Für das vom Auftraggeber zur Verfügung gestellte Chip-On-Board-LED-Modul (COB-LED) sollen Messungen zur Bewertung der Photobiologischen Sicherheit

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2 Für das vom Auftraggeber zur Verfügung gestellte Chip-On-Board-LED-Modul (COB-LED) sollen Messungen zur Bewertung der Photobiologischen Sicherheit von Lampen und Lampensystemen durchgeführt werden. Dabei sollen die in der Norm DIN EN beschriebenen Verfahren zum Einsatz kommen, um eine dementsprechende Bewertung des Risikos der Beleuchtungseinheit zu ermöglichen.

3 LemTec Innova Gmbh & Co. KG Sittarder Straße Viersen Ansprechpartner Thomas Müllers Tel: +49 (0)

4 Bei dem Messobjekt handelt es sich um ein COB-LED-Modul des Herstellers LemTec Innova Gmbh & Co. KG. Es besteht aus einem Array aus 10x10 Halbleiter-Chips in einem voll vergossenen Package. Das Modul hat eine elektrische Leistungsaufnahme von 40W. Für diese Lichtquelle ist das potentielle Risiko durch deren emittierte Strahlung zu bestimmen. Abbildung 3.1: Beispielhafte Darstellung des zu bewertenden LED-Moduls (Quelle:

5 Das folgende Kapitel enthält die wesentlichen Grundlagen die zum besseren Verständnis der Normschrift beitragen sollen. Es stellt keine vollständige Beschreibung sämtlicher Aspekte der DIN EN dar. Es besteht kein Anspruch auf Richtigkeit und Vollständigkeit der gemachten Angaben. Optische Strahlung hat neben der visuellen Wirkung auch nichtvisuelle Wirkungen. Zusätzlich zu der bekannten nicht sichtbaren Wirkung auf den Tag-Nacht-Rhythmus hat Licht auch das Potential schädigende Wirkungen zu verursachen. Diese treten an der Haut und hauptsächlich im menschlichen Auge auf und besitzen abhängig von deren Wellenlänge verschiedene Eindringtiefen. UV-C UV-A, UV-B VIS IR-A IR-B IR-C Abbildung 4.1: Eindrinntiefe von Strahlung in das menschliche Auge (Quelle: Wikipedia, Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin) Die Wirkung der auftreffenden Strahlung wird durch die Gewebezusammensetzung bestimmt. Durch die Absorption der Strahlungen finden chemische und thermische Prozesse statt, welche Schäden verursachen können. Die in der DIN EN berücksichtigten Schädigungen sind Infrarot-Katarakt (Star, oder auch Hitzestar genannt), Photokeratitis (Schneeblindheit,), Photoretinitis (Blaulichtschädigung der Netzhaut), thermische Schädigung der Netzhaut, Ultraviolett- Katarakt, Ultraviolett-Erythem (Sonnenbrand).

6 Die DIN EN unterscheidet zwischen der Wirkung von Bestrahlungsstärken und Strahldichten. Bei der Wirkung auf die Haut ist eine Betrachtung der Bestrahlungsstärke von Bedeutung. Wichtig sind hier vor allem der Sonnenbrand sowie der Infrarot-Katarakt. Die Wirkung auf das Innere des Auges hingegen erfolgt erst nach dem optischen Einfluss der Augenmedien Hornhaut, Pupille und Linse. Daher ist hier nicht die Bestrahlungsstärke sondern die Strahldichte von Relevanz für die Bewertung des Schädigungspotentials von optischer Strahlung. Um der Physiologie des Menschen Rechnung zu tragen, wurden für die Bestrahlungsstärke drei unterschiedliche Geometrien festgelegt. Sie unterscheiden sich durch ihren Empfangswinkel in welchem Strahlung vom Empfänger mit Kosinus-Charakteristik aufgenommen werden soll. Hier gelten für die thermische Schädigung der Haut 180, für UV und thermische Schädigung des Auges 80 und ca. 0,63 für die Blaulichtschädigung. Allen gemeinsam ist eine Empfängergröße von minimal 7mm welcher die Pupille darstellt. Bei größerer Eindringtiefe in die Augenmedien wird die Strahldichte der Quelle relevant. Hier müssen mehrere Fälle unterschieden werden, da sichtbare Strahlung bei bestimmter gefährlicher Intensität natürliche Abwendreaktionen bzw. Lidschlussreflexe hervorruft. Dies ist bei nicht sichtbarer Strahlung wir z.b. Fern-Infrarot bzw. schwachen visuellen Reizen (Nah- Infrarot) nicht der Fall. Unter diesen Gegebenheiten wurden ebenso drei Geometrien in die Normung gebracht welche die Bestrahlung des Auges in verschieden Situationen abbilden sollen. Diese sind die Raumwinkel von 5,7 für Blaulichtschädigung, 0,63 für thermische Schädigungen sowie 0,1 für thermische als auch Blaulichtschädigung. Wie oben erwähnt bestimmt die Zusammensetzung des Gewebes in welchem Maße die Strahlung absorbiert wird. Da im menschlichen Körper und auch im Auge viel Wasser enthalten ist, bestimmt dies zu einem entscheidenden Teil den spektralen Verlauf dieser Absorption. Um den unterschiedlichen Geweben gerecht zu werden, gibt die Norm für die jeweiligen Wirkungen spektrale Gewichtungsfunktionen an. Abbildung 4.2: Spektrale Gewichtungsfunktionen Die gemessenen spektralen Bestrahlungsstärken bzw. spektralen Strahldichten werden zur Bestimmung der wirksamen Bestrahlungsstärken und Strahldichten mit diesen

