ไฟถนน LED: อุณหภูมิสีวอร์มไวท์หรือคูลไวท์?

ถนน ถนน และบริเวณโดยรอบสว่างไสวด้วยไฟถนนเพื่อเพิ่มความปลอดภัยให้กับคนเดินถนนและผู้ขับขี่รถยนต์ หลอดดิสชาร์จแรงดันสูง ส่วนใหญ่มักจะใช้หลอดโซเดียมความดันสูง (HPS) และหลอดเมทัลฮาไลด์ ในระบบไฟถนนแบบดั้งเดิม เดิมทีแหล่งกำเนิดแสงเหล่านี้เป็นที่ทราบกันว่าให้แสงสว่างสูงสุดต่อวัตต์ของพลังงานที่ใช้ไป การอนุรักษ์เชื้อเพลิงฟอสซิลและสร้างแหล่งพลังงานใหม่ที่คงอยู่กลายเป็นเรื่องสำคัญ เนื่องจากทรัพยากรธรรมชาติและพลังงานจะหมดลงในที่สุด ผู้คนทั่วโลกกำลังทำงานเพื่อโครงสร้างสาธารณะในลักษณะนี้ ประสิทธิภาพด้านพลังงานรวมถึงข้อได้เปรียบเพิ่มเติมอีกหลายประการ เช่น อายุของผลิตภัณฑ์ที่เพิ่มขึ้น ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาที่ลดลง และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่น้อยลง คือความต้องการเชื้อเพลิงสำหรับไฟ LED ที่ประหยัดพลังงาน

การตั้งค่าที่ละเลย
เนื่องจากความต้องการที่ไร้เดียงสาในการรับรู้ความรู้สึก "เย็นกว่า" หรือ "ขาวกว่า" แหล่งกำเนิดแสง CCT สีขาวนวล (อุณหภูมิสีที่สัมพันธ์กัน) จึงมักใช้ในแสงกลางแจ้ง ผู้คนเลือกแสงไฟที่มีอุณหภูมิสีสูงซึ่งให้ความรู้สึกเย็นสบายเนื่องจากสภาพอากาศที่ร้อนจัดในประเทศที่มีละติจูดต่ำ บางคนเคยชินกับความขาวเย็นของแสงอันเป็นผลมาจากความนิยมของหลอดฟลูออเรสเซนต์ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา พวกเขามองว่าการมองเห็นดีขึ้นด้วยแสงที่ "ขาวกว่า" แต่ผู้คนควรยังคงตัดสินใจตามอารมณ์ในยุคของไฟ LED หรือไม่? ไม่เคยอีกครั้ง! American Medical Association (AMA) ได้เผยแพร่คำแถลงนโยบายอย่างเป็นทางการเกี่ยวกับไฟถนนเมื่อวันที่ 14 มิถุนายน 2016 เกี่ยวกับผลกระทบด้านลบของไฟ LED ที่มีความเข้มสูง พวกเขาสร้างความกังวลอย่างมาก

แสงสีขาวเกิดขึ้นได้อย่างไร

เนื่องจากแสงสีขาวโดยพื้นฐานแล้วเป็นการผสมของแสงที่มีสีตั้งแต่สองสีขึ้นไป (หรือความยาวคลื่น) และไดโอดเปล่งแสงเป็นแหล่งกำเนิดแสงสีเดียวเกือบทั้งหมดที่เปล่งแสงสีเดียว ซึ่งเป็นวิธีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการสร้างแสงสีขาวจากโมดูล LED ที่ ช่วงเวลาคือการใช้ LED สีเดียว (โดยทั่วไปคือ LED สีน้ำเงิน) และองค์ประกอบการแปลงความยาวคลื่น (ซึ่งโดยทั่วไปคือสารเรืองแสงสีเหลือง) สารที่ใช้ทำ LED มักส่งผลต่อสีที่เปล่งออกมา บรรจุภัณฑ์ที่ประกอบด้วยชิป LED สีน้ำเงินที่สร้างจากแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) ที่เคลือบด้วยสารเรืองแสง ซึ่งโดยทั่วไปมักเป็นอิตเทรียมอะลูมิเนียมโกเมน (YAG) ซึ่งทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบการแปลงความยาวคลื่น (WCE) เพื่อสร้างสีขาวตามอุณหภูมิสีที่ต้องการ เป็นตัวแทนของ LED สีขาว สามารถปรับสีแสงสีขาวได้โดยการปรับองค์ประกอบส่วนเติมหรือเปอร์เซ็นต์น้ำหนัก สำหรับการใช้งานด้านแสงจำนวนมาก ความสามารถในการสร้างแสงสีขาวในพื้นที่สีที่กว้างจะมีประโยชน์

