Kuidas LED-id nägemist mõjutavad?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-16 16:03

Artiklis käsitletakse tingimusi sinise valguse liigse doosi tekkeks LED-valgustuses. Näidatakse, et vastavalt standardile GOST R IEC 62471-2013 tehtud fotobioloogilise ohutuse hinnangud vajavad täpsustamist, võttes arvesse silmapupilli läbimõõdu muutust LED-valgustuses ja valguse ruumilist jaotust. - neelab sinist valgust (460 nm) pigmenti võrkkesta makulas.

Esitatakse LED-valgustuse spektri sinise valguse liigdoosi arvutamise metoodilised põhimõtted päikesevalguse suhtes. Viidatakse, et täna on USA-s ja Jaapanis muutumas LED-valgustuse kontseptsioon ning luuakse valge valgusega LED-e, mis minimeerivad inimeste tervisekahjustuste riske. Eelkõige USA-s ei laiene see kontseptsioon mitte ainult üldvalgustusele, vaid ka arvutimonitoridele ja autode esituledele.

Tänapäeval võetakse LED-valgustid üha enam kasutusele koolides, lasteaedades ja meditsiiniasutustes. LED-valgustite fotobioloogilise ohutuse hindamiseks on GOST R IEC 62471-2013 “Lambid ja lambisüsteemid. Fotobioloogiline ohutus". Selle koostas Mordva Vabariigi riiklik ühtne ettevõte “A. N. nimeline valgusallikate teaduslik uurimisinstituut. Lodygin "(Mordva Vabariigi osariigi ühtne ettevõte NIIIS, mis on nimetatud AN Lodygini järgi") rahvusvahelise standardi IEC 62471: 2006 "Laternate ja lambisüsteemide fotobioloogiline ohutus" (IEC 62471: 2006) enda autentse vene keelde tõlke alusel. "Laternate ja lambisüsteemide fotobioloogiline ohutus") ja on sellega identne (vt punkti 4. GOST R IEC 62471-2013).

Selline standardi rakendamise ülekandmine viitab sellele, et Venemaal ei ole oma fotobioloogilise ohutuse erialakooli. Fotobioloogilise ohutuse hindamine on äärmiselt oluline laste (põlvkonna) turvalisuse tagamiseks ja riigi julgeolekut ähvardavate ohtude vähendamiseks.

Päikese- ja tehisvalgustuse võrdlev analüüs

Valgusallika fotobioloogilise ohutuse hindamine põhineb riskiteoorial ja võrkkesta ohtliku sinise valgusega kokkupuute piirväärtuste kvantifitseerimise metoodikal. Fotobioloogilise ohutuse näitajate piirväärtused on arvutatud pupilli läbimõõduga 3 mm (pupilli pindala 7 mm2) määratud kokkupuutepiiri jaoks. Nende silma pupilli läbimõõdu väärtuste jaoks määratakse funktsiooni B (λ) väärtused - sinise valguse kaalutud spektraalse ohu funktsioon, mille maksimum langeb spektraalse kiirguse vahemikku 435–440 nm.

Valguse negatiivse mõju riskiteooria ja fotobioloogilise ohutuse arvutamise metoodika töötati välja tehisvalgusallikate fotobioloogilise ohutuse rajaja dr David H. Sliney põhiliste artiklite alusel.

David H. Sliney on aastaid töötanud USA armee tervise edendamise ja ennetava meditsiini keskuse osakonnajuhatajana ning juhtinud fotobioloogilise ohutuse projekte. 2007. aastal lõpetas ta teenistuse ja läks pensionile. Tema uurimistöö keskendub teemadele, mis on seotud silmade UV-kiirguse, laserkiirguse ja kudede vastastikmõju, laserohtude ning laserite kasutamisega meditsiinis ja kirurgias. David Sleeney on olnud paljude komisjonide ja institutsioonide liige, konsultant ja esimees, kes on välja töötanud ohutusstandardid kaitseks mitteioniseeriva kiirguse, eelkõige laserite ja muude kõrge intensiivsusega optilise kiirguse allikate (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO) eest., NCRP ja ICNIRP). Ta kirjutas 1980. aastal New Yorki osariigis The Safety Handbook with Lasers and Other Optical Sources. Dr David Sleeney oli aastatel 2008–2009 Ameerika Fotobioloogia Seltsi presidendina.