7 Gewichtungsfunktionen gefaltet. Die Berechnung erfolgt mit einer Auflösung von 1nm und die Gewichtungsfunktionen wurden entsprechend der Norm logarithmisch auf diese Auflösung interpoliert. Entsprechend des Bunsen-Roscoe-Gesetzes ist für eine Wirkung die Dosis der Bestrahlung entscheidend. Die photobiologisch wirksame Bestrahlung H biol. die eine gerade merkliche Reaktion erzeugt, heißt H s,biol. und die für eine bestimmte Bestrahlungsstärke zugehörige Bestrahlungszeit heißt Schwellenbestrahlungsdauer t s, biol.. (vgl. Lichttherapie, Rolfdieter Krause, Rainer Stange, Springer Verlag 2012). Dementsprechend werden in der DIN EN zeitliche Angaben für Grenzwerte der Bestrahlungsstärke bzw. Strahldichte gemacht. Wichtig ist, dass wenn bis zu einer bestimmten Expositionsdauer keine Schädigung eintritt, wird diese auch bei einer längeren Expositionsdauer nicht eintreten. ( Photobiologische Sicherheit von Licht emittierenden Dioden (LED) BAUA 2013). Abbildung 4.3: Gewichtete Bestrahlungsstärkegrenzwerte für konstante Bestrahlung als Funktion der Zeit Bei geringen Bestrahlungsstärken lassen sich die Wirkungen nur bei hohen Bestrahlungsdauern feststellen und je geringer desto schwieriger ist überhaupt das Erkennen einer Wirkung. Ab bestimmten Bestrahlungsdauern kann man davon ausgehen, dass die Dosis, welche zur Auslösung der biologischen Reaktion notwendig ist, nicht mehr erreicht wird. Aufgrund der Abbildung durch das optische System des Auges ist für die Strahldichtegrenzwerte auch die Quellengröße α von Bedeutung. Diese wurde entsprechen der DIN EN ermittelt (siehe Kapitel ) und fließt in die Berechnung der Strahldichtegrenzwerte mit ein.

8 Abbildung 4.4: Gewichtete Strahldichtegrenzwerte für konstante Bestrahlung als Funktion der Zeit Die Quellengröße wird laut DIN EN über die 50%-Emissionspunkte bestimmt. Die Punkte der Oberfläche, welche mindestens 50% der maximalen Intensität abstrahlen, werden zur Fläche hinzu gerechnet. Wichtig dabei ist, dass durch optische Elemente nach der Lichtquelle die scheinbare Quellengröße unterschiedlich zur geometrischen Größe sein kann. Diese scheinbare Quellengröße muss ermittelt werden. Generell ist in der Klassifizierung von Lampen zwischen Dauerstrichlampen mit kontinuierlicher Strahlungsabgabe und gepulsten Lampen deren Pulse kürzer als 0,25s sind zu unterscheiden. Bezüglich des Gefährdungspotentials klassifiziert die Norm Lampen in vier Risikogruppen (vgl. Photobiologische Sicherheit von Licht emittierenden Dioden, BAUA, S.54) Lampengruppe Risiko Beschreibung Freie Gruppe Kein Diese Lampen stellen keine photobiologische Gefährdung dar, auch nicht bei kontinuierlicher, lang andauernder Exposition im Referenzabstand sie sind unter allen Umständen sicher. Risikogruppe 1 Geringes Diese Lampen stellen unter Berücksichtigung normalen menschlichen Verhaltens keine Gefährdung dar. In Bezug auf die Augen sind diese Lampen sicher, außer bei einer sehr lang andauernden Betrachtung im Referenzabstand mit direkter Augenexposition. Risikogruppe 2 Mittleres Die Sicherheit dieser Lampen in Bezug auf die Augen basiert auf Abwendungsreaktionen; sie stellen keine photobiologische Gefährdung dar, solange Abwendungsreaktionen die Expositionsdauer begrenzen. Risikogruppe 3 Hohes Diese Lampen sind auch bei kurzzeitiger Exposition im Referenzabstand gefährlich.