อันตรายจากไฟแดง

ไฟถนน LED ความเข้มสูงสร้างแสงสีน้ำเงินปริมาณมาก ซึ่งมองด้วยตาเปล่าแล้วดูเป็นสีขาว และทำให้เกิดแสงสะท้อนในตอนเย็นที่ไม่เอื้ออำนวยมากกว่าแสงทั่วไป แม้จะมีข้อดีของการประหยัดพลังงานก็ตาม การเปิดรับแสงสีน้ำเงินซึ่งส่วนใหญ่เกิดขึ้นระหว่างความยาวคลื่น 400 ถึง 500 นาโนเมตร อาจเป็นอันตรายหรือส่งผลให้จอประสาทตาเสียหายได้ เนื่องจากการปล่อยแสงสีน้ำเงินและสีเขียวเพิ่มเติมจาก LED ที่เคลือบด้วยสารเรืองแสง ซึ่งกระจายเข้าตามากขึ้นและส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมและแสงสะท้อน จึงมีมลภาวะทางแสงมากขึ้น

เมื่อเปลี่ยนไปใช้ไฟ LED ที่ช่วยลดผลกระทบด้านลบต่อสุขภาพและสิ่งแวดล้อม คำแนะนำ AMA ใหม่แนะนำให้ใส่ใจอย่างรอบคอบกับการออกแบบและด้านเทคนิคที่เหมาะสม โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกเขาดึงความสนใจไปที่ข้อเท็จจริงที่ว่าไฟ LED สีน้ำเงินอาจทำให้การมองเห็นและความปลอดภัยแย่ลง สร้างความกังวลและก่อให้เกิดอันตรายบนท้องถนน เพื่อประหยัดพลังงานและเงินในระยะยาว ไฟถนน LED สีขาวกำลังถูกผลักดันไปยังเมืองต่างๆ ทั่วโลก เมื่อเปลี่ยนจาก HPS เป็น LED สำหรับไฟถนนเมื่อเร็วๆ นี้ หลายประเทศเลือกใช้ CCT ระหว่าง 4000K ถึง 6500K ตามนุษย์ตีความแสงสีน้ำเงิน ซึ่งเป็น 29 เปอร์เซ็นต์ของสเปกตรัมของแสง LED 4000K ให้เป็นสีขาวสว่าง นอกจากจะส่งผลต่อผู้ขับขี่แล้ว ไฟถนน LED สีน้ำเงินยังทำงานที่ความยาวคลื่นซึ่งไปยับยั้งเมลาโทนินอย่างรุนแรงที่สุดในตอนกลางคืน เมื่อเทียบกับไฟถนนแบบดั้งเดิม หลอดไฟ LED สีขาวมีผลมากกว่ารูปแบบการนอนหลับของวงจรชีวิตมากกว่าเดิมถึงห้าเท่า

