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Photobiologische Sicherheit von Leuchten
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Inhaltsverzeichnis
Sie kennen das Phänomen sicher: Nach dem direkten Blick in die Sonne verbleibt ein Nachbild auf der Netzhaut. Das Gleiche geschieht bei einem direkten Blick in eine künstliche Lichtquelle. Wir alle kennen diesen ominösen Schatten, der zurück bleibt.
Aber was macht diese direkte Lichteinstrahlung (ob Sonne oder Kunstlicht) mit unseren Augen? Ist sie schädlich für die Netzhaut?
Eine pauschale Antwort auf diese Frage ist natürlich schwierig.
Doch beginnen wir zunächst mit dem Grundlegenden, nämlich der Frage, was Photobiologie überhaupt ist.
1. Was ist Photobiologie?
Die Photobiologie ist ein interdisziplinäres Teilgebiet der Biologie und Chemie. Untersucht werden dabei die Wechselwirkungen zwischen Licht und Organismen.
Das Forschungsgebiet umfasst beispielsweise die Photosynthese, circadiane Rhythmen, Biolumineszenz sowie durch UV-Strahlung und Laser hervorgerufene Schäden.
2. Was ist photobiologische Sicherheit?
Zunächst beginnt alles mit den Wellenlängen des Lichts. Siehe auch: Was ist Licht?
Die Wellenlängen des sichtbaren Lichts liegen zwischen 380 nm (violett) – 780 nm (rot).
Doch auch außerhalb dieses Bereiches befindet sich elektromagnetische Strahlung, das menschliche Auge kann sie allerdings nicht wahrnehmen. Zu dieser „unsichtbaren“ Strahlung gehören unter anderem die Ultraviolette-Strahlung (< 380 nm), die Infrarote Strahlung, die Röntgen- und die Gammastrahlung.
Genau wie die Sonne senden künstliche Lichtquellen eine elektromagnetische Strahlung aus, die das Auge nicht erkennen kann. Sie beschränken sich nicht auf die Wellenlängen des sichtbaren Lichts, sondern senden ein Vielfaches darüber aus.
Von diesen „unsichtbaren“ Strahlungen geht ebenso wie von Blaulichtanteilen des sichtbaren Lichts eine Gefährdung aus. Um diese Gefährdung kategorisieren und regeln zu können, wurde die photobiologische Sicherheit als eine Anforderung an elektrische Betriebsmittel festgelegt.
3. Blaulichtgefährdung und LEDs
Insbesondere der Wellenlänge von hochenergetischem blauen Licht (etwa 440 nm) wird das Risiko einer fotochemischen Schädigung der Netzhaut zugeschrieben. Daher kommt die Bezeichnung Blaulichtgefährdung (Photoretinitis). Im Englischen wird sie auch „Blue Light Hazard“ genannt.
Im Lichtspektrum von LEDs ist technologiebedingt mit einem hohen Anstieg im Bereich blauer Wellenlängen (400 – 500 nm) zu erkennen. Daher wird der LED oft pauschal eine Blaulichtgefährdung zugeschrieben.
Doch entscheidend für eine mögliche Schädigung sind drei unabhängige Faktoren, die in Summe die „Blaulicht-Dosis“ bestimmen:
- Die spektrale Zusammensetzung des Lichts
- Die Zeitdauer der Einwirkung (Expositionszeit)
- Die Leuchtdichte (sehr große „Helligkeit“)
Das bedeutet konkret: Der Blaulichtanteil allein ist nicht ausschlaggebend.
Ein Beispiel:
Sie sehen an einem wolkenlosen Sommertag in den Himmel.
Der direkte Blick in den blauen Himmel ist ungefährlich, obwohl er einen sehr hohen Blauanteil hat. Das ist darauf zurückzuführen, dass sich das Licht streut und die Leuchtdichte dadurch gering ist.
