Hogyan befolyásolják a LED-ek a látást?

2024 Szerző: Seth Attwood | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-16 16:07

A cikk a LED-es világítás melletti túlzott mennyiségű kék fény kialakulásának feltételeit tárgyalja. Megállapítható, hogy a GOST R IEC 62471-2013 szerint elvégzett fotobiológiai biztonsági értékeléseket tisztázni kell, figyelembe véve a szem pupillája átmérőjének változását LED-világítás mellett és a fény térbeli eloszlását. -elnyelő kék fény (460 nm) pigment a retina makulájában.

Bemutatjuk a LED világítás spektrumában a kék fény többletdózisának számítási módszertani alapelveit a napfényhez viszonyítva. Jelzik, hogy ma az USA-ban és Japánban változik a LED-világítás koncepciója, és olyan fehér fényű LED-eket hoznak létre, amelyek minimalizálják az emberi egészség károsodásának kockázatát. Különösen az Egyesült Államokban ez a koncepció nemcsak az általános világításra, hanem a számítógép-monitorokra és az autók fényszóróira is kiterjed.

Napjainkban az iskolákban, óvodákban és egészségügyi intézményekben egyre inkább bevezetik a LED világítást. A LED-es lámpatestek fotobiológiai biztonságának felmérésére a GOST R IEC 62471-2013 „Lámpák és lámparendszerek. Fotobiológiai biztonság". A Mordvin Köztársaság Állami Egységes Vállalata készítette „A Fényforrások Tudományos Kutatóintézete A. N. Lodygin "(A Mordvai Köztársaság NIIIS Állami Egységes Vállalata, amelyet AN Lodyginről neveztek el") az IEC 62471: 2006 "Lámpák és lámparendszerek fotobiológiai biztonsága" (IEC 62471: 2006) nemzetközi szabvány orosz nyelvű hiteles fordítása alapján. "Lámpák és lámparendszerek fotobiológiai biztonsága"), és megegyezik vele (lásd a 4. szakaszt. GOST R IEC 62471-2013).

A szabvány megvalósításának ilyen átadása azt sugallja, hogy Oroszországnak nincs saját fotobiológiai biztonsággal foglalkozó szakmai iskolája. A fotobiológiai biztonság felmérése kiemelten fontos a gyermekek (generáció) biztonságának biztosításában és a nemzetbiztonsági veszélyek csökkentésében.

Napelemes és mesterséges világítás összehasonlító elemzése

A fényforrás fotobiológiai biztonságának értékelése a kockázatok elméletén és a retinán a veszélyes kék fénynek való kitettség határértékeinek számszerűsítésére szolgáló módszertanon alapul. A fotobiológiai biztonság mutatóinak határértékei a pupilla 3 mm-es átmérőjére (7 mm2-es pupillafelület) meghatározott expozíciós határértékre vonatkoznak. A szempupilla átmérőjének ezen értékeihez meghatározzák a B (λ) függvény értékeit - a kék fény súlyozott spektrális veszélyfüggvényét, amelynek maximuma a 435-440 nm spektrális sugárzási tartományba esik.

A fény negatív hatásainak kockázatainak elméletét és a fotobiológiai biztonság számítási módszerét a mesterséges fényforrások fotobiológiai biztonságának megalapítójának, Dr. David H. Slineynak az alapvetı cikkei alapján dolgozták ki.

David H. Sliney sok éven át osztályvezetőként szolgált az Egyesült Államok Hadseregének Egészségfejlesztési és Megelőző Orvostudományi Központjában, és fotobiológiai biztonsági projekteket vezetett. 2007-ben befejezte szolgálatát és nyugdíjba vonult. Kutatási területe a szem UV-expozíciójával, a lézersugárzással és a szöveti kölcsönhatásokkal, a lézerveszélyekkel, valamint a lézerek orvosi és sebészeti felhasználásával kapcsolatos témákra irányul. David Sleeney számos bizottság és intézmény tagja, tanácsadója és elnöke volt, amelyek biztonsági szabványokat dolgoztak ki a nem ionizáló sugárzás elleni védelemre, különös tekintettel a lézerekre és más nagy intenzitású optikai sugárforrásokra (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO)., NCRP és ICNIRP). Társszerzője a The Safety Handbook with Lasers and Other Optical Sources, New York, 1980. Dr. David Sleeney 2008 és 2009 között az Amerikai Fotobiológiai Társaság elnöke volt.