ผลทางชีวภาพ

ไฟ LED ความเข้มสูงมีสเปกตรัมที่มีจุดสูงสุดสูงที่ความยาวคลื่นซึ่งจะไปยับยั้งเมลาโทนินได้มากที่สุดในเวลากลางคืน ต่อมไพเนียล ซึ่งเป็นต่อมเล็กๆ ที่มีรูปทรงคล้ายกรวยสน ซึ่งอยู่ใกล้กับศูนย์กลางของสมอง จะหลั่งฮอร์โมนเมลาโทนิน ต่อมไพเนียลทำให้นาฬิกาภายในควบคุมวงจรชีวภาพโดยปล่อยเมลาโทนิน เมลาโทนินส่งผลต่อกระบวนการทางสรีรวิทยาของมนุษย์ที่หลากหลาย ฮอร์โมนนี้มีอิทธิพลต่อระบบภูมิคุ้มกัน กระตุ้นการนอนหลับ มีอิทธิพลต่ออารมณ์ ส่งเสริมการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ และส่งผลต่อการนอนหลับ การศึกษาพบว่าการผลิตและการหลั่งเมลาโทนินได้รับอิทธิพลจากแสงเป็นหลัก เมลาโทนินจะไวต่อแสงภายใต้แสงสีที่มีความยาวคลื่นสั้น ในขณะที่เมลาโทนินจะไวต่อแสงภายใต้แสงสีที่มีความยาวคลื่นสั้นน้อยกว่า จากการยับยั้งเมลาโทนิน เชื่อกันว่าแสง LED ที่เคลือบด้วยสารเรืองแสงมีประสิทธิภาพมากกว่าแสงโซเดียมความดันสูงอย่างน้อยห้าเท่า ที่มีอิทธิพลต่อสรีรวิทยาของวงจรชีวิต

CCT สูงจะปรับปรุงทัศนวิสัย

เซ็นเซอร์สีในดวงตาจะตอบสนองต่อรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่สะท้อนจากวัตถุเพื่อระบุสีที่มนุษย์มองเห็น ตาของมนุษย์มีความไวต่อแสงที่มีความยาวคลื่นสั้นมากกว่าในขณะที่มองภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวย ดังนั้น ไฟ LED สีขาวที่เคลือบด้วยสารเรืองแสงซึ่งมีสัดส่วนของแสงสีน้ำเงินที่มากกว่าจะมีประสิทธิภาพการส่องสว่างที่ดีกว่าเมื่อมองผ่านเลนส์เมโซปิกมากกว่าเมื่อมองด้วยเลนส์โฟโตปิก คุณลักษณะนี้เคยถูกระบุว่าเป็นข้อดีของไฟ LED สีขาว อย่างไรก็ตาม การส่งสัญญาณที่ลดลงในหมอกหรือหมอกควันเชื่อมโยงกับ CCT ที่มากขึ้น แสงไม่สามารถส่งผ่านหมอกหรือหมอกควันได้เต็มที่เนื่องจากการกระเจิงของมิเอะและเรย์ลี เนื่องจากไฟถนนถูกใช้เพื่อให้แสงสว่างแก่ถนนในช่วงที่มีหมอกหรือหมอกหนา ความสามารถในการทะลุผ่านหมอกจึงเป็นปัจจัยสำคัญ โดยทั่วไป แสงสีเหลืองจะทะลุผ่านหมอกได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าแสงสีขาว ไฟ LED สีขาวส่วนใหญ่มีความสามารถในการเจาะทะลุหมอกได้จำกัด เนื่องจากการกระเจิงของโมเลกุล (Rayleigh) และละอองลอย (Mie) ความสามารถในการแทรกซึมของหมอกที่จำกัดยังนำไปสู่มลพิษจากแสงจากท้องฟ้าในเมืองที่เพิ่มขึ้นจากไฟ LED สีขาว นอกจากจะทำให้แสงจากพื้นดินน้อยลงและทำให้ยากต่อการมองเห็นสิ่งของบนพื้น (ซึ่งทำให้ถนนปลอดภัยยิ่งขึ้น) การกระจายดังกล่าวยังส่งผลเสียต่อการศึกษาทางดาราศาสตร์และความน่าดึงดูดใจโดยรวมของท้องฟ้ายามค่ำคืนอีกด้วย

