Kako LED diode utječu na vid?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-16 16:06

U članku se razmatraju uvjeti za stvaranje viška doze plave svjetlosti pod LED rasvjetom. Pokazano je da procjene fotobiološke sigurnosti, provedene u skladu s GOST R IEC 62471-2013, trebaju biti razjašnjene uzimajući u obzir promjenu promjera zjenice oka pod LED rasvjetom i prostornu raspodjelu svjetlosti. -upijajući pigment plave svjetlosti (460 nm) u makuli mrežnice.

Prikazani su metodološki principi izračunavanja viška doze plave svjetlosti u spektru LED rasvjete u odnosu na sunčevu svjetlost. Naznačeno je da se danas u SAD-u i Japanu koncept LED rasvjete mijenja i stvaraju se LED diode bijele svjetlosti koje smanjuju rizike od oštećenja zdravlja ljudi. Posebno se u Sjedinjenim Državama ovaj koncept ne proteže samo na opću rasvjetu, već i na računalne monitore i farove automobila.

Danas se LED rasvjeta sve više uvodi u škole, vrtiće i zdravstvene ustanove. Za procjenu fotobiološke sigurnosti LED svjetiljki, GOST R IEC 62471-2013 „Svjetiljke i sustavi svjetiljki. Fotobiološka sigurnost". Pripremio ga je Državno jedinstveno poduzeće Republike Mordovije „Znanstveno-istraživački institut za izvore svjetlosti po imenu A. N. Lodygin "(Državno jedinstveno poduzeće Republike Mordovije NIIIS nazvano po AN Lodyginu") na temelju vlastitog autentičnog prijevoda na ruski međunarodnog standarda IEC 62471: 2006 "Fotobiološka sigurnost svjetiljki i sustava svjetiljki" (IEC 62471: 2006 "Fotobiološka sigurnost svjetiljki i sustava svjetiljki ") i identična mu je (vidi točku 4. GOST R IEC 62471-2013).

Takav prijenos standardne implementacije sugerira da Rusija nema vlastitu stručnu školu za fotobiološku sigurnost. Procjena fotobiološke sigurnosti iznimno je važna za osiguranje sigurnosti djece (generacije) i smanjenje prijetnji nacionalnoj sigurnosti.

Komparativna analiza solarne i umjetne rasvjete

Procjena fotobiološke sigurnosti izvora svjetlosti temelji se na teoriji rizika i metodologiji za kvantificiranje graničnih vrijednosti izloženosti opasnoj plavoj svjetlosti na mrežnici. Granične vrijednosti pokazatelja fotobiološke sigurnosti izračunate su za navedenu granicu ekspozicije promjera zjenice od 3 mm (površina zjenice od 7 mm2). Za ove vrijednosti promjera zjenice oka određuju se vrijednosti funkcije B (λ) - ponderirane spektralne funkcije opasnosti od plave svjetlosti, čiji maksimum pada na raspon spektralnog zračenja od 435-440 nm.

Teorija rizika od negativnih utjecaja svjetlosti i metodologija za proračun fotobiološke sigurnosti razvijena je na temelju temeljnih članaka utemeljitelja fotobiološke sigurnosti umjetnih izvora svjetlosti, dr. Davida H. Slineya.

David H. Sliney je dugi niz godina služio kao voditelj odjela u Centru za promicanje zdravlja i preventivnu medicinu američke vojske i vodio je projekte fotobiološke sigurnosti. Godine 2007. završio je službu i otišao u mirovinu. Njegovi znanstveni interesi usmjereni su na teme vezane uz izloženost očiju UV zrakama, lasersko zračenje i interakcije tkiva, opasnosti od lasera te korištenje lasera u medicini i kirurgiji. David Sleeney bio je član, konzultant i predsjednik brojnih komisija i institucija koje su razvile sigurnosne standarde za zaštitu od neionizirajućeg zračenja, posebice lasera i drugih izvora optičkog zračenja visokog intenziteta (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO, NCRP i ICNIRP). Koautor je The Safety Handbook with Lasers and Other Optical Sources, New York, 1980. Od 2008. do 2009. dr. David Sleeney bio je predsjednik Američkog društva za fotobiologiju.