A David Sleeney által kidolgozott alapelvek alapozzák meg a mesterséges fényforrások fotobiológiai biztonságának modern módszerét. Ez a módszertani minta automatikusan átkerül a LED fényforrásokra. Követők és hallgatók nagy galaxisát emelte ki, akik továbbra is kiterjesztik ezt a módszertant a LED-es világításra. Írásaikban a kockázatok osztályozásán keresztül próbálják igazolni és népszerűsíteni a LED-es világítást.

Munkájukat a Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia és más LED-es világítástechnikai gyártók támogatják. Jelenleg a LED-világítás lehetőségeinek (és korlátainak) intenzív kutatása és elemzése a következőket foglalja magában:

• kormányzati szervek, mint például az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma, RF Energiaügyi Minisztérium;

• olyan állami szervezetek, mint az Észak-Amerikai Világítómérnöki Társaság (IESNA), a Szilárdtest-Világításért és Technológiákért Szövetség (ASSIST), a Nemzetközi Sötét Égszövetség (IDA) és az NP PSS RF;

• a legnagyobb gyártók Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia és

Orosz gyártók, Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• valamint számos kutatóintézet, egyetem, laboratórium: Lighting Research Center at Rensselaer Polytechnic Institute (LRC RPI), National Institute of Standards and Technology (NIST), American National Standard Institute (ANSI), valamint NIIIS im. AN Lodygin , VNISI őket. S. I. Vavilov.

A kékfény többletdózisának meghatározása szempontjából az "Optikai biztonsági LED világítás" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA pozíciópapír optikai biztonsági LED világítás_Final_July2011) munka érdekes. Ez az európai jelentés a napfény spektrumát hasonlítja össze mesterséges fényforrásokkal (izzólámpákkal, fénycsövekkel és LED-lámpákkal) az EN 62471 szabvány követelményeinek megfelelően. A higiéniai értékelés modern paradigmájának prizmáján keresztül tekintse meg az ebben az európai jelentésben bemutatott adatokat, hogy meghatározza a kék fény túlzott arányát a LED fehér fényforrás spektrumában. ábrán. Az 1. ábra egy fehér fényű LED spektrális mintáját mutatja, amely egy kék fényt kibocsátó kristályból és egy sárga fényporból áll, amely bevonattal fehér fényt állít elő.

ábrán. 1. Jelöljük azokat a referenciapontokat is, amelyekre a higiénikusnak figyelnie kell, amikor bármilyen forrásból származó fény spektrumát elemzi. Ebből a szempontból tekintsük a napfény spektrumát (2. ábra).

Az ábra azt mutatja, hogy a 4000 K és 6500 K közötti színhőmérséklet tartományban a "melanopszin kereszt" körülményei figyelhetők meg. A fény energiaspektrumán az amplitúdó (A) 480 nm-en mindig nagyobb kell legyen, mint a 460 nm-en és 450 nm-en lévő amplitúdó.

Ugyanakkor a 460 nm-es kék fény dózisa a 6500 K színhőmérsékletű napfény spektrumában 40%-kal nagyobb, mint a 4000 K színhőmérsékletű napfényé.

A "melanopszin kereszt" hatása jól látható a 3000 K színhőmérsékletű izzólámpák és LED-lámpák spektrumának összehasonlításából (3. ábra).

A kék fény többlet aránya a LED-spektrum spektrumában az izzólámpa spektrumában lévő kék fény arányához viszonyítva meghaladja az 55%-ot.

A fentiek figyelembevételével hasonlítsuk össze a Tc = 6500 K napfényt (David Sleaney szerint 6500 K a retina határ színhőmérséklete, egészségügyi szabványok szerint pedig 6000 K alatti) egy izzólámpa Tc = 2700 spektrumával. K és egy Tc = 4200 K LED-lámpa spektruma 500 lux megvilágítás mellett. (4. ábra).

Az ábra a következőket mutatja:

- A LED lámpa (Tc = 4200 K) 460 nm-rel nagyobb emisszióval rendelkezik, mint a napfény (6500 K);

- a LED-lámpa fényspektrumában (Tc = 4200 K) a 480 nm-en történő csökkenés nagyságrenddel (10-szer) nagyobb, mint a napfény spektrumában (6500 K);

- a LED-lámpa fényspektrumában (Tc = 4200 K) a dip 480 nm-es többszöröse, mint egy izzólámpa fényspektrumában (Tc = 2700 K).

