Kako LED vplivajo na vid?

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Članek obravnava pogoje za nastanek presežne doze modre svetlobe pri LED osvetlitvi. Pokazalo se je, da je treba ocene fotobiološke varnosti, izvedene v skladu z GOST R IEC 62471-2013, pojasniti ob upoštevanju spremembe premera zenice pri LED osvetlitvi in prostorske porazdelitve svetlobe. - absorbirajoči pigment modre svetlobe (460 nm) v makuli mrežnice.

Predstavljeni so metodološki principi izračunavanja presežne doze modre svetlobe v spektru LED osvetlitve glede na sončno svetlobo. Navedeno je, da se danes v ZDA in na Japonskem spreminja koncept LED razsvetljave in ustvarjajo bele luči LED, ki zmanjšujejo tveganje škode za zdravje ljudi. Zlasti v Združenih državah se ta koncept ne razširi le na splošno razsvetljavo, temveč tudi na računalniške monitorje in avtomobilske žaromete.

V današnjem času se LED razsvetljava vse bolj uvaja v šole, vrtce in zdravstvene ustanove. Za oceno fotobiološke varnosti LED svetilk je GOST R IEC 62471-2013 "Svetilke in sistemi svetilk. Fotobiološka varnost". Pripravilo ga je Državno enotno podjetje Republike Mordovije "Znanstveno-raziskovalni inštitut za svetlobne vire po imenu A. N. Lodygin "(Državno enotno podjetje Republike Mordovije NIIIS po imenu AN Lodygin") na podlagi lastnega verodostojnega prevoda v ruski jezik mednarodnega standarda IEC 62471: 2006 "Fotobiološka varnost svetilk in sistemov svetilk" (IEC 62471: 2006 "Fotobiološka varnost svetilk in sistemov svetilk") in je enak ji (glej klavzulo 4. GOST R IEC 62471-2013).

Takšen prenos standardne izvedbe nakazuje, da Rusija nima lastne strokovne šole za fotobiološko varnost. Ocena fotobiološke varnosti je izjemno pomembna za zagotavljanje varnosti otrok (generacije) in zmanjševanja ogroženosti nacionalne varnosti.

Primerjalna analiza sončne in umetne razsvetljave

Ocena fotobiološke varnosti svetlobnega vira temelji na teoriji tveganj in metodologiji za kvantificiranje mejnih vrednosti izpostavljenosti nevarni modri svetlobi na mrežnici. Mejne vrednosti kazalnikov fotobiološke varnosti so izračunane za določeno mejo izpostavljenosti premera zenice 3 mm (površina zenice 7 mm2). Za te vrednosti premera očesne zenice se določijo vrednosti funkcije B (λ) - tehtane spektralne funkcije nevarnosti modre svetlobe, katere maksimum pade na območje spektralnega sevanja 435-440 nm.

Teorija tveganj negativnih učinkov svetlobe in metodologija za izračun fotobiološke varnosti je bila razvita na podlagi temeljnih člankov utemeljitelja fotobiološke varnosti umetnih svetlobnih virov, dr. Davida H. Slineya.

David H. Sliney je vrsto let služil kot vodja oddelka v Centru ameriške vojske za promocijo zdravja in preventivno medicino in je vodil projekte fotobiološke varnosti. Leta 2007 je končal službo in se upokojil. Njegovi raziskovalni interesi se osredotočajo na teme, povezane z izpostavljenostjo oči UV žarkom, laserskim sevanjem in interakcijam s tkivi, nevarnostmi laserja ter uporabo laserjev v medicini in kirurgiji. David Sleeney je bil član, svetovalec in predsednik številnih komisij in institucij, ki so razvile varnostne standarde za zaščito pred neionizirajočim sevanjem, zlasti laserji in drugimi visoko intenzivnimi viri optičnega sevanja (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO, NCRP in ICNIRP). Bil je soavtor The Safety Handbook with Lasers and Other Optical Sources, New York, 1980. Od leta 2008 do 2009 je dr. David Sleeney služil kot predsednik Ameriškega združenja za fotobiologijo.

