Sở thích ngu dốt với nhiệt độ màu
Có một ứng dụng rộng rãi của ánh sáng ngoài trời kết hợp các nguồn ánh sáng CCT (nhiệt độ màu tương quan) màu trắng mát vì sự ưa thích thiếu hiểu biết về cảm giác "mát hơn" hoặc "trắng hơn". Ở các quốc gia có vĩ độ thấp, khí hậu nóng và người ta thích đèn có nhiệt độ màu cao, mang lại cảm giác mát mẻ. Sự thống trị của đèn huỳnh quang trong vài thập kỷ qua đã khiến một số người quen với ánh sáng trắng mát. Họ tin rằng ánh sáng "trắng hơn" thì khả năng hiển thị "rõ ràng hơn". Tuy nhiên, trong lĩnh vực chiếu sáng đèn LED, mọi người vẫn nên đưa ra lựa chọn dựa trên cảm nhận của mình như thế nào? Không bao giờ lặp lại! Vào ngày 14 tháng 6 năm 2016, Hiệp hội Y khoa Hoa Kỳ (AMA) đã đưa ra một tuyên bố chính sách chính thức về đèn đường led. Họ bày tỏ mối quan ngại nghiêm trọng về tác động bất lợi của ánh sáng LED cường độ cao.
Ánh sáng trắng được tạo ra như thế nào
Vì điốt phát sáng gần như là nguồn sáng đơn sắc phát ra ánh sáng có một màu duy nhất trong khi màu trắng về cơ bản là sự pha trộn ánh sáng của hai hoặc nhiều màu (hoặc bước sóng), tại thời điểm hiện tại, con đường được ưu tiên nhất để tạo ra ánh sáng trắng từ đèn LED mô-đun bằng cách sử dụng một đèn LED màu đơn (chủ yếu là đèn LED màu xanh lam) và phần tử chuyển đổi bước sóng (thường là phốt pho màu vàng). Màu sắc do đèn LED phát ra thường được xác định bởi vật liệu mà nó được hình thành. Hình minh họa đại diện của đèn LED trắng bao gồm một gói chip LED màu xanh lam, được làm bằng gali nitride (GaN), được phủ một lớp phốt pho, đặc biệt nhất là Yttrium Aluminium Garnet (YAG) hoạt động như một phần tử chuyển đổi bước sóng (WCE) để tạo ra một màu trắng của nhiệt độ màu mong muốn. Bằng cách thay đổi thành phần phần tô màu hoặc phần trăm trọng lượng, màu ánh sáng trắng có thể được điều chỉnh. Đặc điểm tạo ra ánh sáng trắng trên một không gian có sắc độ lớn là thuận lợi cho các ứng dụng chiếu sáng khác nhau.
Nguy hiểm ánh sáng xanh
Mặc dù mang lại lợi ích về hiệu quả năng lượng, nhưng ánh sáng LED cường độ cao vẫn phát ra một lượng đáng kể ánh sáng xanh lam có màu trắng đối với mắt thường và tạo ra nhiều ánh sáng chói ban đêm không mong muốn hơn so với ánh sáng thông thường. Ánh sáng xanh dương gây ra nguy cơ tiềm ẩn hoặc tổn thương võng mạc do quang hóa do hậu quả của việc tiếp xúc với bức xạ ở các bước sóng chủ yếu từ 400 nm đến 500 nm. Việc phát thải màu xanh lam và xanh lá cây dư thừa từ đèn LED phủ phosphor dẫn đến ô nhiễm ánh sáng tăng lên, vì các bước sóng này phân tán nhiều hơn trong mắt và gây ra các hiệu ứng bất lợi về môi trường và ánh sáng chói.