Temeljna načela koju je razvio David Sleeney leže u osnovi moderne metodologije fotobiološke sigurnosti umjetnih izvora svjetlosti. Ovaj metodološki obrazac automatski se prenosi na LED izvore svjetla. Podigao je veliku galaksiju sljedbenika i studenata koji nastavljaju širiti ovu metodologiju na LED rasvjetu. U svojim tekstovima pokušavaju opravdati i promovirati LED rasvjetu kroz klasifikaciju rizika.

Njihov rad podržavaju Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia i drugi proizvođači LED rasvjete. Trenutno područje intenzivnog istraživanja i analize mogućnosti (i ograničenja) u području LED rasvjete uključuje:

• vladine agencije kao što su Ministarstvo energetike SAD-a, Ministarstvo energetike RF;

• javne organizacije kao što su Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), Alliance for Solid-State Illumination and Technologies (ASSIST), International Dark-Sky Assosiation (IDA) i NP PSS RF;

• najveći proizvođači Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia i

Ruski proizvođači Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• kao i niz istraživačkih instituta, sveučilišta, laboratorija: Centar za istraživanje rasvjete na Politehničkom institutu Rensselaer (LRC RPI), Nacionalni institut za standarde i tehnologiju (NIST), Američki nacionalni institut za standarde (ANSI), kao i NIIIS im. AN Lodygin , VNISI im. SI. Vavilov.

Sa stajališta određivanja viška doze plave svjetlosti zanimljiv je rad „Optička sigurnosna LED rasvjeta“(CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA position paper optička sigurnosna LED rasvjeta_Final_srpanj 2011.). Ovo europsko izvješće uspoređuje spektre sunčeve svjetlosti s umjetnim izvorima svjetlosti (žarulje sa žarnom niti, fluorescentne i LED žarulje) u skladu sa zahtjevom EN 62471. Kroz prizmu suvremene paradigme higijenske procjene, razmotrite podatke iznesene u ovom europskom izvješću kako biste odredili višak plave svjetlosti u spektru LED bijelog izvora svjetlosti. Na sl. Slika 1 prikazuje spektralni uzorak LED bijelog svjetla, koji se sastoji od kristala koji emitira plavo svjetlo i žutog fosfora kojim je obložen kako bi se proizvela bijela svjetlost.

Na sl. 1. Također su naznačene referentne točke na koje bi higijeničar trebao obratiti pažnju kada analizira spektar svjetlosti iz bilo kojeg izvora. S ove točke gledišta, razmotrite spektre sunčeve svjetlosti (slika 2).

Slika pokazuje da se u rasponu temperature boje od 4000 K do 6500 K promatraju uvjeti "melanopsin križa". U energetskom spektru svjetlosti, amplituda (A) na 480 nm uvijek mora biti veća od amplitude na 460 nm i 450 nm.

U isto vrijeme, doza plave svjetlosti 460 nm u spektru sunčeve svjetlosti s temperaturom boje od 6500 K je 40% veća od doze sunčeve svjetlosti s temperaturom boje od 4000 K.

Učinak "melanopsin križa" jasno je vidljiv iz usporedbe spektra žarulja sa žarnom niti i LED žarulja s temperaturom boje od 3000 K (slika 3.).

Višak udjela plave svjetlosti u spektru LED spektra u odnosu na udio plave svjetlosti u spektru žarulje sa žarnom niti prelazi više od 55%.

Uzimajući u obzir navedeno, usporedimo sunčevu svjetlost na Tc = 6500 K (6500 K je granična temperatura boje za mrežnicu prema Davidu Sleaneyju, a prema sanitarnim standardima manja od 6000 K) sa spektrom žarulje sa žarnom niti Tc = 2700 K i spektar LED žarulje s Tc = 4200 K pri osvjetljenosti od 500 luksa. (slika 4).

Slika prikazuje sljedeće:

- LED lampa (Tc = 4200 K) ima emisiju za 460 nm više od sunčeve svjetlosti (6500 K);

- u spektru svjetla LED lampe (Tc = 4200 K), pad na 480 nm je za red veličine (10 puta) veći nego u spektru sunčeve svjetlosti (6500 K);

- u spektru svjetlosti LED žarulje (Tc = 4200 K) pad je 480 nm nekoliko puta veći nego u spektru svjetla žarulje sa žarnom niti (Tc = 2700 K).

Poznato je da pod LED osvjetljenjem promjer zjenice oka prelazi granične vrijednosti - 3 mm (površina 7 mm2) prema GOST R IEC 62471-2013 „Svjetiljke i sustavi svjetiljki. Fotobiološka sigurnost.

