Kako LED diode utiču na vid?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-16 15:59

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

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 minimiziraju rizike od oštećenja zdravlja ljudi. Posebno u Sjedinjenim Državama, ovaj koncept se proteže ne samo na opće osvjetljenje, već i na kompjuterske monitore i farove automobila.

Danas se LED rasvjeta sve više uvodi u škole, vrtiće i zdravstvene ustanove. Za procjenu fotobiološke sigurnosti LED svetiljki, GOST R IEC 62471-2013 „Lampe i sistemi lampi. Fotobiološka sigurnost". Pripremilo ga je Državno jedinstveno preduzeće Republike Mordovije „Naučno-istraživački institut za izvore svetlosti po imenu A. N. Lodygin "(Državno jedinstveno preduzeće Republike Mordovije NIIIS po imenu AN Lodygin") na osnovu sopstvenog autentičnog prevoda na ruski međunarodnog standarda IEC 62471: 2006 "Fotobiološka sigurnost lampi i sistema lampi" (IEC 62471: 2006 "Fotobiološka sigurnost sijalica i sistema lampi") i identična mu je (vidi tačku 4. GOST R IEC 62471-2013).

Takav transfer implementacije standarda sugerira da Rusija nema vlastitu stručnu školu za fotobiološku sigurnost. Procjena fotobiološke sigurnosti je izuzetno 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 mrežnjači. Granične vrijednosti indikatora fotobiološke sigurnosti izračunate su za navedenu granicu ekspozicije prečnika zjenice od 3 mm (površina zjenice od 7 mm2). Za ove vrijednosti promjera zjenice oka određuju se vrijednosti funkcije B (λ) - ponderisane funkcije spektralne opasnosti od plave svjetlosti, čiji maksimum pada na raspon spektralnog zračenja od 435-440 nm.

Teorija rizika od negativnih efekata svjetlosti i metodologija za proračun fotobiološke sigurnosti razvijena je na osnovu temeljnih članaka osnivača fotobiološke sigurnosti vještačkih izvora svjetlosti, dr. Davida H. Slineya.

David H. Sliney je dugi niz godina služio kao menadžer odjela u Centru za promociju zdravlja i preventivnu medicinu američke vojske i vodio je projekte fotobiološke sigurnosti. Godine 2007. završio je službu i otišao u penziju. Njegovi istraživački interesi su fokusirani na teme vezane za UV izlaganje očiju, lasersko zračenje i interakcije tkiva, opasnosti od lasera i upotrebu lasera u medicini i hirurgiji. David Sleeney je bio član, konsultant i predsjednik brojnih komisija i institucija koje su razvile sigurnosne standarde za zaštitu od nejonizujućeg zračenja, posebno lasera i drugih izvora optičkog zračenja visokog intenziteta (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO, NCRP i ICNIRP). Bio je koautor The Safety Handbook with Lasers and Other Optical Sources, New York, 1980. Od 2008-2009, dr. David Sleeney je bio predsjednik Američkog društva za fotobiologiju.

Temeljni principi koje je razvio David Sleeney leže u osnovi moderne metodologije za fotobiološku sigurnost vještačkih izvora svjetlosti. Ovaj metodološki obrazac se automatski prenosi na LED izvore svjetlosti. Podigao je veliku galaksiju sljedbenika i studenata koji nastavljaju da proširuju ovu metodologiju na LED rasvjetu. U svojim tekstovima pokušavaju da opravdaju i promoviraju LED rasvjetu kroz klasifikaciju rizika.

Njihov rad podržavaju Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia i drugi proizvođači LED rasvjete. Trenutno, oblast intenzivnog istraživanja i analize mogućnosti (i ograničenja) u oblasti LED rasvete obuhvata:

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

• javne organizacije kao što su Iluminating 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, univerziteta, 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. S. I. Vavilov.

Sa stanovišta utvrđivanja viška doze plave svjetlosti interesantan je rad „Optička sigurnosna LED rasvjeta“(CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA pozicioni papir optička sigurnosna LED rasvjeta_Final_juli 2011). Ovaj evropski izvještaj upoređuje spektre sunčeve svjetlosti sa umjetnim izvorima svjetlosti (sa žarnom niti, fluorescentne i LED sijalice) u skladu sa zahtjevom EN 62471. Kroz prizmu savremene paradigme higijenske procene, razmotrite podatke predstavljene u ovom evropskom izveštaju kako biste odredili višak plave svetlosti u spektru LED belog izvora svetlosti. Na sl. Slika 1 prikazuje spektralni uzorak LED bijele svjetlosti, koja se sastoji od kristala koji emituje plavo svjetlo i žutog fosfora kojim je obložena da proizvodi bijelo svjetlo.

