Los leds y el riesgo de la luz azul

CHRISTOPHE MARTINSONS
Responsable de la división Iluminación y
Electromagnetismo, Dirección Salud y Confort
Centro Científico y Técnico
de la Construcción – CSTB
Grenoble, Francia

ESTE ARTÍCULO PRESENTA UN PANORAMA GENERAL de los conocimientos sobre la toxicidad potencial para la retina de la luz que emiten los LED. Durante varios años, se ha considerado y estudiado el denominado «riesgo por luz azul» debido a su alto nivel de brillantez y su espectro de emisión que contiene una fracción significativa de luz azul. Varios estudios independientes realizados por agencias sanitarias han demostrado que el riesgo que plantean los LED utilizados como fuentes de iluminación general es bajo. No obstante, no puede dejarse de lado el caso de algunos grupos de personas sensibles, si se considera el desempeño óptico cada vez mayor de los LED, así como su rápida difusión en el mercado de consumo en general.
Las fuentes tradicionales de iluminación, como la muy conocida lámpara incandescente y la lámpara fluorescente compacta, están siendo rápidamente sustituidas por productos a base de diodos emisores
de luz (LED) (fig. 1). La SSL (solid-state lighting) presenta muchas ventajas, como son un tiempo de vida más largo, un menor consumo de energía y un menor impacto medioambiental. Por lo tanto, muchos gobiernos han comenzado a prohibir paulatinamente las tecnologías de iluminación más antiguas, preparando el terreno para una utilización masiva de los LED en el mercado general de iluminación. De hecho, los líderes de la industria de la iluminación consideran que, en el 2020, más del 90 % de todas las fuentes de luz en el mundo utilizarán productos basados en las tecnologías SSL y LED.
Como cualquier tecnología nueva o emergente, los productos SSL deberían proporcionar la prueba de que, por lo menos, son tan seguros como los productos que intentan sustituir. Además, algunas propiedades únicas de los LED, como su compacidad, han generado muchas nuevas aplicaciones de iluminación para las cuales las tecnologías más antiguas ya no se pueden utilizar. Por ejemplo, algunos tipos de juguetes y ropa actualmente incorporan LED. La seguridad de los productos que utilizan LED debería ser evaluada considerando las interacciones con el cuerpo humano, tanto en las
nuevas maneras de utilización como en las ya existentes.
Los efectos adversos potenciales de la radiación óptica en la piel y en los ojos se conocen como riesgos fotobiológicos. Los LED actualmente utilizados en aplicaciones de iluminación tienen la ventaja de emitir una cantidad insignificante de radiaciones ultravioleta (UV) e infrarrojas (IR) 1. Los únicos riesgos fotobiológicos que hay que considerar al evaluar la seguridad de los LED están asociados
con la luz visible y, más especialmente, la parte azul del espectro.

FIG. 1 Fotografías de varios tipos de productos de iluminación sólida.
a: Luminaria direccional (spot light) con LED.
b: Una lámpara SSL con tres LED y utilizada para sustituir a la lámpara incandescente.
c: Una luminaria de exteriores de alta potencia SSL con módulos LED 121.
d: Un componente LED típico, utilizado en muchos productos SSL. Este tipo de LED consume
aproximadamente 1 W de electricidad y genera un flujo luminoso de aproximdamente 100 lm.
Su luminancia puede ser tan elevada como 107 cd/m².

Un cierto número de agencias sanitarias como ANSES 2 y SCENIHR 3 han analizado y hecho un repaso de las publicaciones científicas sobre los riesgos fotobiológicos asociados al uso de los LED.
Dos características principales de los LED han atraído la atención de los expertos:
• Los LED son fuentes pequeñas pero muy brillantes de luz visible y pueden deslumbrar. Debido a su brillantez, los LED también tienen una radiancia muy elevada (una cantidad fotométrica que expresa
la «concentración de la luz»), lo cual, a su vez, produce un nivel de luminancia elevado de la retina.
• La gran mayoría de los LED blancos, que producen luz blanca, tienen como base un chip que emite luz azul, asociado a varias capas de material fluorescente (luminóforos) para producir longitudes de
onda más largas. Como consecuencia, el espectro de emisión de un LED blanco consiste en un pico estrecho de azul primario y un pico ancho, secundario, en la parte amarillo-naranja-rojo del espectro.
Ambos picos están separados por una región de emisiones muy bajas en la parte azul-verde del espectro (fig. 2).