9 Die Ermittlung der Grenzwerte für die entsprechenden Gruppen erfolgt auf Basis von Nutzungsszenarien und gegebenen Expositionsdauern. Der Grenzwert für die gewichtete Bestrahlungendosis (H = E dt) darf für die in dem Szenario definierte Expositionsdauer t nicht überschritten werden. Eine Unterschreitung des Grenzwertes resultiert in längeren möglichen Expositionsdauern als im Szenario vorgegeben. Diese Zeiten sind wie folgt in der DIN EN festgelegt: aktinis che UV- Gefahr nahe UV- Gefahr photochemische Netzhautgefährdung Freie Gruppe s 1.000s s 10s 1.000s Risikogruppe s 300s 100s 10s 100s Risikogruppe s 100s 0,25s* 0,25s* 10s *Abwendreaktion thermische Netzhautgefahr IR- Strahlungsgefahr, Auge Werden die Grenzwerte der Risikogruppe 2 überschritten bzw. die Expositionsdauern unterschritten, erfolgt automatisch eine Einordnung in die Risikogruppe 3. Entsprechend der zeitlichen Bewertung (Kapitel 4.4) lassen sich nun für jede Risikogruppe die exakten Grenzwerte für die gewichteten Bestrahlungsstärken und Strahldichten errechnen. In der Norm werden auch die der Schrift zu Grunde liegenden Untersuchungen kurz beschrieben. Es ist wichtig zu beachten, dass nahezu alle Versuche nicht auf Experimenten mit Menschen basieren sondern auf Tierversuchen. Daher wird explizit darauf hingewiesen, dass z.b. durch eine als geringes Risiko eingestufte Strahlungsquelle eine Schädigung auftreten kann, jedoch nicht muss.

10 Der verwendete Messaufbau besteht aus zwei Komponenten. Dem Spektralmesssystem, sowie einer optischen Einrichtung, welche genutzt wird um die in der DIN EN beschriebenen Messgeometrien zu realisieren. Bei dem Spektralmesssystem handelt es sich um ein Sectro320D der Firma Instrument Systems (Seriennummer: SP ). Es ist ausgestattet mit einem Doppelmonochromator mit drei verschiedenen Gittern, sowie drei unterschiedlichen Detektoren um Wellenlängen von 190nm bis 2,5µm abzudecken und erfüllt die Anforderungen an die Wellengenauigkeit der Norm (200nm-300nm: 0,2nm; 300nm-325nm: 0,1nm; 325nm-600nm: 0,2nm; 600nm- 1400nm: 2nm). Bei den Messungen zur Photobiologischen Sicherheit kamen ein Photomultiplier sowie ein InGaAs-Detektor zum Einsatz. Zur Einstellung der spektralen Bandbreite können drei verschiedene Spalte ausgewählt werden um die Anforderungen der Norm zu erfüllen (200nm-400nm: 4nm; 400nm-600nm: 8nm; 600nm-1400nm: 20nm; >1400nm: keine Vorgaben). Zur Realisierung der Geometrien wird ein Aufbau der Firma Instrument Systems verwandt. Dieser besteht aus einer Ulbrichtkugel mit einem Innendurchmesser von 150mm und einer Öffnung von 30mm, sowie einer Blendenkonstruktion mit Tubus (siehe Abbildung 5.1). Hierdurch wird für die Messung der spektralen Bestrahlungsstärke der vorgeschriebene minimale Durchmesser von 7mm erzielt, sowie für die Strahldichtemessungen die definierten Raumwinkel von 0,1sr und 0,011sr). Die Empfangswinkel werden mithilfe der in der Norm beschriebenen Alternativen Methode (Kapitel der DIN EN 62471) in einer Entfernung von 200mm erreicht. Diese 200mm entsprechen der empfohlenen Messentfernung für Lampen und Lampensysteme. Abbildung 5.1: Komponenten des Messaufbaus(Quelle links: Instrument Systems) Die Einkopplung der Strahlung in das Spektralmesssystem erfolgt über eine OFG-465-Faser von Instrument Systems welche für den Spektralbereich von 190nm bis 3200nm optimiert ist. Die Kalibrierung des Messaufbaus erfolgt direkt im Vorfeld der eigentlichen Messung. Die Kalibrierung eines Spektralmesssystems besteht aus zwei Schritten: der Wellenlängenkalibrierung sowie der Absolutkalibrierung. Die Wellenlängenkalibrierung wird vor jeder Absolutkalibrierung anhand der Lage von Quecksilberspektrallinien überprüft.