Iz podataka prikazanih na slici 2. može se vidjeti da je doza plave svjetlosti od 460 nm u spektru sunčeve svjetlosti za temperaturu boje od 4000 K mnogo manja od doze plave svjetlosti od 460 nm u spektru sunčeve svjetlosti pri temperatura boje od 6500 K.

Iz ovoga proizlazi da će doza plave svjetlosti od 460 nm u spektru LED rasvjete s temperaturom boje od 4200 K značajno (za 40%) premašiti dozu od 460 nm plave svjetlosti u spektru sunčeve svjetlosti s temperaturom boje od 4000 K pri istoj razini osvjetljenja.

Ova razlika između doza je višak doze plave svjetlosti pod LED rasvjetom u odnosu na sunčevu svjetlost s istom temperaturom boje i zadanom razinom osvjetljenja. Ali ovu dozu treba nadopuniti dozom plave svjetlosti zbog efekta neadekvatne kontrole zjenice u uvjetima LED osvjetljenja, uzimajući u obzir neravnomjernu raspodjelu pigmenata koji apsorbiraju plavo svjetlo od 460 nm po volumenu i površini. Riječ je o prekomjernoj dozi plave svjetlosti koja dovodi do ubrzanja degradacijskih procesa koji povećavaju rizik od ranog oštećenja vida u usporedbi sa sunčevom svjetlošću, pri svim ostalim jednakim uvjetima (dana razina osvjetljenja, temperatura boje i učinkovit rad makularne retine)., itd.)

Fiziološke značajke strukture oka koje utječu na sigurnu percepciju svjetlosti

Zaštitni krug mrežnice formiran je na sunčevoj svjetlosti. Sa spektrom sunčeve svjetlosti postoji adekvatna kontrola promjera zjenice oka za zatvaranje, što dovodi do smanjenja doze sunčeve svjetlosti koja dopire do stanica mrežnice. Promjer zjenice kod odrasle osobe varira od 1,5 do 8 mm, što osigurava promjenu intenziteta svjetlosti koja upada na mrežnicu za oko 30 puta.

Smanjenje promjera zjenice oka dovodi do smanjenja područja svjetlosne projekcije slike, koja ne prelazi područje "žute mrlje" u središtu mrežnice. Zaštitu stanica retine od plave svjetlosti provodi makularni pigment (s maksimumom apsorpcije od 460 nm) čije nastajanje ima svoju evolucijsku povijest.

U novorođenčadi, područje makule je svijetložute boje s nejasnim konturama.

Od tri mjeseca starosti pojavljuje se makularni refleks i smanjuje se intenzitet žute boje.

Do godine dana se utvrđuje foveolarni refleks, središte postaje tamnije.

U dobi od tri do pet godina, žućkasti ton makularnog područja gotovo se spaja s ružičastim ili crvenim tonom središnjeg područja mrežnice.

Makularno područje u djece od 7-10 godina i starije, kao i kod odraslih, određeno je avaskularnim središnjim područjem mrežnice i refleksima svjetlosti. Koncept "makularne točke" nastao je kao rezultat makroskopskog pregleda kadaveričnih očiju. Na planarnim preparatima mrežnice vidljiva je mala žuta mrlja. Dugo vremena nije bio poznat kemijski sastav pigmenta koji boji ovo područje mrežnice.

Trenutno su izolirana dva pigmenta - lutein i izomer luteina zeaksantin, koji se nazivaju makularni pigment, odnosno makularni pigment. Razina luteina veća je na mjestima s većom koncentracijom štapića, razina zeaksantina viša je na mjestima veće koncentracije češera. Lutein i zeaksantin pripadaju obitelji karotenoida, skupini prirodnih biljnih pigmenata. Vjeruje se da lutein ima dvije važne funkcije: prvo, apsorbira plavo svjetlo koje je štetno za oči; drugo, antioksidans je, blokira i uklanja reaktivne vrste kisika nastale pod utjecajem svjetlosti. Sadržaj luteina i zeaksantina u makuli je neravnomjerno raspoređen po području (maksimalno u sredini, a nekoliko puta manje na rubovima), što znači da je zaštita od plave svjetlosti (460 nm) minimalna na rubovima. S godinama se količina pigmenata smanjuje, oni se ne sintetiziraju u tijelu, mogu se dobiti samo iz hrane, pa o kvaliteti prehrane ovisi ukupna učinkovitost zaštite od plavog svjetla u središtu makule.

