Hvordan påvirker LED'er synet?

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Artiklen diskuterer betingelserne for dannelsen af en overskydende dosis blåt lys under LED-belysning. Det er vist, at vurderingerne af fotobiologisk sikkerhed, udført i overensstemmelse med GOST R IEC 62471-2013, skal afklares under hensyntagen til ændringen i diametrene af øjets pupil under LED-belysning og den rumlige fordeling af lyset -absorberer blåt lys (460 nm) pigment i macula af nethinden.

De metodiske principper for beregning af overskydende dosis af blåt lys i spektret af LED-belysning i forhold til sollys præsenteres. Det er angivet, at i dag i USA og Japan er konceptet med LED-belysning ved at ændre sig, og der skabes LED'er med hvidt lys, som minimerer risikoen for sundhedsskader. Især i USA strækker dette koncept sig ikke kun til generel belysning, men også til computerskærme og billygter.

I dag introduceres LED-belysning mere og mere i skoler, børnehaver og medicinske institutioner. For at vurdere den fotobiologiske sikkerhed af LED-armaturer, GOST R IEC 62471-2013 “Lamper og lampesystemer. Fotobiologisk sikkerhed". Det blev udarbejdet af statens enhedsvirksomhed i Republikken Mordovia "Scientific Research Institute of Light Sources opkaldt efter A. N. Lodygin "(State Unitary Enterprise of the Republic of Mordovia NIIIS opkaldt efter AN Lodygin") på grundlag af sin egen autentiske oversættelse til russisk af den internationale standard IEC 62471: 2006 "Photobiological safety of lamps and lamp systems" (IEC 62471: 2006) "Fotobiologisk sikkerhed af lamper og lampesystemer ") og er identisk med den (se afsnit 4. GOST R IEC 62471-2013).

En sådan overførsel af standardimplementeringen tyder på, at Rusland ikke har sin egen professionelle skole for fotobiologisk sikkerhed. Vurderingen af fotobiologisk sikkerhed er yderst vigtig for at sikre børns sikkerhed (generation) og reducere trusler mod den nationale sikkerhed.

Sammenlignende analyse af solenergi og kunstig belysning

Vurderingen af en lyskildes fotobiologiske sikkerhed er baseret på teorien om risici og en metode til at kvantificere grænseværdierne for eksponering for farligt blåt lys på nethinden. Grænseværdierne for indikatorerne for fotobiologisk sikkerhed er beregnet for den specificerede eksponeringsgrænse for pupildiameteren på 3 mm (pupilareal på 7 mm2). For disse værdier af øjenpupildiameteren bestemmes værdierne af funktionen B (λ) - den vægtede spektrale farefunktion fra blåt lys, hvis maksimum falder på det spektrale strålingsområde på 435-440 nm.

Teorien om risici for negative effekter af lys og metoden til beregning af fotobiologisk sikkerhed blev udviklet på grundlag af de grundlæggende artikler fra grundlæggeren af fotobiologiske sikkerhed af kunstige lyskilder, Dr. David H. Sliney.

David H. Sliney har i mange år tjent som divisionschef ved den amerikanske hærs center for sundhedsfremme og forebyggende medicin og har ledet fotobiologiske sikkerhedsprojekter. I 2007 afsluttede han sin tjeneste og gik på pension. Hans forskningsinteresser fokuserer på emner relateret til UV-eksponering for øjnene, laserstråling og vævsinteraktioner, laserfarer og brugen af lasere i medicin og kirurgi. David Sleeney har fungeret som medlem, konsulent og formand for adskillige kommissioner og institutioner, der har udviklet sikkerhedsstandarder til beskyttelse mod ikke-ioniserende stråling, især lasere og andre højintensive optiske strålingskilder (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO, NCRP og ICNIRP). Han var medforfatter til The Safety Handbook with Lasers and Other Optical Sources, New York, 1980. Fra 2008-2009 fungerede Dr. David Sleeney som præsident for American Society of Photobiology.