David Sleeney välja töötatud aluspõhimõtted on tehisvalgusallikate fotobioloogilise ohutuse kaasaegse metoodika aluseks. See metoodiline muster kantakse automaatselt üle LED-valgusallikatele. See on kasvatanud suure hulga järgijaid ja õpilasi, kes jätkavad selle metoodika laiendamist LED-valgustusele. Oma kirjutistes püütakse LED-valgustust põhjendada ja propageerida riskide klassifitseerimise kaudu.

Nende tööd toetavad Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia ja teised LED-valgustite tootjad. Praegu hõlmab LED-valgustuse võimaluste (ja piirangute) intensiivse uurimise ja analüüsi valdkond:

• valitsusasutused, nagu USA energeetikaministeerium, RF energeetikaministeerium;

• avalikud organisatsioonid, nagu Põhja-Ameerika valgustustehnika selts (IESNA), tahkisvalgustuse ja tehnoloogiate liit (ASSIST), rahvusvaheline tumeda taeva ühendus (IDA) ja NP PSS RF;

• suurimad tootjad Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia ja

Venemaa tootjad Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• samuti mitmed uurimisasutused, ülikoolid, laborid: Rensselaeri polütehnilise instituudi valgustusuuringute keskus (LRC RPI), riiklik standardite ja tehnoloogia instituut (NIST), Ameerika riiklik standardiinstituut (ANSI), samuti NIIIS im. AN Lodygin , VNISI neid. S. I. Vavilov.

Sinise valguse liigdoosi määramise seisukohalt pakub huvi töö "Optiline ohutus-LED valgustus" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA positsioonipaber optiline ohutus LED valgustus_Final_July2011). Selles Euroopa aruandes võrreldakse päikesevalguse spektreid tehisvalgusallikatega (hõõg-, luminofoor- ja LED-lambid) vastavalt standardi EN 62471 nõuetele. Kaasake käesolevas Euroopa aruandes esitatud andmeid läbi kaasaegse hügieenilise hindamise paradigma prisma, et teha kindlaks sinise valguse liigne osakaal LED valge valgusallika spektris. Joonisel fig. 1 kujutab valge valguse LED-i spektraalmustrit, mis koosneb sinist valgust kiirgavast kristallist ja kollasest fosforist, millega see on kaetud valge valguse tekitamiseks.

Joonisel fig. 1. Samuti on näidatud võrdluspunktid, millele hügienist peaks mis tahes allikast lähtuva valguse spektri analüüsimisel tähelepanu pöörama. Sellest vaatenurgast vaadeldakse päikesevalguse spektreid (joonis 2).

Joonisel on näha, et värvitemperatuuri vahemikus 4000 K kuni 6500 K järgitakse "melanopsiini risti" tingimusi. Valguse energiaspektris peab amplituud (A) 480 nm juures alati olema suurem kui amplituud lainepikkustel 460 nm ja 450 nm.

Samal ajal on sinise valguse doos 460 nm päikesevalguse spektris, mille värvustemperatuur on 6500 K, 40% suurem kui päikesevalguse doos, mille värvustemperatuur on 4000 K.

"Melanopsiinristi" mõju on selgelt näha 3000 K värvitemperatuuriga hõõglampide ja LED-lampide spektrite võrdlusest (joonis 3).

Sinise valguse liigne osakaal LED-spektri spektris võrreldes sinise valguse osakaaluga hõõglambi spektris ületab enam kui 55%.

Arvestades eeltoodut, võrdleme päikesevalgust Tc = 6500 K (6500 K on võrkkesta piirvärvitemperatuur David Sleaney järgi ja sanitaarstandardite järgi alla 6000 K) hõõglambi spektriga Tc = 2700 K ja LED-lambi spekter, mille Tc = 4200 K valgustustasemel 500 luksi. (joon. 4).