Učinak neadekvatne kontrole zjenica

Na sl. 5. je opća shema za usporedbu projekcija svjetlosne točke halogene žarulje (spektar je blizak sunčevom spektru) i LED žarulje. Kod LED svjetla, područje osvjetljenja je veće nego kod halogenih svjetiljki.

Razlika u dodijeljenim područjima osvjetljenja koristi se za izračunavanje dodatne doze plave svjetlosti od učinka neadekvatne kontrole zjenice u uvjetima LED osvjetljenja, uzimajući u obzir neravnomjernu raspodjelu pigmenata koji apsorbiraju 460 nm plavo svjetlo po volumenu i površini. Ova kvalitativna procjena viška udjela plave svjetlosti u spektru bijelih LED dioda može postati metodološka osnova za kvantitativne procjene u budućnosti. Iako je iz ovoga jasna tehnička odluka o potrebi popunjavanja praznine u području od 480 nm do razine eliminacije učinka "melanopsin križanja". Ovo rješenje formalizirano je u obliku izumiteljske potvrde (LED bijeli izvor svjetla s kombiniranim daljinskim fotoluminiscentnim konvektorom. Patent br. 2502917 od 30.12.2011.). To osigurava prioritet Rusije na području stvaranja LED bijelog izvora svjetlosti s biološki primjerenim spektrom.

Nažalost, stručnjaci Ministarstva industrije i trgovine Ruske Federacije ne pozdravljaju ovaj smjer, što je razlog da se ne financiraju radovi u tom smjeru, koji se ne tiče samo opće rasvjete (škole, rodilišta, itd.), već također pozadinsko osvjetljenje monitora i farova automobila.

Kod LED rasvjete dolazi do neadekvatne kontrole promjera zjenice oka, što stvara uvjete za dobivanje viška doze plave svjetlosti, što negativno utječe na stanice mrežnice (ganglijske stanice) i njezine žile. Negativan učinak suvišne doze plave svjetlosti na ove strukture potvrđen je radom Instituta za biokemijsku fiziku. N. M. Emanuel RAS i FANO.

Gore navedeni učinci neadekvatne kontrole promjera zjenice oka odnose se na fluorescentne i štedne svjetiljke (slika 6.). Istovremeno je povećan udio UV svjetla na 435 nm ("Optička sigurnost LED rasvjete" CELMA ‐ ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA pozicijski papir optička sigurnost LED rasvjete_Final_srpanj 2011.)).

Tijekom eksperimenata i mjerenja provedenih u američkim školama, kao iu ruskim školama (Istraživački institut za higijenu i zdravstvenu zaštitu djece i adolescenata, SCCH RAMS), ustanovljeno je da sa smanjenjem korelirane temperature boje umjetnih izvora svjetlosti povećava se promjer zjenice oka, što stvara preduvjete za negativno izlaganje plavoj svjetlosti stanica i krvnih žila mrežnice. S povećanjem korelirane temperature boje umjetnih izvora svjetlosti, promjer zjenice oka se smanjuje, ali ne dostiže vrijednosti promjera zjenice na sunčevoj svjetlosti.

Prekomjerna doza UV plave svjetlosti dovodi do ubrzanja procesa razgradnje koji povećavaju rizik od ranog oštećenja vida u usporedbi sa sunčevom svjetlošću, pod uvjetom da su sve ostale jednake.

Povećana doza plave boje u spektru LED rasvjete utječe na zdravlje ljudi i funkcioniranje vizualnog analizatora, što povećava rizik od invaliditeta vida i zdravlja u radnoj dobi.

Koncept stvaranja poluvodičkih izvora svjetlosti s biološki adekvatnom svjetlošću

Za razliku od konzervativnosti stručnjaka iz Ministarstva industrije i trgovine Ruske Federacije i Inovacijskog centra Skolkovo, koncept stvaranja poluvodičkih izvora bijele svjetlosti s biološki adekvatnom svjetlošću koju kultiviraju autori članka dobiva pristaše diljem svijeta. svijet. Na primjer, u Japanu je Toshiba Material Co., LTD stvorila LED diode koristeći TRI-R tehnologiju (slika 7).