Ismeretes, hogy LED-es megvilágítás mellett a szem pupillájának átmérője meghaladja a GOST R IEC 62471-2013 „Lámpák és lámparendszerek” szerinti határértékeket - 3 mm (7 mm2 terület). Fotobiológiai biztonság.

A 2. ábrán látható adatokból látható, hogy a 460 nm-es kék fény dózisa a napfény spektrumában 4000 K színhőmérséklet mellett sokkal kisebb, mint a 460 nm-es kék fény dózisa a napfény spektrumában 6500 K színhőmérséklet.

Ebből az következik, hogy a 4200 K színhőmérsékletű LED világítás spektrumában a 460 nm-es kék fény dózisa jelentősen (40%-kal) meghaladja a 460 nm-es kék fény dózisát a 4200 K színhőmérsékletű napfény spektrumában. 4000 K azonos megvilágítási szinten.

Ez a dóziskülönbség a kék fény többletdózisa LED-es világítás mellett az azonos színhőmérsékletű és adott megvilágítási szint melletti napfényhez viszonyítva. Ezt az adagot azonban ki kell egészíteni egy kék fény adaggal, amely a pupilla nem megfelelő vezérlése miatt keletkezik LED-es megvilágítási körülmények között, figyelembe véve a 460 nm-es kék fényt térfogatban és területen elnyelő pigmentek egyenetlen eloszlását. A kék fény túlzott dózisa a lebomlási folyamatok felgyorsulásához vezet, ami a napfénnyel összehasonlítva növeli a korai látásromlás kockázatát, minden egyéb tényező (adott megvilágítási szint, színhőmérséklet és a makula retina hatékony működése) mellett. stb.)

A szem szerkezetének élettani sajátosságai, amelyek befolyásolják a biztonságos fényérzékelést

A retinavédő áramkör napfényben jött létre. A napfény spektrumával megfelelően szabályozható a szempupillák bezárásához szükséges átmérője, ami a retina sejtjeit érő napfény dózisának csökkenéséhez vezet. A pupilla átmérője felnőtteknél 1,5-8 mm, ami körülbelül 30-szoros változást biztosít a retinára eső fény intenzitásában.

A szem pupillája átmérőjének csökkenése a kép fényvetítési területének csökkenéséhez vezet, ami nem haladja meg a retina közepén lévő "sárga folt" területét. A retinasejtek kékfénnyel szembeni védelmét a makula pigment (460 nm abszorpciós maximummal) látja el, amelynek kialakulásának saját evolúciós története van.

Újszülötteknél a makula területe világossárga színű, homályos kontúrokkal.

Három hónapos kortól makula reflex jelenik meg, és a sárga szín intenzitása csökken.

Egy évre a foveoláris reflex meghatározódik, a központ sötétebbé válik.

Három-öt éves korban a makula terület sárgás tónusa szinte összeolvad a központi retina területének rózsaszín vagy vörös tónusával.

A makula területét 7-10 éves és idősebb gyermekeknél, akárcsak a felnőtteknél, a retina vascularis központi területe és a fényreflexek határozzák meg. A "makulafolt" fogalma a holttestek szemének makroszkópos vizsgálatának eredményeként merült fel. A retina síkbeli preparátumain egy kis sárga folt látható. A retina ezen területét festő pigment kémiai összetétele sokáig ismeretlen volt.

Jelenleg két pigmentet izoláltak – a luteint és a lutein izomerjét, a zeaxantint, amelyeket makula pigmentnek vagy makula pigmentnek neveznek. A lutein szintje a magasabb rúdkoncentrációjú helyeken, a zeaxantin szintje a nagyobb koncentrációjú kúpok helyén magasabb. A lutein és a zeaxantin a karotinoidok családjába, a természetes növényi pigmentek csoportjába tartozik. A luteinnek két fontos funkciója van: először is elnyeli a szemre káros kék fényt; másodszor, antioxidáns, blokkolja és eltávolítja a fény hatására keletkező reaktív oxigénfajtákat. A makula lutein és zeaxantin tartalma egyenetlenül oszlik el a területen (legfeljebb a közepén, többször kevesebb a széleken), ami azt jelenti, hogy a kék fény elleni védelem (460 nm) minimális a széleken. Az életkor előrehaladtával a pigmentek mennyisége csökken, nem szintetizálódnak a szervezetben, csak táplálékból nyerhetők be, így a makula közepén a kék fény elleni védelem általános hatékonysága a táplálkozás minőségétől függ.