De grundlæggende principper udviklet af David Sleeney ligger til grund for den moderne metodologi for fotobiologiske sikkerhed af kunstige lyskilder. Dette metodiske mønster overføres automatisk til LED-lyskilder. Det har rejst en stor galakse af tilhængere og studerende, som fortsætter med at udvide denne metode til LED-belysning. I deres skrifter forsøger de at retfærdiggøre og fremme LED-belysning gennem klassificering af risici.

Deres arbejde er støttet af Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia og andre LED-belysningsproducenter. I øjeblikket involverer området for intensiv forskning og analyse af muligheder (og begrænsninger) inden for LED-belysning:

• regeringsorganer såsom US Department of Energy, RF Ministry of Energy;

• offentlige organisationer såsom Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), Alliance for Solid-State Illumination and Technologies (ASSIST), International Dark-Sky Assosiation (IDA) og NP PSS RF;

• de største producenter Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia og

russiske producenter Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• samt en række forskningsinstitutter, universiteter, laboratorier: Lighting Research Center ved Rensselaer Polytechnic Institute (LRC RPI), National Institute of Standards and Technology (NIST), American National Standard Institute (ANSI), samt NIIIS im. AN Lodygin , VNISI dem. S. I. Vavilov.

Med henblik på at bestemme en overskydende dosis af blåt lys er arbejdet "Optisk sikkerheds-LED-belysning" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA-positionspapir optisk sikkerheds-LED-belysning_Final_July2011) af interesse. Denne europæiske rapport sammenligner sollysspektrene med kunstige lyskilder (glødelamper, lysstofrør og LED-lamper) i overensstemmelse med kravet i EN 62471. Gennem prisme af det moderne paradigme for hygiejnisk vurdering, overveje dataene præsenteret i denne europæiske rapport for at bestemme den overskydende andel af blåt lys i spektret af LED hvid lyskilde. I fig. 1 viser det spektrale mønster af en LED med hvidt lys, som består af en krystal, der udsender blåt lys, og en gul fosfor, som den er belagt med for at frembringe hvidt lys.

I fig. 1. Der er også angivet de referencepunkter, som hygiejnen skal være opmærksom på, når han analyserer lysspektret fra enhver kilde. Fra dette synspunkt skal du overveje sollysspektrene (fig. 2).

Figuren viser, at i området for farvetemperatur fra 4000 K til 6500 K observeres betingelserne for "melanopsin-krydset". På lysets energispektrum skal amplituden (A) ved 480 nm altid være større end amplituden ved 460 nm og 450 nm.

Samtidig er dosen af blåt lys 460 nm i sollysspektret med en farvetemperatur på 6500 K 40 % højere end for sollys med en farvetemperatur på 4000 K.

Virkningen af "melanopsin-korset" er tydeligt synlig ved en sammenligning af spektrene af glødelamper og LED-lamper med en farvetemperatur på 3000 K (fig. 3).

Den overskydende andel af blåt lys i LED-spektrets spektrum i forhold til andelen af blåt lys i spektret af en glødelampe overstiger mere end 55 %.

I betragtning af ovenstående, lad os sammenligne sollys ved Tc = 6500 K (6500 K er den begrænsende farvetemperatur for nethinden ifølge David Sleaney, og ifølge sanitære standarder er den mindre end 6000 K) med spektret af en glødelampe Tc = 2700 K og spektret af en LED-lampe med Tc = 4200 K ved et belysningsniveau på 500 lux. (fig. 4).

Figuren viser følgende:

- LED-lampe (Tc = 4200 K) har en emission på 460 nm mere end sollys (6500 K);

- i lysspektret af en LED-lampe (Tc = 4200 K) er faldet ved 480 nm en størrelsesorden (10 gange) større end i sollysspektret (6500 K);

- i lysspektret af en LED-lampe (Tc = 4200 K) er faldet 480 nm flere gange større end i lysspektret af en glødelampe (Tc = 2700 K).

Det er kendt, at under LED-belysning overstiger diameteren af øjets pupil grænseværdierne - 3 mm (areal 7 mm2) i henhold til GOST R IEC 62471-2013 "Lamper og lampesystemer. Fotobiologisk sikkerhed".