Takva kombinacija ljubičastih kristala i fosfora omogućuje sintetiziranje LED dioda sa spektrom bliskim spektru sunčeve svjetlosti s različitim temperaturama boje, te otklanjanje navedenih nedostataka u LED spektru (plavi kristal obložen žutim fosforom).

Na sl. osam.predstavlja usporedbu spektra sunčeve svjetlosti (TK = 6500 K) sa spektrima LED dioda korištenjem TRI-R tehnologije i tehnologije (plavi kristal presvučen žutim fosforom).

Iz analize prikazanih podataka vidljivo je da je u spektru bijelog svjetla LED dioda korištenjem TRI-R tehnologije eliminiran jaz na 480 nm i nema viška plave doze.

Dakle, provođenje istraživanja za utvrđivanje mehanizama utjecaja svjetlosti određenog spektra na ljudsko zdravlje je državni zadatak. Zanemarivanje ovih mehanizama dovodi do milijardi dolara troškova.

zaključke

Sanitarna pravila bilježe norme iz rasvjetnotehničkih normativnih dokumenata, prevođenjem europskih normi. Ove standarde formiraju stručnjaci koji nisu uvijek neovisni i provode vlastitu nacionalnu tehničku politiku (nacionalno poslovanje), koja se često ne podudara s nacionalnom tehničkom politikom Rusije.

Kod LED rasvjete dolazi do neadekvatne kontrole promjera zjenice oka, što dovodi u sumnju ispravnost fotobioloških procjena prema GOST R IEC 62471-2013.

Država ne financira napredna istraživanja o utjecaju tehnologije na zdravlje ljudi, zbog čega su higijeničari primorani prilagođavati norme i zahtjeve tehnologijama koje promovira posao transfera tehnologije.

Tehnička rješenja za razvoj LED svjetiljki i PC ekrana trebaju voditi računa o sigurnosti očiju i zdravlja ljudi, poduzeti mjere za otklanjanje efekta "melanopsinskog križa", koji se javlja kod svih trenutno postojećih štedljivih izvora svjetlosti i pozadinskog osvjetljenja. uređaja za prikaz informacija.

Pod LED rasvjetom s bijelim LED diodama (plavi kristal i žuti fosfor), koje imaju prazninu u spektru na 480 nm, postoji neadekvatna kontrola promjera očne zjenice.

Za rodilišta, dječje ustanove i škole potrebno je razviti svjetiljke s biološki primjerenim spektrom svjetlosti, uzimajući u obzir karakteristike dječjeg vida i podvrgnuti obveznom higijenskom certificiranju.

Kratki zaključci urednika:

1. LED diode emitiraju vrlo jako u plavoj i blizu UV regijama i vrlo slabo u plavoj boji.

2. Oko "mjeri" svjetlinu kako bi suzilo zjenicu za razinu ne plave, već plave boje, koje praktički nema u spektru bijele LED diode, dakle oko "misli" da je tamno i otvara zjenicu šire, što dovodi do toga da mrežnica prima višestruko više svjetla (plave i UV) nego kad je obasjana suncem, a to svjetlo "izgara" stanice oka osjetljive na svjetlost.

3. U ovom slučaju, višak plave svjetlosti u oku dovodi do pogoršanja jasnoće slike. na mrežnici nastaje slika s aureolom.

4. Dječje oko je za red veličine transparentnije do plave boje od onog kod starijih osoba, stoga je proces "izgaranja" kod djece višestruko intenzivniji.

5. I ne zaboravite da LED diode nisu samo rasvjeta, već sada gotovo svi ekrani.

Ako damo još jednu sliku, onda je oštećenje oka od LED dioda slično sljepoći u planinama, koja nastaje od refleksije UV zraka od snijega i opasnija je samo po oblačnom vremenu.

Postavlja se pitanje, što učiniti onima koji već imaju LED rasvjetu, kao i obično, od LED-a nepoznatog porijekla?

Padaju mi na pamet dvije opcije:

1. Dodajte dodatno plavo svjetlo (480nm) osvjetljenje.

2. Stavite žuti filter na lampe.

Više mi se sviđa prva opcija, jer u prodaji su plave (svijetloplave) LED trake sa 475nm zračenjem. Kako možete provjeriti koja je stvarna valna duljina?

Druga opcija će "pojesti" dio svjetla i svjetiljka će biti prigušena, a, osim toga, također je nepoznato koji ćemo dio plave boje ukloniti.