb silma värvianduritest, mis reageerivad objektilt peegelduvale elektromagnetilisele kiirgusele. Mesopilise nägemise korral on inimese silm tundlikum lühikese lainepikkusega valguse suhtes. Seega oleks fosforiga kaetud valgetel LED-idel, millel on kõrgem sinise valguse komponent, suurem valgusefektiivsus mesopilise nägemise korral kui fotoopilise nägemise korral. Seda omadust on varem kirjeldatud kui valgete LED-ide eelist. Sellegipoolest on kõrgem CCT seotud väiksema ülekandega udus või udus. Kuna toimub Rayleigh hajumine ja Mie hajumine, ei suuda valgus udu või udu kaudu täielikult edasi kanduda. Udu läbitungimisvõime on hädavajalik kaalutlus põhjusel, et tänavavalgusteid kasutatakse tee valgustamiseks uduse või uduse ilmaga. Üldiselt on kollasel tulel parem udu läbitungimisvõime kui valgel valgusel. Enamiku valgete LED-ide udu läbitungimisvõime on halb. Madal udu läbitungimisvõime põhjustab molekulaarse (Rayleigh) ja aerosooli (Mie) hajumise tõttu ka valgete LED-ide suuremat linnakiirguse reostust. Selline hajumine mitte ainult ei vähenda maapinna valgustust ja muudab maapinna objekte raskesti jälgitavaks (ja muudab seega sõidutee veelgi vähem ohutuks), hajumise skyglow avaldab ka soovimatut mõju astronoomilistele uuringutele ja mõjutab negatiivselt taeva üldist esteetikat öösel.
Ebaefektiivne pime kohanemine on üks oluline tegur, mis põhjustab öösel liiklusõnnetusi. Püüdes muuta pimedat kohanemist kiiremaks ning parandada juhi sõiduohutust ja -tõhusust, kasutatakse valgustamiseks tavaliselt madalat värvitemperatuuri valgustust. Jaheda valge või päevavalgusega CCT LED-valgustusel on suhteliselt palju sinise valguse komponente ja pikim tume kohanemisaeg. Vastupidi, soojadel valgetel LED-idel on suhteliselt madal CCT ja suur hulk pikki lainepikkusega komponente ning seetõttu on neil lühikesed tumedad kohanemisajad. Tume kohandus peaks olema sõidutee valgustuse oluline kujunduslik kaalutlus ja tunnelivalgustuses kriitilise tähtsusega.
Tervislik valgustus
AMA julgustab kasutama 3000K või madalamat valgustust välispaigaldistes, näiteks sõiduteedel. 3000K juures tajub inimsilm valgust endiselt "valgena", sellegipoolest on see toonilt mõõdukalt soojem ja selle emissioonist on umbes 21% spektri sinise välimusega osas. See emissioon jääb öise keskkonna jaoks endiselt väga siniseks, kuid on 4000K valgustusega võrreldes märkimisväärne edasiminek, arvestades asjaolu, et see vähendab ebamugavust ja puude pimestamist. Erinevate katete tõttu on 3000K valgustuse energiatõhusus vaid 3% väiksem kui 4000K, kuid valgus on inimestele oluliselt meeldivam ja sellel on väiksem mõju elusloodusele. Lisaks, kõik LED-valgustid peaksid olema korralikult varjestatud, et minimeerida pimestamist ning kahjulikke inim- ja keskkonnamõjusid, ning tuleks teha jõupingutusi, et kasutada ära LED-valgustuse võimet hämardada tipptundide tsüklite jaoks.
Umbes 3000K CCT LED-valgustuse all on inimsilmal korralik tumeda kohanemise aeg ja värvide diskrimineerimise võime, selle CCT LED-valgusel on ka suhteliselt kõrge valgusefektiivsus ja vähem kahjulik mõju meie füüsilisele ja vaimsele heaolule. Vastus on ilmne, et tänavavalgustuse puhul tuleks vältida kõrget CCT LED-valgustust, kuigi valgustusdisainis on kompromisse, kus heledus, värviedastusindeks (CRI), CCT, pimestamiskontroll, värelus, mesopic nägemise valgustus, tume adaptsioon, sinise valguse oht, värvitaju, udu läbitungimine ja skyglow reostus on iga projekti hindamise lahutamatud komponendid, mis määravad valguse sobivuse tänavavalgustuseks.