A nem megfelelő tanulókontroll hatása

ábrán. 5. egy általános séma egy halogén lámpa (a spektrum közel van a napsugárzás spektrumához) és egy LED lámpa fényfoltjának vetületeinek összehasonlítására. A LED-es lámpánál nagyobb a megvilágítási terület, mint a halogénlámpánál.

A kiosztott megvilágítási területek közötti különbséget arra használják, hogy kiszámítsák a pupilla LED-es megvilágítási körülmények közötti nem megfelelő szabályozásának hatásából származó további kék fény dózist, figyelembe véve a 460 nm-es kék fényt elnyelő pigmentek egyenetlen eloszlását térfogatban és területen.. A fehér LED-ek spektrumában a kék fény túlzott arányának kvalitatív értékelése a jövőben a kvantitatív értékelések módszertani alapjává válhat. Bár ebből világosan látszik az a technikai döntés, hogy a 480 nm-es rést be kell tölteni a "melanopszin kereszt" hatás kiküszöbölésének szintjéig. Ezt a megoldást feltalálói tanúsítvánnyal (LED fehér fényforrás kombinált távoli fotolumineszcens konvektorral. 2502917 sz. szabadalom 2011.12.30.) formálták. Ez biztosítja Oroszország elsőbbségét a biológiailag megfelelő spektrumú LED fehér fényforrások létrehozása terén.

Sajnos az Orosz Föderáció Ipari és Kereskedelmi Minisztériumának szakértői nem üdvözlik ezt az irányt, ezért nem kell finanszírozni az ilyen irányú munkát, amely nemcsak az általános világítást (iskolák, szülészeti kórházak stb.) érinti, hanem monitorok és autófényszórók háttérvilágítása is.

LED-es világítás esetén a szem pupillája átmérőjének nem megfelelő szabályozása következik be, ami feltételeket teremt a kék fény túlzott dózisának megszerzéséhez, ami negatívan befolyásolja a retina sejtjeit (ganglionsejtek) és ereit. A túlzott mennyiségű kék fény negatív hatását ezekre a struktúrákra a Biokémiai Fizikai Intézet munkái is megerősítették. N. M. Emanuel RAS és FANO.

A szempupilla átmérőjének nem megfelelő szabályozásának fentebb azonosított hatásai a fénycsövekre és az energiatakarékos lámpákra vonatkoznak (6. ábra). Ugyanakkor megnövekedett a 435 nm-es UV-fény aránya ("LED világítás optikai biztonsága" CELMA ‐ ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA pozíciópapír optikai biztonsági LED világítás_Final_Július 2011)).

Az amerikai iskolákban, valamint az orosz iskolákban végzett kísérletek és mérések során (SCCH RAMS, Gyermekek és Serdülők Higiéniai és Egészségvédelmi Kutatóintézete) azt találták, hogy a mesterséges színhőmérséklet korrelált színhőmérsékletének csökkenésével. fényforrások hatására megnő a szem pupillájának átmérője, ami megteremti a kék fény negatív hatásának előfeltételeit a retina sejtjein és ereiben. A mesterséges fényforrások korrelált színhőmérsékletének növekedésével a szem pupilla átmérője csökken, de nem éri el a pupilla átmérőjének értékeit napfényben.

A túlzott dózisú UV-kék fény a lebomlási folyamatok felgyorsulásához vezet, ami a napfényhez képest növeli a korai látásromlás kockázatát, minden más tényező változatlansága mellett.

A LED-világítás spektrumában megnövekedett kék dózis hatással van az emberi egészségre és a vizuális analizátor működésére, ami növeli a látás- és egészségkárosodás kockázatát munkaképes korban.

Biológiailag megfelelő fénnyel rendelkező félvezető fényforrások létrehozásának koncepciója

Az Orosz Föderáció Ipari és Kereskedelmi Minisztériumának és a Szkolkovói Innovációs Központ szakértőinek konzervativizmusával szemben a cikk szerzői által kidolgozott, biológiailag megfelelő fényű, félvezető fehér fényforrások létrehozásának koncepciója szerte a világon egyre több támogatót nyer. világ. Például Japánban a Toshiba Material Co., LTD LED-eket hozott létre TRI-R technológiával (7. ábra).

Az ibolyakristályok és foszforok ilyen kombinációja lehetővé teszi a különböző színhőmérsékletű napfény spektrumához közeli spektrumú LED-ek szintetizálását, valamint a LED-spektrum fenti hiányosságainak kiküszöbölését (sárga foszforral bevont kék kristály).