Ud fra dataene vist i fig. 2 kan det ses, at dosen af 460 nm blåt lys i sollysspektret for en farvetemperatur på 4000 K er meget mindre end dosen af 460 nm blåt lys i sollysspektret kl. en farvetemperatur på 6500 K.

Heraf følger, at dosen af 460 nm blåt lys i spektret af LED-belysning med en farvetemperatur på 4200 K væsentligt (med 40%) vil overstige dosen af 460 nm blåt lys i spektret af sollys med en farvetemperatur på 4000 K ved samme belysningsniveau.

Denne forskel mellem doser er den overskydende dosis af blåt lys under LED-belysning i forhold til sollys med samme farvetemperatur og et givet belysningsniveau. Men denne dosis bør suppleres med en dosis blåt lys fra virkningen af utilstrækkelig kontrol af pupillen under LED-lysforhold, under hensyntagen til den ujævne fordeling af pigmenter, der absorberer 460 nm blåt lys i volumen og areal. Det er en for høj dosis af blåt lys, der fører til en acceleration af nedbrydningsprocesser, der øger risikoen for tidlig synsnedsættelse sammenlignet med sollys, alt andet lige (et givet belysningsniveau, farvetemperatur og effektivt arbejde af macula retina, etc.)

Fysiologiske træk ved øjets struktur, der påvirker den sikre opfattelse af lys

Nethindens beskyttelseskredsløb blev dannet i sollys. Med spektret af sollys er der en tilstrækkelig kontrol af diameteren af øjets pupil til at lukke, hvilket fører til et fald i dosis af sollys, der når cellerne i nethinden. Diameteren af pupillen hos en voksen varierer fra 1,5 til 8 mm, hvilket giver en ændring i intensiteten af lyset, der falder ind på nethinden, med omkring 30 gange.

Et fald i diameteren af øjets pupille fører til et fald i området af lysprojektionen af billedet, som ikke overstiger området af den "gule plet" i midten af nethinden. Beskyttelsen af nethindeceller mod blåt lys udføres af det makulære pigment (med et absorptionsmaksimum på 460 nm), og hvis dannelse har sin egen evolutionære historie.

Hos nyfødte er området af makula lysegul i farven med utydelige konturer.

Fra tre måneders alderen opstår en makulær refleks, og intensiteten af den gule farve falder.

Efter et år er den foveolære refleks bestemt, centret bliver mørkere.

I en alder af tre til fem år smelter den gullige tone af det makulære område næsten sammen med den lyserøde eller røde tone i det centrale nethindeområde.

Det makulære område hos børn i alderen 7-10 år og ældre, som hos voksne, bestemmes af det avaskulære centrale retinale område og lysreflekser. Begrebet "makulær plet" opstod som et resultat af makroskopisk undersøgelse af kadaveriske øjne. På plane præparater af nethinden ses en lille gul plet. I lang tid var den kemiske sammensætning af pigmentet, der pletter dette område af nethinden, ukendt.

I øjeblikket er to pigmenter blevet isoleret - lutein og luteinisomeren zeaxanthin, som kaldes makulært pigment eller makulært pigment. Niveauet af lutein er højere på steder med højere koncentration af stænger, niveauet af zeaxanthin er højere på steder med højere koncentration af kegler. Lutein og zeaxanthin tilhører carotenoidfamilien, en gruppe af naturlige plantepigmenter. Lutein menes at have to vigtige funktioner: For det første absorberer det blåt lys, der er skadeligt for øjnene; for det andet er det en antioxidant, blokerer og fjerner reaktive iltarter dannet under påvirkning af lys. Indholdet af lutein og zeaxanthin i makula er ujævnt fordelt over området (maksimalt i midten, og flere gange mindre i kanterne), hvilket betyder, at beskyttelsen mod blåt lys (460 nm) er minimal i kanterne. Med alderen falder mængden af pigmenter, de syntetiseres ikke i kroppen, de kan kun fås fra mad, så den samlede effektivitet af beskyttelse mod blåt lys i midten af makula afhænger af kvaliteten af ernæringen.