Temeljna načela, ki jih je razvil David Sleeney, so osnova sodobne metodologije za fotobiološko varnost umetnih virov svetlobe. Ta metodološki vzorec se samodejno prenese na LED svetlobne vire. Zbral je veliko galaksijo privržencev in študentov, ki to metodologijo še naprej širijo na LED osvetlitev. V svojih pisanjih skušajo upravičiti in promovirati LED razsvetljavo skozi klasifikacijo tveganj.

Njihovo delo podpirajo Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia in drugi proizvajalci LED luči. Trenutno področje intenzivnega raziskovanja in analize možnosti (in omejitev) na področju LED razsvetljave vključuje:

• vladne agencije, kot so Ministrstvo za energijo ZDA, Ministrstvo za energijo Ruske federacije;

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

• največji proizvajalci Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia in

Ruski proizvajalci Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• kot tudi številni raziskovalni inštituti, univerze, laboratoriji: Lighting Research Center na Rensselaer Polytechnic Institute (LRC RPI), National Institute of Standards and Technology (NIST), American National Standard Institute (ANSI), kot tudi NIIIS im. AN Lodygin , VNISI im. S. I. Vavilov.

Z vidika ugotavljanja presežne doze modre svetlobe je zanimivo delo »Optična varnostna LED osvetlitev« (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA position paper optical safe LED lighting_Final_julij2011). To evropsko poročilo primerja spektre sončne svetlobe z umetnimi viri svetlobe (žarnice z žarilno nitko, fluorescenčne in LED sijalke) v skladu z zahtevo EN 62471. Skozi prizmo sodobne paradigme higienskega ocenjevanja upoštevajte podatke, predstavljene v tem evropskem poročilu, da bi ugotovili presežni delež modre svetlobe v spektru vira bele LED svetlobe. Na sl. 1 prikazuje spektralni vzorec LED bele svetlobe, ki je sestavljen iz kristala, ki oddaja modro svetlobo, in rumenega fosforja, s katerim je prevlečena, da proizvaja belo svetlobo.

Na sl. 1. Navedene so tudi referenčne točke, na katere mora biti higienik pozoren pri analizi spektra svetlobe iz katerega koli vira. S tega vidika upoštevajte spektre sončne svetlobe (slika 2).

Slika prikazuje, da se v območju barvne temperature od 4000 K do 6500 K opazijo pogoji "melanopsin križa". V energijskem spektru svetlobe mora biti amplituda (A) pri 480 nm vedno večja od amplitude pri 460 nm in 450 nm.

Hkrati je doza modre svetlobe 460 nm v spektru sončne svetlobe z barvno temperaturo 6500 K za 40 % višja kot pri sončni svetlobi z barvno temperaturo 4000 K.

Učinek "melanopsinskega križa" je jasno viden iz primerjave spektrov žarnic z žarilno nitko in LED žarnic z barvno temperaturo 3000 K (slika 3).

Presežni delež modre svetlobe v spektru LED spektra glede na delež modre svetlobe v spektru žarnice presega več kot 55 %.

Glede na navedeno primerjajmo sončno svetlobo pri Tc = 6500 K (6500 K je mejna barvna temperatura za mrežnico po Davidu Sleaneyju, po sanitarnih standardih pa manj kot 6000 K) s spektrom žarnice Tc = 2700 K in spekter LED sijalke s Tc = 4200 K pri stopnji osvetlitve 500 luksov. (slika 4).

Slika prikazuje naslednje:

- LED žarnica (Tc = 4200 K) ima emisijo 460 nm več kot sončna svetloba (6500 K);

- v spektru svetlobe LED žarnice (Tc = 4200 K) je padec pri 480 nm za red velikosti (10-krat) večji kot v spektru sončne svetlobe (6500 K);

- v svetlobnem spektru LED sijalke (Tc = 4200 K) je padec 480 nm nekajkrat večji kot v svetlobnem spektru žarnice (Tc = 2700 K).

Znano je, da pri LED osvetlitvi premer očesne zenice presega mejne vrednosti - 3 mm (površina 7 mm2) v skladu z GOST R IEC 62471-2013 "Svetilke in sistemi svetilk. Fotobiološka varnost".

Iz podatkov, prikazanih na sliki 2, je razvidno, da je doza 460 nm modre svetlobe v spektru sončne svetlobe za barvno temperaturo 4000 K veliko manjša od doze 460 nm modre svetlobe v spektru sončne svetlobe pri barvna temperatura 6500 K.