Joonis näitab järgmist:

- LED-lambi (Tc = 4200 K) emissioon on 460 nm võrra suurem kui päikesevalgusel (6500 K);

- LED-lambi valgusspektris (Tc = 4200 K) on langus 480 nm juures suurusjärgu (10 korda) suurem kui päikesevalguse spektris (6500 K);

- LED-lambi valgusspektris (Tc = 4200 K) on langus 480 nm kordades suurem kui hõõglambi valgusspektris (Tc = 2700 K).

On teada, et LED-valgustuse korral ületab silma pupilli läbimõõt standardi GOST R IEC 62471-2013 "Lambid ja lambisüsteemid" järgi piirväärtusi - 3 mm (pindala 7 mm2). Fotobioloogiline ohutus".

Joonisel 2 näidatud andmetest on näha, et 460 nm sinise valguse doos päikesevalguse spektris värvitemperatuuril 4000 K on palju väiksem kui 460 nm sinise valguse doos päikesevalguse spektris värvitemperatuur 6500 K.

Sellest järeldub, et 460 nm sinise valguse doos LED-valgustuse spektris, mille värvustemperatuur on 4200 K, ületab oluliselt (40%) 460 nm sinise valguse doosi päikesevalguse spektris, mille värvustemperatuur on 4000 K samal valgustustasemel.

See erinevus annuste vahel on sinise valguse liigne doos LED-valgustuses sama värvitemperatuuri ja teatud valgustuse tasemega päikesevalguse suhtes. Kuid sellele annusele tuleks lisada sinise valguse annus, mis tuleneb õpilase ebapiisavast kontrollist LED-valgustuse tingimustes, võttes arvesse pigmentide ebaühtlast jaotumist, mis neelavad 460 nm sinist valgust ruumala ja pindala poolest. See on sinise valguse ülemäärane annus, mis põhjustab lagunemisprotsesside kiirenemist, mis suurendab varajase nägemiskahjustuse riski võrreldes päikesevalgusega, kui kõik muud tegurid on võrdsed (teatud valgustuse tase, värvitemperatuur ja maakula võrkkesta tõhus töö, jne.)

Silma ehituse füsioloogilised omadused, mis mõjutavad ohutut valguse tajumist

Võrkkesta kaitseahel moodustati päikesevalguse käes. Päikesevalguse spektriga on adekvaatne kontroll silma pupillide läbimõõdu üle, mis sulgub, mis viib võrkkesta rakkudeni jõudva päikesevalguse doosi vähenemiseni. Pupilli läbimõõt täiskasvanul varieerub 1,5–8 mm, mis muudab võrkkestale langeva valguse intensiivsust umbes 30 korda.

Silma pupilli läbimõõdu vähenemine viib pildi valguse projektsiooni ala vähenemiseni, mis ei ületa võrkkesta keskosas oleva "kollase laigu" pindala. Võrkkesta rakkude kaitset sinise valguse eest teostab kollatähni pigment (neeldumismaksimum 460 nm) ja mille tekkel on oma evolutsiooniline ajalugu.

Vastsündinutel on makula piirkond helekollane, ebaselgete kontuuridega.

Alates kolme kuu vanusest ilmneb makulaarne refleks ja kollase värvuse intensiivsus väheneb.

Aastaks määratakse foveolaarne refleks, keskus muutub tumedamaks.

Kolme-viieaastaselt sulandub kollakas kollakas kollakas toon võrkkesta keskpiirkonna roosa või punase tooniga.

7-10-aastastel ja vanematel lastel, nagu ka täiskasvanutel, määravad kollatähni piirkonna avaskulaarne võrkkesta keskpiirkond ja valgusrefleksid. Mõiste "tähnitäpp" tekkis surnusilmade makroskoopilise uurimise tulemusena. Võrkkesta tasapinnalistel preparaatidel on näha väike kollane laik. Seda võrkkesta piirkonda värviva pigmendi keemilist koostist ei olnud pikka aega teada.