RIESGOS RELACIONADOS CON LA LUZ AZUL
La luz visible puede ocasionar daños térmicos y daños fotoquímicos en la retina. Los niveles de exposición necesarios para producir daños en la retina no pueden alcanzarse con la luz que emiten los LED con las tecnologías actuales. El riesgo fotoquímico ocurre en presencia de la iluminancia de la luz azul en la retina. Debido al alto nivel de brillantez de los LED, los niveles de iluminancia son potencialmente elevados, y deben ser considerados con atención. En general, los daños fotoquímicos de la retina dependen de la dosis acumulada a la cual la persona ha estado expuesta, lo cual puede ser el resultado de una breve exposición de alta intensidad, o también puede aparecer tras exposiciones de baja intensidad repetidas en períodos largos.
Se ha determinado que la luz azul es dañina para la retina debido al estrés oxidativo celular. Se sospecha también que la luz azul es un factor de riesgo en la degeneración macular asociada a la edad (DMLA).
Se puede hacer una estimación de la exposición retiniana a la luz azul utilizando las directrices de la ICNIRP 4. Se puede estimar una cantidad denominada radiancia ponderada de luz azul (LB) como función de la distancia a la cual se encuentra la fuente de luz (distancia de visualización) y el tiempo de exposición. La ICNIRP ha determinado los valores máximos permisibles de exposición (MPE) para definir límites para la LB como función del tiempo de exposición.
En los últimos tres años, los fabricantes y las asociaciones profesionales de iluminación suministran los datos de exposición a la luz azul de los LED, aunque también los suministran agencias gubernamentales y laboratorios independientes. Uno de los hallazgos ha sido que los niveles de exposición retiniana a la luz azul LB del usuario producida a una distancia de 200 mm con LED azules y blancos fríos (LED desnudos y LED equipados con lentes de enfoque) superan los límites MPE determinados por el ICNIRP después de un tiempo de exposición comprendido entre algunos segundos, en el caso de los LED azules de alta potencia, hasta varias decenas de segundos en el caso de los LED blancos fríos de alta potencia. Como consecuencia, no se puede descuidar el potencial de toxicidad de algunos componentes LED a corta distancia. No obstante, cuando la distancia de visualización se aumenta a un metro, el tiempo de exposición máximo permisible aumenta rápidamente a algunos miles de segundos, hasta algunas decenas de miles de segundos. Estos tiempos de exposición muy largos suministran un margen de seguridad razonable que nos permite afirmar que no hay prácticamente ningún daño posible que la luz azul pueda ocasionar a la retina por los LED en distancias de visión más largas (afirmación válida para los LED recientes en el momento de la escritura de este artículo).
Varias clases de productos y aplicaciones basadas en LED desnudos o LED cubiertos con lentes de enfoque (colimador) se encuentran directamente en el caso de un alto nivel de exposición potencial a la luz azul de la retina cuando la distancia de visión puede ser corta.
Solo algunos ejemplos a continuación:
• Las pruebas y ajustes que llevan a cabo los operarios en las instalaciones de fabricación de los LED azules y blancos fríos de alta potencia así como los instaladores.
• Los juguetes, que utilizan LED, dado que el mayor nivel de transparencia del cristalino de los niños los hace más propensos a una mayor exposición retiniana de luz azul.
• Los faros LED de día en los coches cuando estos son accionados cerca de los niños u otros sujetos sensibles.
• Algunos tipos de lámparas direccionales de LED vendidas para aplicaciones domésticas. Estas lámparas pueden utilizarse desde distancias tan cortas como 200 mm.

FIG. 2 La curva azul representa el espectro de emisiones típico de un LED blanco. El pico azul alcanza su valor máximo a aproximadamente unos 435 nm, y corresponde a la luz primaria generada por la propia
estructura semiconductora del LED (chip de LED).
El pico secundario alcanza su valor máximo a 550 nm (color amarillo), y es la luz secundaria que los luminóforos emiten al ser excitados por la luz azul (fluorescencia). La combinación de la luz azul directa y la luz secundaria de color amarillo/rojo produce el color blanco.
La curva roja es un trazado de la función de fototoxicidad retiniana de la luz azul. Alcanza su valor máximo en longitudes de onda que corresponden al pico de luz azul emitido por los LED.