Iz tega sledi, da bo doza 460 nm modre svetlobe v spektru LED osvetlitve z barvno temperaturo 4200 K znatno (za 40 %) presegla dozo 460 nm modre svetlobe v spektru sončne svetlobe z barvno temperaturo 4000 K pri enaki stopnji osvetlitve.

Ta razlika med odmerki je presežna doza modre svetlobe pod LED osvetlitvijo glede na sončno svetlobo z enako barvno temperaturo in dano stopnjo osvetlitve. Toda ta odmerek je treba dopolniti z dozo modre svetlobe zaradi učinka neustreznega nadzora zenice v svetlobnih pogojih LED, pri čemer je treba upoštevati neenakomerno porazdelitev pigmentov, ki absorbirajo 460 nm modro svetlobo po prostornini in površini. Gre za prevelik odmerek modre svetlobe, ki vodi v pospeševanje procesov razgradnje, ki v primerjavi s sončno svetlobo povečajo tveganje za zgodnjo okvaro vida, če so vse druge enake (dana raven osvetlitve, barvna temperatura in učinkovito delovanje makularne mrežnice)., itd.)

Fiziološke značilnosti strukture očesa, ki vplivajo na varno zaznavanje svetlobe

Zaščitno vezje mrežnice je nastalo na sončni svetlobi. S spektrom sončne svetlobe obstaja ustrezen nadzor premera zenice, ki se zapre, kar vodi do zmanjšanja doze sončne svetlobe, ki doseže celice mrežnice. Premer zenice pri odraslem se giblje od 1,5 do 8 mm, kar zagotavlja spremembo intenzivnosti svetlobe, ki pada na mrežnico, za približno 30-krat.

Zmanjšanje premera zenice vodi do zmanjšanja območja svetlobne projekcije slike, ki ne presega območja "rumene pege" v središču mrežnice. Zaščito celic mrežnice pred modro svetlobo izvaja makularni pigment (z maksimumom absorpcije 460 nm), katerega nastanek ima svojo evolucijsko zgodovino.

Pri novorojenčkih je območje makule svetlo rumene barve z nejasnimi konturami.

Od treh mesecev starosti se pojavi makularni refleks in intenzivnost rumene barve se zmanjša.

Do enega leta se določi foveolarni refleks, središče postane temnejše.

Do starosti treh do petih let se rumenkast ton makularnega območja skoraj združi z rožnatim ali rdečim tonom osrednjega območja mrežnice.

Makularno območje pri otrocih, starih 7-10 let in več, tako kot pri odraslih, je določeno z avaskularnim osrednjim območjem mrežnice in svetlobnimi refleksi. Koncept "makularne pege" se je pojavil kot posledica makroskopskega pregleda kadaveričnih oči. Na ravninskih pripravkih mrežnice je vidna majhna rumena lisa. Dolgo časa je bila kemična sestava pigmenta, ki obarva to področje mrežnice, neznana.

Trenutno sta izolirana dva pigmenta - lutein in izomer luteina zeaksantin, ki ju imenujemo makularni pigment ali makularni pigment. Nivo luteina je višji na mestih z večjo koncentracijo palčk, nivo zeaksantina je višji na mestih z večjo koncentracijo storžkov. Lutein in zeaksantin spadata v družino karotenoidov, skupino naravnih rastlinskih pigmentov. Verjame se, da ima lutein dve pomembni funkciji: prvič, absorbira modro svetlobo, ki je škodljiva za oči; drugič, je antioksidant, blokira in odstranjuje reaktivne kisikove vrste, ki nastanejo pod vplivom svetlobe. Vsebnost luteina in zeaksantina v makuli je neenakomerno razporejena po površini (največ v sredini, nekajkrat manj pa na robovih), kar pomeni, da je zaščita pred modro svetlobo (460 nm) na robovih minimalna. S starostjo se količina pigmentov zmanjšuje, v telesu se ne sintetizirajo, pridobimo jih lahko le s hrano, zato je splošna učinkovitost zaščite pred modro svetlobo v središču makule odvisna od kakovosti prehrane.