Praeguseks on eraldatud kaks pigmenti – luteiin ja luteiini isomeer zeaksantiin, mida nimetatakse makulapigmendiks ehk maakula pigmendiks. Luteiini tase on kõrgem varraste suurema kontsentratsiooniga kohtades, zeaksantiini tase on kõrgem koonuste suurema kontsentratsiooniga kohtades. Luteiin ja zeaksantiin kuuluvad karotenoidide perekonda, looduslike taimsete pigmentide rühma. Luteiinil arvatakse olevat kaks olulist funktsiooni: esiteks neelab see silmadele kahjuliku sinise valguse; teiseks on see antioksüdant, blokeerib ja eemaldab valguse mõjul tekkinud reaktiivsed hapnikuühendid. Luteiini ja zeaksantiini sisaldus kollatähnis on jaotunud ebaühtlaselt üle piirkonna (keskmes maksimaalselt ja äärtes mitu korda vähem), mis tähendab, et kaitse sinise valguse eest (460 nm) on servades minimaalne. Vanuse kasvades pigmentide hulk väheneb, organismis neid ei sünteesita, neid saab ainult toidust, mistõttu kollatähni keskkoha sinise valguse eest kaitsmise üldine tõhusus sõltub toitumise kvaliteedist.

Ebapiisava õpilase kontrolli mõju

Joonisel fig. 5. on üldskeem halogeenlambi (spekter on päikesespektrile lähedane) ja LED-lambi valgustäpi projektsioonide võrdlemiseks. LED-valgusega on valgustusala suurem kui halogeenlambi puhul.

Eraldatud valgustusalade erinevust kasutatakse sinise valguse lisaannuse arvutamiseks, mis tuleneb õpilase ebapiisavast juhtimisest LED-valgustuse tingimustes, võttes arvesse pigmentide ebaühtlast jaotumist, mis neelavad 460 nm sinist valgust ruumala ja pindala poolest.. See sinise valguse liigse osakaalu kvalitatiivne hindamine valgete LED-de spektris võib saada tulevikus kvantitatiivsete hindamiste metoodiliseks aluseks. Kuigi sellest on selge tehniline otsus vajaduse kohta täita lünk 480 nm piirkonnas "melanopsiini risti" efekti kõrvaldamise tasemeni. See lahendus vormistati leiutaja sertifikaadi vormis (LED valge valgusallikas kombineeritud kaugluminestsentskonvektoriga. Patent nr 2502917 dateeritud 30.12.2011.). See tagab Venemaa prioriteedi bioloogiliselt piisava spektriga LED valgete valgusallikate loomise vallas.

Kahjuks ei tervita Vene Föderatsiooni Tööstus- ja Kaubandusministeeriumi eksperdid seda suunda, mistõttu on põhjust mitte rahastada sellesuunalist tööd, mis ei puuduta ainult üldvalgustust (koolid, sünnitusmajad jne), vaid ka monitoride ja autotulede taustvalgustus.

LED-valgustuse korral tekib silma pupilli läbimõõdu ebapiisav kontroll, mis loob tingimused sinise valguse liigse annuse saamiseks, mis mõjutab negatiivselt võrkkesta rakke (ganglionrakud) ja selle veresooni. Sinise valguse liigse annuse negatiivset mõju nendele struktuuridele kinnitasid Biokeemilise Füüsika Instituudi tööd. N. M. Emanuel RAS ja FANO.

Silma pupilli läbimõõdu ebapiisava kontrolli ülaltoodud mõjud kehtivad luminofoor- ja säästulampide kohta (joonis 6). Samal ajal on suurenenud UV-valguse osakaal lainepikkusel 435 nm ("LED-valgustuse optiline ohutus" CELMA ‐ ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA positsioonipaber optiline ohutus LED valgustus_Final_July2011)).

USA koolides, aga ka vene koolides (laste ja noorukite hügieeni ja tervisekaitse uurimisinstituut, SCCH RAMS) läbiviidud katsete ja mõõtmiste käigus leiti, et tehisliku värvi korrelatsioonitemperatuuri langusega. valgusallikate mõjul suureneb silma pupilli läbimõõt, mis loob eeldused võrkkesta rakkudele ja veresoontele negatiivseks kokkupuuteks sinise valgusega. Kunstlike valgusallikate korrelatsioonivärvitemperatuuri tõusuga silma pupilli läbimõõt väheneb, kuid ei jõua päikesevalguse käes pupilli läbimõõdu väärtusteni.