Hướng dẫn AMA mới kêu gọi sự chú ý thích hợp đến các tính năng kỹ thuật và thiết kế tối ưu khi chuyển sang chiếu sáng LED nhằm giảm thiểu các tác động có hại đến sức khỏe và môi trường. Họ đặc biệt chỉ ra rằng ánh sáng LED có nhiều màu xanh lam có thể làm giảm thị lực và sự an toàn, dẫn đến các mối lo ngại và tạo ra nguy hiểm trên đường. Đèn đường LED trắng hiện đang được quảng bá đến các thành phố và thị trấn trên toàn thế giới vì hiệu quả năng lượng và tiết kiệm chi phí lâu dài. CCT giữa 4000K và 6500K đã là sự lựa chọn cho nhiều quốc gia gần đây đã trang bị thêm hệ thống chiếu sáng đường phố của họ từ HPS sang LED. Tuy nhiên, 29 phần trăm quang phổ của ánh sáng LED 4000K được phát ra dưới dạng ánh sáng xanh lam, mà mắt người cảm nhận được là một màu trắng khắc nghiệt. Ngoài tác động đến người lái xe, đèn đường LED nhiều màu xanh dương hoạt động ở bước sóng triệt tiêu melatonin nhiều nhất vào ban đêm. Đèn LED trắng có tác động đến nhịp sinh học của giấc ngủ gấp 5 lần so với đèn đường thông thường.
Tác động sinh lý
Đèn LED cường độ cao có quang phổ đi kèm với bước sóng đột biến mạnh giúp ngăn chặn hiệu quả nhất melatonin vào ban đêm. Melatonin là một loại hormone được tiết ra bởi tuyến tùng, một tuyến nhỏ hình quả tùng nằm gần trung tâm của não. Thông qua giải phóng melatonin, tuyến tùng duy trì đồng hồ bên trong điều chỉnh nhịp điệu tự nhiên của chức năng cơ thể. Melatonin có một số ảnh hưởng đến chức năng sinh lý của con người. Hormone này thúc đẩy giấc ngủ, ảnh hưởng đến cảm xúc, kích thích sự trưởng thành và sinh sản, và có tác động đến các chức năng miễn dịch. Các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng việc sản xuất và bài tiết melatonin chủ yếu bị ảnh hưởng bởi ánh sáng - melatonin có độ nhạy sáng cao hơn dưới ánh đèn màu có bước sóng ngắn; Mặt khác, melatonin có độ nhạy sáng thấp hơn dưới ánh sáng đèn màu có bước sóng dài. Người ta ước tính rằng đèn LED phủ phosphor có tác dụng ảnh hưởng đến sinh lý sinh học cao hơn ít nhất 5 lần so với đèn natri cao áp dựa trên sự ức chế melatonin.
CCT cao ≠ Khả năng hiển thị tốt hơn
Nhận thức của con người về màu sắc của một vật thể bắt nguồn từ các cảm biến màu trong mắt phản ứng với bức xạ điện từ phản xạ từ vật thể đó. Dưới thị lực viễn thị, mắt người nhạy cảm hơn với ánh sáng có bước sóng ngắn. Do đó, đèn LED trắng phủ phosphor có thành phần ánh sáng xanh lam cao hơn sẽ có hiệu suất phát sáng cao hơn trong tầm nhìn trung thị so với dưới thị giác quang. Đặc điểm này trong quá khứ đã được mô tả là một lợi thế của đèn LED trắng. Tuy nhiên, CCT cao hơn có liên quan đến khả năng lây truyền trong sương mù hoặc khói mù thấp hơn. Vì có tán xạ Rayleigh và tán xạ Mie, ánh sáng không thể truyền hoàn toàn qua sương mù hoặc khói mù. Khả năng xuyên qua của sương mù là một yếu tố không thể thiếu vì lý do đèn đường được sử dụng để chiếu sáng đường trong điều kiện thời tiết có sương mù hoặc sương mù. Nói chung, ánh sáng vàng có khả năng xuyên sương mù tốt hơn ánh sáng trắng. Khả năng xuyên sương mù của hầu hết các đèn LED trắng là kém. Khả năng xâm nhập của sương mù thấp cũng dẫn đến ô nhiễm ánh sáng bầu trời đô thị cao hơn từ đèn LED trắng do tán xạ phân tử (Rayleigh) và sol khí (Mie). Sự tán xạ như vậy không chỉ làm giảm độ chiếu sáng của mặt đất và làm cho các vật thể trên mặt đất khó quan sát (và do đó làm cho con đường trở nên kém an toàn hơn), ánh sáng bầu trời do tán xạ còn có tác dụng không mong muốn đối với nghiên cứu thiên văn và ảnh hưởng xấu đến thẩm mỹ chung của bầu trời vào ban đêm.