Učinek neustreznega nadzora zenic

Na sl. 5. je splošna shema za primerjavo projekcij svetlobne točke halogenske žarnice (spekter je blizu sončnega spektra) in LED žarnice. Pri LED luči je površina osvetlitve večja kot pri halogenski žarnici.

Razlika v dodeljenih območjih osvetlitve se uporablja za izračun dodatne doze modre svetlobe iz učinka neustreznega nadzora zenice v svetlobnih pogojih LED, pri čemer se upošteva neenakomerna porazdelitev pigmentov, ki absorbirajo 460 nm modro svetlobo po prostornini in površini. Ta kvalitativna ocena presežnega deleža modre svetlobe v spektru belih LED lahko postane metodološka osnova za kvantitativne ocene v prihodnosti. Čeprav je iz tega jasna tehnična odločitev o potrebi po zapolnitvi vrzeli v območju 480 nm do stopnje odprave učinka "melanopsinskega križa". Ta rešitev je bila formalizirana v obliki izumiteljskega certifikata (LED beli vir svetlobe s kombiniranim daljinskim fotoluminiscenčnim konvektorjem. Patent št. 2502917 z dne 30. 12. 2011). To zagotavlja prednost Rusiji na področju ustvarjanja LED bele svetlobe z biološko ustreznim spektrom.

Na žalost strokovnjaki Ministrstva za industrijo in trgovino Ruske federacije te usmeritve ne pozdravljajo, kar je razlog, da ne financiramo dela v tej smeri, ki ne zadeva samo splošne razsvetljave (šole, porodnišnice itd.), ampak tudi osvetlitev monitorjev in avtomobilskih žarometov.

Pri LED osvetlitvi pride do neustreznega nadzora premera očesne zenice, kar ustvarja pogoje za pridobitev presežne doze modre svetlobe, ki negativno vpliva na celice mrežnice (ganglijske celice) in njene žile. Negativni učinek presežne doze modre svetlobe na te strukture so potrdila dela Inštituta za biokemijsko fiziko. N. M. Emanuel RAS in FANO.

Zgoraj opredeljeni učinki neustreznega nadzora premera očesne zenice veljajo za fluorescenčne in energijsko varčne sijalke (slika 6). Hkrati je povečan delež UV svetlobe pri 435 nm ("Optična varnost LED osvetlitve" CELMA ‐ ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA pozicijski papir optična varnost LED osvetlitev_Final_julij2011)).

Med poskusi in meritvami, opravljenimi v ameriških šolah, pa tudi v ruskih šolah (Raziskovalni inštitut za higieno in zdravstveno varstvo otrok in mladostnikov, SCCH RAMS), je bilo ugotovljeno, da se z znižanjem korelirane barvne temperature umetnih svetlobnih virov se premer očesne zenice poveča, kar ustvarja predpogoje za negativno izpostavljenost modri svetlobi celic in krvnih žil mrežnice. S povečanjem korelirane barvne temperature umetnih svetlobnih virov se premer zenice zmanjša, vendar ne doseže vrednosti premera zenice na sončni svetlobi.

Prevelik odmerek UV modre svetlobe vodi do pospeševanja procesov razgradnje, ki povečujejo tveganje za zgodnjo okvaro vida v primerjavi s sončno svetlobo, če so vse druge enake.

Povečana doza modre barve v spektru LED osvetlitve vpliva na zdravje ljudi in delovanje vidnega analizatorja, kar povečuje tveganja za okvaro vida in zdravja v delovni dobi.

Koncept ustvarjanja polprevodniških svetlobnih virov z biološko ustrezno svetlobo

V nasprotju s konzervativizmom strokovnjakov Ministrstva za industrijo in trgovino Ruske federacije in Inovacijskega centra Skolkovo, koncept ustvarjanja polprevodniških virov bele svetlobe z biološko ustrezno svetlobo, ki ga gojijo avtorji članka, pridobiva zagovornike po vsem svetu. svetu. Na primer, na Japonskem je Toshiba Material Co., LTD ustvarila LED diode s tehnologijo TRI-R (slika 7).

Takšna kombinacija vijoličnih kristalov in fosforja omogoča sintetiziranje LED diod s spektri, ki so blizu spektra sončne svetlobe z različnimi barvnimi temperaturami, in odpravo zgoraj navedenih pomanjkljivosti v spektru LED (modri kristal, prevlečen z rumenim fosforjem).