Las conclusiones que se aplican a los componentes aislados de los LED o los módulos de LED no se pueden aplicar a todas las aplicaciones SSL, porque la seguridad fotobiológica de un producto final SSL debe ser evaluada independientemente de sus componentes LED. De hecho, el valor LB de un producto SSL es generalmente muy distinto del valor LB de los componentes LED que utiliza. Por ejemplo, se puede obtener un LB superior con una lámpara que utiliza todo un conjunto de LED con un LB bajo. Por el contrario, se puede obtener un LB inferior con una lámpara a la que se le coloca un difusor delante de un LED con un LB elevado.
En el caso de todos los LED y los productos que utilizan LED, se debe llevar a cabo una evaluación de riesgos para determinar si se están superando o no los límites (MPE) en las condiciones de utilización.
Esta evaluación de riesgos se puede llevar a cabo en laboratorios de pruebas especializados en la fotometría de fuentes de luz como el CSTB 5 y el LNE 6 en Francia.
La herramienta principal utilizada para llevar a cabo evaluaciones de riesgos fotobiológicos es la publicación CIE 7 S009 cuyo contenido fue plasmado en una norma internacional (IEC 62471) así como otras normas nacionales (IESNA RP27, JIS C8159, etc.).

LA NORMA SOBRE SEGURIDAD FOTOBIOLÓGICA IEC 62471
Esta norma, que trata de la seguridad fotobiológica de lámparas y aparatos que utilizan lámparas, suministra un sistema de clasificación de las fuentes de luz en diferentes grupos de riesgo. La norma incluye todos los riesgos fotobiológicos que puedan afectar la piel y los ojos (riesgos térmicos y fotoquímicos) de las longitudes de onda ultravioletas hasta las infrarrojas. Se definen cuatro grupos de riesgos: Grupo de Riesgo 0 (RG 0, sin riesgo), Grupo de Riesgo 1 (RG 1, bajo riesgo), Grupo de Riesgo 2 (RG2, riesgo moderado), Grupo de Riesgo 3 (RG3, riesgo elevado).
El nivel de riesgo del grupo depende del tiempo máximo permisible de exposición (MPE) evaluado a una distancia de visualización dada.

METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN DE LOS RIESGOS
La IEC 62471 define dos criterios diferentes para determinar la distancia de visualización. Las fuentes de luz utilizadas en la iluminación en general deberían ser evaluadas a la distancia correspondiente a una iluminancia de 500 lx. Otros tipos de fuentes de luz deberían evaluarse a una distancia fija de 200 mm.
Para los componentes LED no existe ninguna ambigüedad en la distancia, ya que los componentes LED no se utilizan per se en la iluminación general. En este caso, la IEC 62471 requiere que se utilice una distancia de 200 mm. La aplicación de la técnica de medición de la IEC 62471 a 200 mm conduce a la clasificación RG2 (riesgo moderado) para algunos LED azules de alta potencia y los LED blancos fríos.
Sin embargo, la elección de la distancia de visualización según la IEC 62471 es a veces ambigua y no es realista en el contexto de las condiciones reales de utilización. Por ejemplo, mencionemos la iluminación de escenarios (teatros y salas de concierto) donde los artistas están expuestos a más de 500 lx de nivel de iluminancia.
El aplicar el criterio de los 500 lx podría subestimar la exposición, mientras que el criterio de 200 mm lo sobreestimaría ampliamente.
En una situación más habitual, las lámparas domésticas direccionales caen en el criterio de los 500 lx, lo cual corresponde a una distancia de visualización típica de algunos metros. No obstante, es más común tener distancias más cortas en una utilización doméstica, de 200 a 500 mm. Otro ejemplo es el alumbrado de la calle en el que el nivel de iluminancia es muy inferior a los 500 lx, típicamente algunas decenas de lx. El evaluar la exposición a la luz azul que emite una luminaria de la calle a la distancia que da una iluminancia de 500 lx, es claramente inadecuado. En una revisión futura de la IEC 62471 se debería incorporar una definición más precisa de la distancia con arreglo a la cual se
determina el grupo de riesgo.
Es interesante observar que la estricta aplicación de la CIE S009 y la IEC 62471 en las lámparas LED de interior y las luminarias conducen a clasificaciones RG0 y RG1, al igual que las fuentes de luz interior tradicionales (lámparas fluorescentes, incandescentes y halógenas).
No obstante, cuando se elige la distancia de visualización de 200 mm, varias campañas de medición revelan que un número pequeño de lámparas LED de interior y luminarias pertenecían a RG2, mientras que las fuentes de luz interiores tradicionales (fluorescente e incandescente) estaban
todavía en RG0 o RG1. Este resultado muestra que la tecnología LED potencialmente aumenta el riesgo de luz azul en aplicaciones domésticas mientras que la distancia de visualización no es limitada y las fuentes de luz son accesibles a los niños y a otras personas sensibles.
En el momento de la publicación, el público en general sigue estando inconsciente de los riesgos potenciales a los ojos puesto que no se aplica ningún sistema de etiquetado obligatorio en los productos SSL para los consumidores.
La noción de distancia de seguridad sería más adecuada para comunicar a los instaladores y a los usuarios, especialmente al público en general.
La distancia de seguridad de un producto SSL sería la distancia mínima en la que el grupo de riesgo por luz azul no supera el RG1. Las campañas de medición llevadas a cabo por algunos laboratorios han mostrado que la gran mayoría de las lámparas LED interiores y las luminarias tienen una distancia de seguridad de 200 mm, lo cual es compatible con la mayoría de las aplicaciones de iluminación.
Es importante observar que otras fuentes de iluminación ampliamente utilizadas, especialmente las lámparas de descarga de alta intensidad utilizadas en exteriores se encuentran en el RG2 (riesgo moderado).
No obstante, estas lámparas tienen utilizaciones claramente identificadas y solo pueden ser instaladas por profesionales que tendrían que estar conscientes de los requisitos de distancia de seguridad para limitar la exposición.