Thích ứng tối kém hiệu quả là một trong những yếu tố quan trọng gây ra tai nạn giao thông trong đêm. Với nỗ lực làm cho khả năng thích ứng trong bóng tối nhanh hơn và cải thiện tính an toàn và hiệu quả khi lái xe của người lái xe, hệ thống chiếu sáng nhiệt độ màu thấp thường được sử dụng để chiếu sáng. Đèn LED chiếu sáng với ánh sáng trắng mát hoặc ánh sáng ban ngày CCT có số lượng thành phần ánh sáng xanh tương đối cao và thời gian thích ứng với bóng tối dài nhất. Ngược lại, đèn LED màu trắng ấm có CCT tương đối thấp và một lượng lớn các thành phần bước sóng dài, và do đó chúng có thời gian thích ứng bóng tối ngắn. Thích ứng tối nên là một cân nhắc thiết kế quan trọng cho chiếu sáng đường và rất quan trọng trong chiếu sáng đường hầm.
Ánh sáng lành mạnh
AMA khuyến khích sử dụng ánh sáng 3000K hoặc thấp hơn cho các công trình lắp đặt ngoài trời như đường. Ở 3000K, mắt người vẫn cảm nhận ánh sáng là "trắng", tuy nhiên nó có tông màu ấm hơn vừa phải và có khoảng 21 phần trăm phát xạ của nó trong phần xuất hiện màu xanh lam của quang phổ. Sự phát xạ này vẫn rất xanh đối với môi trường vào ban đêm, nhưng là một cải tiến đáng kể so với ánh sáng 4000K xét trên thực tế là nó làm giảm sự khó chịu và độ chói của người khuyết tật. Được gán cho các lớp phủ khác nhau, hiệu suất năng lượng của ánh sáng 3000K chỉ thấp hơn 3% so với 4000K, nhưng ánh sáng này dễ chịu hơn đáng kể đối với con người và giảm thiểu tác động đến động vật hoang dã. Hơn nữa, tất cả các ánh sáng LED cần được che chắn thích hợp để giảm thiểu ánh sáng chói và các tác động có hại đến con người và môi trường, đồng thời cần nỗ lực tận dụng khả năng làm mờ ánh sáng của đèn LED trong các chu kỳ thấp điểm.
Dưới ánh sáng LED khoảng 3000K CCT, mắt người có thời gian thích ứng bóng tối tốt và khả năng phân biệt màu sắc, ánh sáng LED ở CCT này cũng có hiệu suất phát sáng tương đối cao và ít ảnh hưởng xấu đến thể chất và tinh thần của chúng ta. Câu trả lời rõ ràng là nên tránh sử dụng đèn LED CCT cao cho chiếu sáng đường phố mặc dù có sự cân bằng trong thiết kế chiếu sáng, trong đó độ chói, chỉ số hoàn màu (CRI), CCT, kiểm soát độ chói, nhấp nháy, độ rọi tầm nhìn trung bình, thích ứng tối, màu xanh lam nguy cơ ánh sáng, cảm nhận màu sắc, sự xâm nhập của sương mù và ô nhiễm ánh sáng chói là những thành phần không thể thiếu trong bất kỳ đánh giá dự án nào nhằm xác định mức độ phù hợp của đèn đối với chiếu sáng đường phố.