Na sl. osem.predstavlja primerjavo spektra sončne svetlobe (TK = 6500 K) s spektri LED diod po tehnologiji in tehnologiji TRI-R (modri kristal prevlečen z rumenim fosforjem).

Iz analize predstavljenih podatkov je razvidno, da je v spektru bele svetlobe LED diod s tehnologijo TRI-R odpravljena vrzel pri 480 nm in ni presežne modre doze.

Torej je izvajanje raziskav za identifikacijo mehanizmov vpliva svetlobe določenega spektra na zdravje ljudi državna naloga. Neupoštevanje teh mehanizmov vodi v milijarde dolarjev stroškov.

sklepi

Sanitarni pravilnik beleži normative iz svetlobno-tehničnih normativnih dokumentov s prevodom evropskih standardov. Te standarde oblikujejo strokovnjaki, ki niso vedno neodvisni in izvajajo lastno nacionalno tehnično politiko (nacionalno poslovanje), ki pogosto ne sovpada z nacionalno tehnično politiko Rusije.

Pri LED osvetlitvi pride do neustreznega nadzora premera očesne zenice, kar vzbuja dvom o pravilnosti fotobioloških ocen po GOST R IEC 62471-2013.

Država ne financira naprednih raziskav o vplivu tehnologije na zdravje ljudi, zato so higieniki prisiljeni prilagajati normative in zahteve tehnologijam, ki jih promovira transfer tehnologije.

Tehnične rešitve za razvoj LED svetilk in PC zaslonov bi morale upoštevati zagotavljanje varnosti oči in zdravja ljudi, sprejeti ukrepe za odpravo učinka "melanopsinskega križa", ki se pojavlja pri vseh trenutno obstoječih energetsko varčnih svetlobnih virih in osvetlitvi ozadja. naprav za prikaz informacij.

Pod LED osvetlitvijo z belimi LED diodami (modri kristal in rumeni fosfor), ki imajo režo v spektru pri 480 nm, je neustrezen nadzor premera očesne zenice.

Za porodnišnice, otroške ustanove in šole je treba razviti svetilke z biološko ustreznim spektrom svetlobe ob upoštevanju značilnosti otroškega vida in opraviti obvezno higiensko certificiranje.

Kratek zaključek urednika:

1. LED diode oddajajo zelo svetlo v modrem in blizu UV območjih ter zelo šibko v modri barvi.

2. Oko "meri" svetlost, da bi zožilo zenico s stopnjo ne modre, ampak modre barve, ki je v spektru bele LED diode praktično ni, zato oko "misli", da je temno in zenico odpre širše, kar vodi v dejstvo, da mrežnica prejme večkrat več svetlobe (modre in UV) kot ob obsevanju sonca, ta svetloba pa "izgoreva" na svetlobo občutljive celice očesa.

3. V tem primeru presežek modre svetlobe v očesu vodi do poslabšanja jasnosti slike. na mrežnici nastane slika s halo.

4. Otroško oko je približno za red velikosti prosojnejše do modre barve kot pri starejših, zato je proces "izgorevanja" pri otrocih večkrat intenzivnejši.

5. In ne pozabite, da LED diode niso samo osvetlitev, ampak zdaj skoraj vsi zasloni.

Če podamo še eno sliko, je poškodba oči zaradi LED diod podobna slepoti v gorah, ki nastane zaradi odboja UV od snega in je nevarnejša ravno v oblačnem vremenu.

Postavlja se vprašanje, kaj storiti tistim, ki že imajo LED osvetlitev, kot običajno, iz LED neznanega izvora?

Na misel prideta dve možnosti:

1. Dodajte dodatno modro svetlobo (480 nm) osvetlitev.

2. Na svetilke postavite rumeni filter.

Prva možnost mi je bolj všeč, ker v prodaji so modri (svetlo modri) LED trakovi s 475nm sevanjem. Kako lahko preverite, kakšna je dejanska valovna dolžina?

Druga možnost bo "požrla" del svetlobe in svetilka bo zatemnjena, poleg tega pa tudi ni znano, kateri del modrega bomo odstranili.