Na sl. 1. Takođe su naznačene referentne tačke na koje higijeničar treba da obrati pažnju kada analizira spektar svetlosti iz bilo kog izvora. Sa ove tačke gledišta, razmotrite spektre sunčeve svetlosti (slika 2).

Slika pokazuje da se u opsegu temperature boje od 4000 K do 6500 K posmatraju uslovi "melanopsin krsta". Na energetskom spektru svjetlosti, amplituda (A) na 480 nm uvijek mora biti veća od amplitude na 460 nm i 450 nm.

Istovremeno, doza plave svjetlosti od 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.

Efekat "melanopsin krsta" jasno je vidljiv iz poređenja spektra sijalica sa žarnom niti i LED lampi sa 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 gore navedeno, uporedimo sunčevu svjetlost na Tc = 6500 K (6500 K je granična temperatura boje za retinu prema Davidu Sleaneyju, a prema sanitarnim standardima manja od 6000 K) sa spektrom žarulje sa žarnom niti Tc = 2700 K i spektar LED lampe sa Tc = 4200 K pri nivou osvetljenja od 500 luksa. (sl. 4).

Na slici je prikazano sljedeće:

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

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

- u spektru svetlosti LED lampe (Tc = 4200 K), pad je 480 nm nekoliko puta veći nego u spektru svetlosti 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 „Lampe i sistemi lampi. 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 na temperatura boje od 6500 K.

Iz ovoga proizilazi da će doza od 460 nm plave svjetlosti u spektru LED rasvjete s temperaturom boje od 4200 K značajno (za 40%) premašiti dozu od 460 nm plave svjetlosti u spektru sunčeve svjetlosti sa temperaturom boje od 4000 K na istom nivou osvjetljenja.

Ova razlika između doza je višak doze plave svjetlosti pod LED rasvjetom u odnosu na sunčevu svjetlost sa istom temperaturom boje i datim nivoom osvjetljenja. Ali ovu dozu treba dopuniti dozom plave svjetlosti zbog efekta neadekvatne kontrole zenice u uslovima 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 procesa degradacije koji povećavaju rizike od ranog oštećenja vida u odnosu na sunčevu svjetlost, pri svim ostalim jednakim uvjetima (dati nivo osvjetljenja, temperatura boje i efikasan rad makularne retine)., itd.)

Fiziološke karakteristike strukture oka koje utiču na sigurnu percepciju svjetlosti

Zaštitno kolo retine formirano je na sunčevoj svjetlosti. Sa spektrom sunčeve svjetlosti postoji adekvatna kontrola prečnika 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 omogućava promjenu intenziteta svjetlosti koja pada na mrežnicu za oko 30 puta.

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

Kod novorođenčadi, područje makule je svijetložute boje sa nejasnim konturama.

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

Do godinu dana se utvrđuje foveolarni refleks, centar postaje tamniji.

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

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

Trenutno su izdvojena dva pigmenta - lutein i izomer luteina zeaksantin, koji se nazivaju makularni pigment ili makularni pigment. Nivo luteina je veći na mestima sa većom koncentracijom štapića, nivo zeaksantina je veći na mestima veće koncentracije čunjeva. Lutein i zeaksantin pripadaju porodici karotenoida, grupi prirodnih biljnih pigmenata. Vjeruje se da lutein ima dvije važne funkcije: prvo, apsorbira plavu svjetlost koja je štetna za oči; drugo, antioksidans je, blokira i uklanja reaktivne vrste kiseonika nastale pod uticajem svetlosti. Sadržaj luteina i zeaksantina u makuli je neravnomjerno raspoređen po području (maksimalno u centru, a nekoliko puta manje na rubovima), što znači da je zaštita od plave svjetlosti (460 nm) minimalna na rubovima. Sa godinama se smanjuje količina pigmenata, oni se ne sintetišu u organizmu, mogu se dobiti samo iz hrane, pa od kvaliteta ishrane zavisi i ukupna efikasnost zaštite od plave svetlosti u centru makule.

Efekat neadekvatne kontrole zenice

Na sl. 5. je opšta šema za poređenje projekcija svjetlosne točke halogene sijalice (spektar je blizak solarnom spektru) i LED lampe. Kod LED svjetla, površina osvjetljenja je veća nego kod halogenih svjetiljki.

Razlika u dodijeljenim površinama osvjetljenja koristi se za izračunavanje dodatne doze plave svjetlosti od efekta neadekvatne kontrole zenice u uslovima 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 nivoa eliminacije efekta "melanopsin cross". Ovo rešenje je formalizovano u formi pronalazačkog sertifikata (LED beli izvor svetlosti sa kombinovanim daljinskim fotoluminiscentnim konvektorom. Patent br. 2502917 od 30.12.2011.). Ovo osigurava prioritet Rusije u oblasti stvaranja LED izvora bijele svjetlosti sa biološki adekvatnim spektrom.