Richten Sie Ihren Blick jedoch direkt in die Sonne, besteht schon nach Sekunden ein unmittelbares Risiko für Netzhautschäden. Die Sonne sendet einen niedrigen Blauanteil aus, hat jedoch eine hohe Leuchtdichte.
Die Wellenlängen von Sonnenlicht
Die Wellenlängen einer LED
4. Welche Schäden können entstehen?
Die Hornhaut absorbiert die UV-C und -B Strahlung, während die Augenlinse hauptsächlich die UV-A Strahlung aufnimmt.
Die restliche Strahlung erreicht jedoch fast ungehindert die Netzhaut.
Mögliche Schädigungen sind:
- Horn- oder Bindehautentzündungen
- Linsentrübungen (grauer Star)
- Photochemische Schädigung der Netzhaut
- Thermische Schädigung der Hornhaut
5. Gesetzliche Grundlagen zur photobiologischen Sicherheit
Im September 2011 ist das deutsche Produktsicherheitsgesetzt (ProdSG) in Kraft getreten. Dabei handelt es sich um die nationale Umsetzung der europäischen Niederspannungsrichtlinie (engl.: LVD) 2014/35/EU (Vorab: 2006/95/EG).
Darin wird gefordert, dass bei Lichtquellen und Leuchten keine Gefahren durch Strahlung entstehen dürfen. Die Forderung gilt für alle elektronischen Betriebsmittel. Ausgenommen sind u.a. Betriebsmittel zur Verwendung in explosiver Atmosphäre, in der Medizintechnik, auf Schiffen, in Flugzeugen oder in Eisenbahnen.
In den meisten Fällen unterliegen Leuchten der Niederspannungsrichtlinie, der EMV-Richtlinie, der ErP-Richtlinie und (als Verbraucherprodukte) der Allgemeinen Produktsicherheitsrichtlinie. Weitere Richtlinien können hinzukommen, in Bezug auf die Blaulichtgefährdung sind jedoch die Niederspannungsrichtlinie und die allgemeine Produktsicherheitsrichtlinie relevant.
Um die photobiologische Sicherheit von Leuchten beurteilen zu können, bestehen Messvorschriften und Bewertungsmaßstäbe. Sie sind in der internationalen Norm IEC 62471:2006 festgelegt. Sie steht in Übereinstimmung mit der Niederspannungsrichtlinie und wird in Deutschland als DIN EN 62471 : 2009 umgesetzt.
Gemäß der DIN EN 62471 : 2009 gehen von Lichtquellen folgende Gefährdungen aus (vereinfachte Darstellung):
- Thermische Netzhautgefährdung
- Photochemische Netzhautgefährdung (Blaulichtgefährdung)
- Mögliche Schäden durch Ultraviolette Strahlung, UV-A- und Infrarot-Strahlung
6. Zusammenhang zur CE-Kennzeichnung
Elektrische Betriebsmittel (wie Leuchten) dürfen nur dann in der EU in Verkehr gebracht werden, wenn sie die grundlegenden Anforderungen der europäischen Richtlinien entsprechen.
Eine dieser Anforderungen ist die photobiologische Sicherheit.
Durch die CE-Kennzeichnung wird den Behörden die Übereinstimmung des Produktes mit der anzuwendenden Richtlinie angezeigt. Der Hersteller bzw. Importeur versichert damit, dass das Produkt den Normen entspricht. Die Anbringung der CE-Kennzeichnung geschieht dann in Eigenverantwortung des Herstellers.
Grundsätzlich besteht keine Verpflichtung zur Anwendung der Normen. Gegenüber Überwachungsbehörden besteht aber ggf. eine Beweislastumkehr zu Lasten des Herstellers bzw. Importeurs.
7. Risikogruppen nach DIN EN 62471
In der deutschen Norm DIN EN 62471 „Photobiologische Sicherheit von Lampen und Lampensystemen“ werden zwei Arten von Messungen unterschieden, um eine Lichtquelle zu bewerten.