OTRAS LIMITACIONES DE LA IEC 62471 Y LA CIE S009; LA TOMA EN CONSIDERACIÓN DE PERSONAS SENSIBLES
Los límites máximos de exposición definidos por la ICNIRP y que son utilizados para definir los grupos de riesgo tanto en la IEC 62471 como en la CIE S009 no son adecuados en el caso de exposiciones repetidas a la luz azul como si fueran calculados para una exposición máxima
en un día de 8 horas. Estos no toman en consideración la posibilidad de una exposición a lo largo de toda la vida.
Ni la CIE S009 ni la IEC 62471 toman, en consideración la sensibilidad de algunos grupos de personas específicos que se caracterizan por una mayor sensibilidad a la luz visible como por ejemplo:
• Las personas que tienen condiciones oculares o dérmicas preexistentes y cuyos síntomas patológicos pueden ser desencadenados o agravados por la luz artificial.
• Los afáquicos (personas sin cristalino) y pseudoafáquicos (personas con cristalinos artificiales) que, como consecuencia de su estado, no pueden, o lo hacen de modo insuficiente, filtrar longitudes de onda cortas (especialmente la luz azul).
• Los niños.
• Las personas mayores porque sus ojos son más sensibles a las radiaciones ópticas.
Las normas fotobiológicas relativas a los sistemas de iluminación deberían extenderse para cubrir a los niños y a las personas fáquicas o pseudoafáquicas, tomando en consideración la curva de fototoxicidad correspondiente publicada por la ICNIRP en sus directrices.
Además del comprobado daño fotoquímico en la retina resultante de una exposición aguda a la luz azul, todavía hay incertidumbre sobre los efectos de la exposición crónica en dosis bajas. Dichos efectos todavía son objeto de investigación por parte de oftalmólogos, biólogos y científicos ópticos. En Francia, el proyecto RETINALED 8 investiga los efectos de la baja exposición crónica de los rumiantes a la luz emitida por los LED.
Algunas categorías de trabajadores están expuestos a altas dosis de luz artificial (tiempos largos de exposición y/o iluminancias retinianas elevadas) en sus actividades del día a día (ejemplos:
profesionales de la iluminación, artistas de escenario, etc.). Puesto que todavía no se han comprendido completamente los mecanismos que ocasionan los daños, los trabajadores expuestos deberían utilizar los medios de protección individual adecuados como una medida de precaución
(lentes que filtran la luz azul, por ejemplo).