Nažalost, stručnjaci Ministarstva industrije i trgovine Ruske Federacije ne pozdravljaju ovaj pravac, što je razlog da se ne finansiraju radovi u tom pravcu, koji se ne tiče samo opšte rasvjete (škole, porodilišta, itd.), već takođe pozadinsko osvetljenje monitora i farova automobila.

Kod LED rasvjete dolazi do neadekvatne kontrole promjera zjenice oka, što stvara uslove za dobijanje viška doze plave svjetlosti, što negativno utječe na stanice retine (ganglijske ćelije) i njene žile. Negativan učinak viška doze plave svjetlosti na ove strukture potvrđen je u radovima Instituta za biohemijsku fiziku. N. M. Emanuel RAS i FANO.

Gore navedeni efekti neadekvatne kontrole prečnika zenice oka odnose se na fluorescentne i štedljive lampe (slika 6). Istovremeno je povećan udio UV svjetla na 435 nm („Optička sigurnost LED rasvjete“CELMA ‐ ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA pozicioni papir optička sigurnost LED rasvjete_Final_Juli 2011)).

U toku 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, promjer zjenice oka se povećava, što stvara preduslove za negativno izlaganje plavoj svjetlosti na stanice i krvne sudove mrežnjače. 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 degradacije koji povećavaju rizik od ranog oštećenja vida u odnosu na sunčevu svjetlost, pod uslovom da su sve ostale jednake.

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

Koncept stvaranja poluprovodničkih izvora svjetlosti sa biološki adekvatnom svjetlošću

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

Takva kombinacija ljubičastih kristala i fosfora omogućava da se sintetiziraju LED diode sa spektrom bliskim spektru sunčeve svjetlosti s različitim temperaturama boje, te eliminišu gore navedeni nedostaci u LED spektru (plavi kristal obložen žutim fosforom).

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

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

Dakle, provođenje istraživanja za identifikaciju mehanizama djelovanja svjetlosti određenog spektra na zdravlje ljudi je državni zadatak. Ignoriranje ovih mehanizama dovodi do milijardi dolara troškova.

zaključci

Sanitarna pravila bilježe norme iz svjetlosnotehničkih normativnih dokumenata, prevodeći evropske standarde. Ove standarde formiraju stručnjaci koji nisu uvijek nezavisni i provode vlastitu nacionalnu tehničku politiku (nacionalno poslovanje), koja se često ne poklapa sa nacionalnom tehničkom politikom Rusije.

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

Država ne finansira napredna istraživanja o uticaju tehnologije na zdravlje ljudi, zbog čega su higijeničari prinuđeni da prilagođavaju norme i zahteve tehnologijama koje promoviše posao transfera tehnologije.

Tehnička rješenja za razvoj LED lampi i PC ekrana treba da vode računa o sigurnosti očiju i zdravlja ljudi, preduzmu mjere za otklanjanje efekta "melanopsin križa", koji se javlja kod svih trenutno postojećih štedljivih izvora svjetlosti i pozadinskog osvjetljenja. uređaja za prikaz informacija.

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

Za porodilišta, dječije ustanove i škole treba razviti lampe sa biološki adekvatnim spektrom svjetlosti, uzimajući u obzir karakteristike vida djece i proći obaveznu higijensku atest.

Kratki zaključci urednika:

1. LED diode emituju veoma svetlo u plavoj i blizu UV oblasti i veoma slabo u plavoj.

2. Oko "mjeri" svjetlinu kako bi suzilo zenicu za nivo ne plave, već plave boje, koje praktično nema u spektru bijele LED diode, dakle oko "misli" da je tamno i otvara zenicu šire, što dovodi do toga da mrežnjača prima višestruko više svetlosti (plave i UV) nego kada je obasjana suncem, a ta svetlost „sagoreva“ćelije oka osetljive na svetlost.

3. U ovom slučaju, višak plave svjetlosti u oku dovodi do pogoršanja jasnoće slike. na mrežnjači se formira slika sa oreolom.

4. Dječje oko je otprilike za red veličine transparentnije do plave od onog kod starijih, pa je proces "sagorijevanja" 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, koje nastaje od refleksije UV zraka od snijega i opasnije je samo po oblačnom vremenu.

Postavlja se pitanje šta 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 (svetloplave) LED trake sa 475nm zračenjem. Kako možete provjeriti koja je stvarna talasna dužina?

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