Effekten af utilstrækkelig pupilkontrol

I fig. 5. er et generelt skema til sammenligning af projektionerne af lyspletten af en halogenlampe (spektret er tæt på solspektret) og en LED-lampe. Med LED-lys er belysningsområdet større end med en halogenlampe.

Forskellen i de tildelte belysningsområder bruges til at beregne en yderligere dosis blåt lys fra effekten af utilstrækkelig kontrol af pupillen under LED-lysforhold, idet der tages højde for den ujævne fordeling af pigmenter, der absorberer 460 nm blåt lys i volumen og areal. Denne kvalitative vurdering af den overskydende andel af blåt lys i spektret af hvide LED'er kan blive et metodisk grundlag for kvantitative vurderinger i fremtiden. Selvom det fra dette er klart den tekniske beslutning om behovet for at udfylde hullet i området 480 nm til niveauet for eliminering af effekten af "melanopsin kryds". Denne løsning blev formaliseret i form af et opfindercertifikat (LED hvid lyskilde med en kombineret fjern fotoluminescerende konvektor. Patent nr. 2502917 dateret 2011-12-30.). Dette sikrer Ruslands prioritet inden for at skabe hvide LED-lyskilder med et biologisk tilstrækkeligt spektrum.

Desværre hilser eksperterne fra Ministeriet for Industri og Handel i Den Russiske Føderation ikke denne retning velkommen, hvilket er grunden til ikke at finansiere arbejde i denne retning, som ikke kun vedrører generel belysning (skoler, barselshospitaler osv.), men også baggrundsbelysningen af skærme og billygter.

Med LED-belysning opstår utilstrækkelig kontrol af diameteren af øjets pupille, hvilket skaber betingelser for at opnå en overskydende dosis blåt lys, hvilket negativt påvirker cellerne i nethinden (ganglieceller) og dens kar. Den negative effekt af en overskydende dosis af blåt lys på disse strukturer blev bekræftet af værker fra Institut for Biokemisk Fysik. N. M. Emanuel RAS og FANO.

De ovenfor identificerede effekter af utilstrækkelig kontrol af øjets pupildiameter gælder for fluorescerende og energibesparende lamper (fig. 6). Samtidig er der en øget andel af UV-lys ved 435 nm ("Optical safety of LED lighting" CELMA ‐ ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA position paper optical safety LED lighting_Final_July2011)).

I løbet af eksperimenter og målinger udført i amerikanske skoler såvel som i russiske skoler (Research Institute of Hygiene and Health Protection of Children and Adolescents, SCCH RAMS), blev det fundet, at med et fald i den korrelerede farvetemperatur af kunstige lyskilder, øges diameteren af øjets pupil, hvilket skaber forudsætningerne for en negativ eksponering for blåt lys på celler og blodkar i nethinden. Med en stigning i den korrelerede farvetemperatur af kunstige lyskilder falder diameteren af øjets pupille, men når ikke værdierne for pupillens diameter i sollys.

En for høj dosis UV-blåt lys fører til en acceleration af nedbrydningsprocesser, der alt andet lige øger risikoen for tidlig synsnedsættelse sammenlignet med sollys.

En øget dosis blå i spektret af LED-belysning påvirker menneskers sundhed og funktionen af den visuelle analysator, hvilket øger risikoen for handicap i synet og sundheden i den arbejdsdygtige alder.

Konceptet med at skabe halvlederlyskilder med biologisk tilstrækkeligt lys

I modsætning til konservatismen hos eksperter fra Ministeriet for Industri og Handel i Den Russiske Føderation og Skolkovo Innovation Center, vinder konceptet med at skabe hvide halvledere lyskilder med biologisk tilstrækkeligt lys dyrket af artiklens forfattere en tilhænger over hele verden. verden. For eksempel har Toshiba Material Co., LTD i Japan skabt LED'er ved hjælp af TRI-R-teknologi (fig. 7).

En sådan kombination af violette krystaller og fosfor gør det muligt at syntetisere LED'er med spektre tæt på spektret af sollys med forskellige farvetemperaturer og at eliminere de ovennævnte mangler i LED-spektret (blå krystal belagt med gul phosphor).