ลักษณะสำคัญประการหนึ่งที่ก่อให้เกิดอุบัติเหตุบนท้องถนนในตอนกลางคืนคือการปรับตัวในที่มืดไม่ได้ผล แสงอุณหภูมิสีต่ำมักถูกใช้เป็นไฟส่องสว่างเพื่อเร่งกระบวนการปรับตัวให้เข้ากับความมืด และเพิ่มความปลอดภัยและประสิทธิผลในการขับขี่ ระยะเวลาการปรับตัวในที่มืดที่ยาวนานที่สุดและองค์ประกอบแสงสีน้ำเงินในสัดส่วนที่ค่อนข้างสูงจะเห็นได้ในไฟ LED ที่มี CCT สีขาวนวลหรือแสงกลางวัน ในทางกลับกัน ไฟ LED สีขาวนวลมีระยะเวลาการปรับตัวในที่มืดอย่างรวดเร็ว เนื่องจาก CCT ต่ำและส่วนประกอบความยาวคลื่นยาวในสัดส่วนที่มาก แสงสว่างบนถนนควรคำนึงถึงการปรับความมืดในระหว่างการออกแบบ และการส่องสว่างในอุโมงค์มีความสำคัญมากทีเดียว

แสงสว่างที่เหมาะสม

สำหรับการติดตั้งภายนอก เช่น ถนน AMA ขอแนะนำให้ใช้ไฟที่มีอุณหภูมิสี 3000K หรือต่ำกว่า แม้ว่าแสงจะมีโทนสีค่อนข้างอุ่นกว่าและมีการปล่อยแสงประมาณ 21 เปอร์เซ็นต์ในบริเวณที่ปรากฏเป็นสีน้ำเงินของสเปกตรัมที่ 3000K แต่สายตามนุษย์ยังคงมองเห็นเป็น "สีขาว" แม้ว่าผลลัพธ์ที่ได้จะยังคงค่อนข้างเป็นสีน้ำเงินสำหรับการตั้งค่าเวลากลางคืน แต่ก็ยังมีการปรับปรุงการส่องสว่างมากกว่า 4000K อย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากช่วยลดความรู้สึกไม่สบายและแสงจ้าสำหรับผู้พิการ เนื่องจากการเคลือบแบบต่างๆ แสง 3000K จึงประหยัดพลังงานน้อยกว่าแสง 4000K เพียง 3 เปอร์เซ็นต์ แต่ยังให้ความสวยงามแก่มนุษย์มากกว่ามากและมีผลกระทบต่อสัตว์น้อยกว่า นอกจากนี้ ไฟ LED ทั้งหมดควรได้รับการหุ้มฉนวนอย่างเหมาะสมเพื่อลดแสงจ้าและผลกระทบด้านลบต่อผู้คนและสิ่งแวดล้อม และควรพยายามใช้ความสามารถของไฟ LED ที่ลดลงในช่วงที่ไม่มีการใช้งานสูงสุด

สายตามนุษย์มีความสามารถในการปรับความมืดที่เหมาะสมและความสามารถในการแยกแยะสีภายใต้ไฟ LED ประมาณ 3000K CCT ไฟ LED ที่ CCT นี้ยังมีประสิทธิภาพการส่องสว่างที่ค่อนข้างสูงและมีผลกระทบทางลบต่อสุขภาวะทางร่างกายและจิตใจของเราน้อยกว่า แม้ว่าจะมีข้อเสียในการออกแบบแสงสว่าง แต่เป็นที่ชัดเจนว่าไม่ควรใช้ไฟ LED CCT สูงสำหรับไฟถนน ความสว่าง, ดัชนีการแสดงผลสี (CRI), CCT, การควบคุมแสงสะท้อน, การสั่นไหว, ความสว่างในการมองเห็นแบบ mesopic, การปรับตัวในที่มืด, อันตรายจากแสงสีฟ้า, การรับรู้สี, การแทรกซึมของหมอก และมลพิษจากแสงจากท้องฟ้า ล้วนเป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องนำมาพิจารณาเมื่อประเมินโครงการใดๆ .