CONCLUSIONES
Debido a sus propiedades únicas de emisión de luz, los LED se están convirtiendo en la fuente de luz dominante en este siglo.
No obstante, los riesgos que plantean estas nuevas fuentes de luz también son inherentes a sus características: alta eficacia óptica en un dispositivo pequeño (produciendo así un alto nivel de radiancia) asociado a un nivel significativo de emisiones de luz azul.
La combinación de ambos factores puede potencialmente aumentar el riesgo de daños fotoquímicos en la retina, en comparación con la lámpara incandescente y la lámpara fluorescente.
Los líderes de la industria de la iluminación están muy conscientes de la seguridad fotobiológica de sus productos. Un gran número de productos de iluminación que utilizan LED emiten ahora tonos más cálidos de luz blanca (reducción del contenido de luz azul en el espectro) o bien utilizan difusores para disminuir el deslumbramiento (reducción de la radiancia). Se ha encontrado que la mayoría de los productos de iluminación presentan bajos riesgos, o ninguno, para la población en general cuando la distancia de visualización es igual o mayor a los 200 mm.

Sin embargo, las campañas de medición realizadas por agencias independientes han señalado algunos productos de iluminación con riesgos significativamente superiores en una distancia de menos de un metro o más. Actualmente, los fabricantes de productos de iluminación no hacen ninguna mención de una «distancia de seguridad».
Por lo tanto, es imposible que el público identifique lámparas o luminarias con un nivel superior de riesgos.
La evaluación de riesgos por luz azul relacionada con los LED puede llevarse a cabo por laboratorios de pruebas que utilizan la norma IEC 62471 y que no determina de una manera perfectamente clara la
distancia de visualización que hay que considerar. Además, esta norma no toma en consideración a los grupos de personas sensibles como los niños, los afáquicos, los pseudoafáquicos y las personas mayores, a pesar del hecho de que estas personas están expuestas a niveles superiores de luz azul en la retina.
Los conocimientos actuales de los mecanismos de la fototoxicidad de la luz azul distan mucho de estar completos. Los efectos de la exposición crónica y de la baja exposición acumulada en períodos
muy largos todavía siguen siendo objeto de investigación activa.

REFERENCIAS
F. Behar-Cohen, C. Martinsons, F. Viénot, G. Zissis,
A. Barlier-Salsi, J.P. Cesarini, O. Enouf, M. Garcia,
S. Picaud, D. Attia, Light-emitting diodes (LED) for domestic lighting: Any risks for the eye?, Progress in Retinal and Eye Research, Volume 30, Issue 4, July 2011, Pages 239-257.
« Effets sanitaires des systèmes d’éclairage utilisant des diodes électroluminescentes (LED) », Saisine n°2008-SA-0408, Rapport d’expertise collective de l’Agence Nationale de Sécurité Sanitaire de l’Alimentation, de l’Environnement et du Travail (ANSES), www.anses.fr “Health Effects of Artificial Light”, Opinion of the Scientific Committee on Emerging and Newly Identified Health Risks (SCENIHR), European Commission, March 2012, ISSN 1831-4783, http://ec.europa.eu/health/scientific_committees/policy/index_en.htm
EN 62471, European Standard, “Photobiological Safety of Lamps and Lamp Systems”, 2008.
8 El INSERM, CSTB y ENVA llevan a cabo el proyecto RETINALED, con el apoyo de la ADEME (Agencia Francesa del Medio Ambiente y Gestión de la Energía).

BIOGRAFIA
Christophe Martinsons obtuvo su Doctorado (Ph.D) de Física de la Universidad de Reims Champagne-Ardenne en 1998.
Hasta el año 2000, ocupó el puesto de investigador científico en el Laboratorio Nacional de Física. De 2000 a 2007, trabajó en el área de la automatización doméstica para el Grupo HAGER.
En 2007, se incorporó a CSTB para dirigir la división de Iluminación, Electricidad y Electromagnetismo.
Actualmente dirige investigaciones y consultorías en el área de la iluminación artificial combinada con la luz natural para la promoción de la eficiencia energética en edificios a la vez de que se suministran las mejores condiciones de comodidad visual para los usuarios. El enfoque que él ha desarrollado en torno a la iluminación se ha incorporado en el nuevo código energético de la construcción francesa (RT 2012).
En los últimos cuatro años, Christophe Martinsons ha venido dirigiendo campañas de medición en laboratorio para agencias gubernamentales francesas, trabajando también en estudios independientes sobre los aspectos medioambientales y sanitarios de la iluminación sólida y los LED.