I fig. otte.præsenterer en sammenligning af spektret af sollys (TK = 6500 K) med spektrene af LED'er ved hjælp af TRI-R teknologi og teknologi (blå krystal belagt med gul fosfor).

Fra analysen af de præsenterede data kan det ses, at i det hvide lysspektrum af LED'er, der anvender TRI-R-teknologien, er afstanden ved 480 nm elimineret, og der er ingen overskydende blå dosis.

Så at udføre forskning for at identificere mekanismerne for effekten af lys fra et bestemt spektrum på menneskers sundhed er en statsopgave. At ignorere disse mekanismer fører til milliarder af dollars i omkostninger.

konklusioner

De sanitære regler registrerer normer fra belysningstekniske normative dokumenter ved at oversætte europæiske standarder. Disse standarder er dannet af specialister, der ikke altid er uafhængige og udfører deres egen nationale tekniske politik (national virksomhed), som ofte ikke falder sammen med Ruslands nationale tekniske politik.

Med LED-belysning opstår utilstrækkelig kontrol af øjets pupildiameter, hvilket sår tvivl om rigtigheden af fotobiologiske vurderinger i henhold til GOST R IEC 62471-2013.

Staten finansierer ikke avanceret forskning i teknologiens indvirkning på menneskers sundhed, hvorfor hygiejnerne er tvunget til at tilpasse normerne og kravene til de teknologier, der fremmes af overførselsteknologivirksomheden.

Tekniske løsninger til udvikling af LED-lamper og pc-skærme bør tage hensyn til at sikre øjnenes sikkerhed og menneskers sundhed, træffe foranstaltninger for at eliminere effekten af "melanopsin-krydset", som opstår for alle i øjeblikket eksisterende energibesparende lyskilder og baggrundsbelysning af informationsvisningsenheder.

Under LED-belysning med hvide LED'er (blå krystal og gul phosphor), som har et hul i spektret ved 480 nm, er der utilstrækkelig styring af øjets pupildiameter.

For barselshospitaler, børneinstitutioner og skoler bør lamper med et biologisk tilstrækkeligt lysspektrum, under hensyntagen til egenskaberne ved børns syn, udvikles og gennemgå obligatorisk hygiejnisk certificering.

Konklusioner kort fra redaktøren:

1. LED'er udsender meget klart i blåt og nær UV-områder og meget svagt i blåt.

2. Øjet "måler" lysstyrken for at indsnævre pupillen med niveauet af ikke blå, men blå farve, som praktisk talt er fraværende i spektret af en hvid LED, derfor "tror" øjet, at det er mørkt og åbner pupillen bredere, hvilket fører til, at nethinden modtager mange gange mere lys (blåt og UV) end når det oplyses af solen, og dette lys "brænder" øjets lysfølsomme celler ud.

3. I dette tilfælde fører et overskud af blåt lys i øjet til en forringelse af billedets klarhed. der dannes et billede med en glorie på nethinden.

4. Børns øje er omkring en størrelsesorden mere gennemsigtigt for blåt end hos ældre, derfor er processen med at "brænde ud" hos børn mange gange mere intens.

5. Og glem ikke, at LED'er ikke kun er belysning, men nu næsten alle skærme.

Hvis vi giver et billede mere, så er øjenskader fra lysdioder beslægtet med blindhed i bjergene, som opstår fra refleksion af UV fra sne og er mere farlig bare i overskyet vejr.

Spørgsmålet opstår, hvad man skal gøre for dem, der allerede har LED-belysning, som sædvanligt, fra LED'er af ukendt oprindelse?

To muligheder kommer til at tænke på:

1. Tilføj yderligere blåt lys (480nm) belysning.

2. Sæt et gult filter på lamperne.

Jeg kan bedre lide den første mulighed, fordi der er til salg blå (lyseblå) LED strips med 475nm stråling. Hvordan kan du kontrollere, hvad den faktiske bølgelængde er?

Den anden mulighed vil "spise" en del af lyset, og lampen vil være svagere, og desuden er det også ukendt, hvilken del af det blå vi fjerner.