ábrán. nyolc.bemutatja a napfény spektrumának (TK = 6500 K) összehasonlítását a LED-ek spektrumával TRI-R technológiával és technológiával (sárga foszforral bevont kék kristály).

A bemutatott adatok elemzéséből látható, hogy a TRI-R technológiát alkalmazó LED-ek fehér fényspektrumában a 480 nm-es rés megszűnik, és nincs többlet kékdózis.

Tehát állami feladat egy bizonyos spektrumú fény emberi egészségre gyakorolt hatásának mechanizmusainak feltárására irányuló kutatás. E mechanizmusok figyelmen kívül hagyása több milliárd dolláros költséghez vezet.

következtetéseket

Az Egészségügyi Szabályzat a világítástechnikai normatív dokumentumokból rögzíti a normákat az európai szabványok lefordításával. Ezeket a szabványokat olyan szakemberek alkotják, akik nem mindig függetlenek, és saját nemzeti műszaki politikájukat (nemzeti üzletüket) végzik, amely gyakran nem esik egybe Oroszország nemzeti műszaki politikájával.

LED-es világítás esetén a szempupilla átmérőjének nem megfelelő szabályozása következik be, ami kétségbe vonja a GOST R IEC 62471-2013 szerinti fotobiológiai értékelések helyességét.

Az állam nem finanszíroz fejlett kutatásokat a technológia emberi egészségre gyakorolt hatásáról, ezért a higiénikusok kénytelenek a normákat és követelményeket a transzfertechnológiai üzletág által támogatott technológiákhoz igazítani.

A LED-lámpák és PC-képernyők fejlesztésének műszaki megoldásaiban figyelembe kell venni a szem és az emberi egészség biztonságát, intézkedéseket kell tenni a „melanopszin kereszt” hatásának kiküszöbölésére, amely minden jelenleg létező energiatakarékos fényforrásnál és háttérvilágításnál előfordul. információs megjelenítő eszközök.

A fehér LED-ekkel (kék kristály és sárga fényporral) ellátott LED-es világítás esetén, amelynek spektruma 480 nm-en van, a szempupilla átmérőjének szabályozása nem megfelelő.

A szülészeti kórházak, gyermekintézmények és iskolák számára biológiailag megfelelő fényspektrumú lámpákat kell kifejleszteni, figyelembe véve a gyermekek látási jellemzőit, és kötelező higiéniai tanúsításon kell átesni.

Következtetések röviden a szerkesztőtől:

1. A LED-ek nagyon fényesen bocsátanak ki kék és közeli UV-tartományban, és nagyon gyengén a kék színben.

2. A szem "méri" a fényerőt, hogy a pupillát nem a kék, hanem a kék szín szintjére szűkítse, ami gyakorlatilag hiányzik a fehér LED spektrumából, ezért a szem azt hiszi, hogy sötét és tágabbra nyitja a pupillát, ami oda vezet, hogy a retina sokszorosa több fényt (kék és UV) kap, mint a nap által megvilágított, és ez a fény "kiégeti" a szem fényérzékeny sejtjeit.

3. Ebben az esetben a túlzott kék fény a szemben a kép tisztaságának romlásához vezet. a retinán glóriával ellátott kép képződik.

4. A gyerekek szeme körülbelül egy nagyságrenddel átlátszóbb a kékre, mint az időseké, ezért a gyerekeknél sokszor intenzívebb a "kiégés" folyamata.

5. És ne felejtsd el, hogy a LED-ek nemcsak világítanak, hanem szinte minden képernyőt.

Ha még egy képet adunk, akkor a LED-ek szemkárosodása a hegyekben a vaksághoz hasonlít, ami az UV-sugárzás hóról való visszaverődéséből következik be, és csak borús időben veszélyesebb.

Felmerül a kérdés, mit tegyenek azok, akiknek már van LED világítása, szokás szerint, ismeretlen eredetű LED-ekből?

Két lehetőség jut eszembe:

1. Adjon hozzá további kék fényű (480 nm) megvilágítást.

2. Tegyen egy sárga szűrőt a lámpákra.

Az első lehetőség jobban tetszik, mert eladó kék (világoskék) LED szalagok 475nm sugárzással. Hogyan lehet ellenőrizni, hogy mi a tényleges hullámhossz?

A második lehetőség a fény egy részét "megeszi" és a lámpa halványabb lesz, ráadásul az sem ismert, hogy a kék melyik részét távolítjuk el.