Die Risikoklassifizierung erfolgt für die Allgemeinbeleuchtung in einem Abstand, bei dem eine Beleuchtungsstärke von 500 Lux erreicht wird. Für alle anderen Anwendungen wird ein Betrachtungsabstand von 20 mm empfohlen.
Da sich die Leuchtdichte nicht durch Reflektoren, Optiken oder ähnliches erhöhen lässt, stellt die Lichtquelle an sich die größte Gefährdung dar. Die Klassifizierung der Lichtquelle wird demnach für die gesamte Leuchte übernommen.
In der DIN EN 62471 sind die folgenden Risikogruppen definiert:
Risikogruppe 0: Freie Gruppe
Die Leuchte bzw. das Leuchtmittel stellt keine photobiologische Gefährdung dar. Es besteht keine Gefahr der Schädigung des Auges, selbst bei dauerhaftem Blick in Richtung der Lichtquelle.
Risikogruppe 1: Geringes Risiko
Die Leuchte bzw. das Leuchtmittel stellt bei normalem Nutzverhalten keine Gefährdung dar. Eine Schädigung der Netzhaut ist weitgehend auszuschließen. Selbst bei längerem (aber zeitlich begrenzten) Blick in die Lichtquelle tritt keine Schädigung auf.
Risikogruppe 2: Mittleres Risiko
Die Leuchte bzw. das Leuchtmittel stellt ein mittleres Risiko dar. Direkte, längere Blicke sollten vermieden werden. Im Falle von einem direkten Blick in die Lichtquelle tritt eine Abwend-Reaktion ein.
Risikogruppe 3: Hohes Risiko
Die Leuchte bzw. das Leuchtmittel stellt sogar bei flüchtiger oder kurzfristiger Bestrahlung eine Gefährdung dar. Schäden der Netzhaut können nicht ausgeschlossen werden.
zB. Sehr lichtstarke, gerichtete Lichtquellen wie Laser
8. Fazit zur photobiologischen Sicherheit
Der hohe Blaulichtanteil der LED wird oft pauschal mit einer Blaulichtgefährdung gleichgesetzt.
Mehrere Studien haben sich bereits mit der Blaulichtgefährdung beschäftigt und widerlegen diesen Mythos.
Eine Studie der TU Ilmenau kam außerdem zu folgender Erkenntnis:
Eine Klassifizierung von Leuchten zu den o.g. Risikogruppen eignet sich nicht, um die Strahlungsgefährdung am Arbeitsplatz zu beurteilen.
Das liegt daran, dass es wie bereits erwähnt zwei Messverfahren gibt.
Entweder erfolgt die Messung mit 20 mm Abstand zur Lichtquelle oder in einem Abstand mit 500 Lux Beleuchtungsstärke.
Mitarbeiter sitzen aber für gewöhnlich nicht 20 mm von einer Lichtquelle entfernt. Und um eine Beleuchtungsstärke von 500 Lux am Auge zu erzeugen, muss in der Regel eine horizontale Beleuchtungsstärke von 900 – 1.500 Lux vorliegen.
Die Studie bemängelte außerdem, dass die Abstufung der Risikogruppen einen falschen Eindruck vermittle. Risikogruppe 2 bedeute beispielsweise, dass am Arbeitsplatz bei normalen Verhalten der Beschäftigten keine Gefahr bestünde. Eine Schädigung des Auges kann ausgeschlossen werden.
Es ist also wissenschaftlich gesichert, dass eine übliche Arbeitsplatzbeleuchtung (auch mit LED-Leuchten) keine Blaulichtschädigung hervorruft. Das Gleiche gilt für Displays und Bildschirme.
Lediglich bei der altersbedingten Makuladegeneration gibt es Hinweise darauf, dass blaue Spektralanteile einen negativen Einfluss auf den Krankheitsverlauf haben können.
9. Quellenangaben
Vgl. Schierz, Ch.: Schädigung des Auges durch sichtbares Licht?, 23. Symposium der Deutschen Akademie für Photobiologie DAfP, 7.-8.06.2018 in Lübeck