11 Die Absolutkalibrierung erfolgt über eine Bestrahlungsstärkemessung einer Normallampe. Diese Normallampe ist ein Bestrahlungsstärkenormal und entstammt einer Lampengruppe aus fünf Sylvania FEL 1000W, 120V -Lampen. Die Rückführbarkeit wird über eine DKD- Kalibrierung einer der Lampen erreicht (Kalibrierschein 1015, D-K , ). Eine gesonderte Kalibrierung auf spektrale Strahldichte wird nicht durchgeführt, da diese aufgrund der Anwendung der in der Norm vorgeschlagenen alternativen Anordnung nicht notwendig ist. Abbildung 5.2: Aufbau für die Kalibrierung Die Quellengröße wird laut DIN EN über die 50%-Emissionspunkte bestimmt. Hierzu wird eine CCD-Industriekamera der Firma Kappa verwendet deren spektrale Empfindlichkeit sehr nahe der von reinem Silizium ist. Über die kalibrierte Brennweitenangabe, Sensorgröße und den Abstand zum Messobjekt lässt sich so die scheinbare Größe der Quelle ermitteln. Sämtliche Messungen wurden in einem schwarzen Labor durchgeführt. Die Temperatur in den Laborräumen ist stabilisiert, sodass die Umgebungstemperatur während der gesamten Messung bei 25 C ±2K lag.

12 In der DIN EN wird beschrieben, dass die Gefahrenwerte bei einer Beleuchtungsstärke von 500lx bzw. einem minimalen Abstand von 200mm anzugeben sind. Die Messungen fanden in einem Abstand von 200mm statt. Die Quelle wurde mit dem mitgelieferten Vorschaltgerät versorgt. Die scheinbare Quellengröße wurde mit 194mrad ermittelt. Folgende Werte für gewichteten Bestrahlungsstärken bzw. Strahldichten wurden gemessen. Risiko Aktionsspektrum Formelzeichen Einheiten Messwert Aktinisches UV S UV(λ) E S W/m² 0, Nahes UV E UVA W/m² 0,0037 Blaulicht B(λ) L B W/(m² sr) 1480 Blaulicht, kleine Quelle* B(λ) E B W/m² - Netzhaut thermisch R(λ) L R W/(m² sr) Netzhaut thermisch, schwacher visueller Reiz R(λ) L IR W/(m² sr) 40 IR Strahlung, Auge E IR W/m² 3,2 *nicht gemessen aufgrund der Quellengröße Risiko Aktionsspektrum Formelzeichen Einheiten Risiko frei Geringes Risiko Mittleres Risiko Aktinisches UV S UV(λ) E S W/m² 0,001 0,003 0,03 Nahes UV E UVA W/m² Blaulicht B(λ) L B W/(m² sr) Blaulicht, kleine Quelle* B(λ) E B W/m² 0, Netzhaut thermisch R(λ) L R W/(m² sr) Netzhaut thermisch, schwacher visueller Reiz R(λ) L IR W/(m² sr) IR Strahlung, Auge E IR W/m² *nicht gemessen aufgrund der Quellengröße

13 Es kommt zu keiner Überschreitung der Emissionsgrenzwerte der Risikogruppe 1. Folglich wird die gemessene Dauerstrich-Quelle dieser Gruppe zugeordnet. Das COB-Modul stellt somit im Sinne der in der DIN EN aufgestellten Kriterien unter Berücksichtigung normalen menschlichen Verhaltens keine photobiologische Gefahr dar. In Bezug auf die Augen ist dieses COB-Modul sicher, außer bei einer sehr lang andauernden Betrachtung im Referenzabstand mit direkter Augenexposition.

14 Die in diesem Prüfbericht enthaltenen Ergebnisse beziehen sich ausschließlich auf die zur Prüfung vorgestellten Produkte. Es wird keine Haftung für Verallgemeinerungen übernommen, die aufgrund der Prüfergebnisse für weitere Exemplare des durch das Prüfobjekt vertretenen Produkttyps angestellt werden. Der Prüfbericht gibt ausschließlich die gemessenen Größen, Prüfbedingungen und ggf. daraus abgeleitete, weitergehende wissenschaftliche Schlussfolgerungen wieder. Er stellt keine umfassende Wertung der vermessenen Produkte dar. Es wird ausdrücklich kein Vergleich mit anderweitigen Produkten angestellt. Der Auftraggeber ist in keiner Weise berechtigt, das Logo oder Schriftzug der PHOTOMETRIK GmbH zu verwenden. Dies gilt insbesondere, aber nicht ausschließlich, für Werbezwecke. Des Weiteren gelten die AGBs der PHOTOMETRIK GmbH welche auf der Website einsehbar sind. Dieser Prüfbericht darf Dritten nur ungekürzt als Original oder Vervielfältigung zur Verfügung gestellt werden. Der Prüfbericht besteht in incl. Deckblatt aus 14 Seiten. Darmstadt,