Liigne annus UV-sinist valgust põhjustab lagunemisprotsesside kiirenemist, mis suurendab varajase nägemiskahjustuse riski võrreldes päikesevalgusega, kui kõik muud asjad on võrdsed.

Suurenenud sinise annus LED-valgustuse spektris mõjutab inimese tervist ja visuaalse analüsaatori tööd, mis suurendab nägemis- ja tervisepuude riske tööeas.

Bioloogiliselt piisava valgusega pooljuhtvalgusallikate loomise kontseptsioon

Vastupidiselt Vene Föderatsiooni tööstus- ja kaubandusministeeriumi ning Skolkovo innovatsioonikeskuse ekspertide konservatiivsusele kogub artikli autorite poolt välja töötatud bioloogiliselt piisava valgusega pooljuhtvalge valgusallikate loomise kontseptsioon poolehoidu kogu maailmas. maailmas. Näiteks Jaapanis on Toshiba Material Co., LTD loonud LED-id, kasutades TRI-R tehnoloogiat (joonis 7).

Selline violetsete kristallide ja luminofooride kombinatsioon võimaldab sünteesida erineva värvitemperatuuriga päikesevalguse spektrile lähedase spektriga LED-e ning kõrvaldada ülaltoodud puudused LED-spektris (kollase fosforiga kaetud sinine kristall).

Joonisel fig. kaheksa.esitab päikesevalguse spektri (TK = 6500 K) võrdluse LED-ide spektritega, kasutades TRI-R tehnoloogiat ja tehnoloogiat (kollase fosforiga kaetud sinine kristall).

Esitatud andmete analüüsist on näha, et TRI-R tehnoloogiat kasutavate LED-ide valge valguse spektris on 480 nm juures tühimik elimineeritud ja sinist liigset doosi ei esine.

Seega on uuringute läbiviimine teatud spektriga valguse mõju mehhanismide väljaselgitamiseks inimeste tervisele riigi ülesanne. Nende mehhanismide eiramine toob kaasa miljardeid dollareid kulusid.

järeldused

Sanitaarreeglid fikseerivad normid valgustuse tehnilistest normdokumentidest, tõlkides Euroopa standardid. Need standardid koostavad spetsialistid, kes ei ole alati sõltumatud ja viivad ellu oma riiklikku tehnilist poliitikat (riiklikku äri), mis sageli ei kattu Venemaa riikliku tehnilise poliitikaga.

LED-valgustuse korral on silma pupillide läbimõõdu ebapiisav kontroll, mis seab kahtluse alla fotobioloogiliste hinnangute õigsuse vastavalt standardile GOST R IEC 62471-2013.

Riik ei rahasta kõrgtasemel teadusuuringuid tehnoloogia mõjust inimese tervisele, mistõttu on hügienistid sunnitud kohandama norme ja nõudeid tehnoloogiate ülekandeäriga propageeritavate tehnoloogiatega.

Tehnilised lahendused LED-lampide ja arvutiekraanide arendamiseks peaksid arvestama silmade ja inimeste tervise ohutuse tagamisega, võtma meetmeid "melanopsiinristi" efekti kõrvaldamiseks, mis ilmneb kõigi praegu olemasolevate energiasäästlike valgusallikate ja taustvalgustuse korral. teabe kuvamisseadmetest.

Valgete LED-idega (sinine kristall ja kollane luminofoor) LED-valgustuse korral, mille spektri vahe on 480 nm juures, on silmapupilli läbimõõdu kontroll ebapiisav.

Sünnitusmajade, lasteasutuste ja koolide jaoks tuleks välja töötada bioloogiliselt piisava valgusspektriga lambid, võttes arvesse laste nägemise omadusi, ja need peavad läbima kohustusliku hügieenisertifikaadi.

Lühidalt toimetaja järeldused:

1. LED-id kiirgavad väga eredalt sinises ja UV-lähedastes piirkondades ning väga nõrgalt sinises.

2. Silm "mõõdab" heledust, et kitsendada pupilli mitte sinise, vaid sinise värvi võrra, mis valge LED-i spektris praktiliselt puudub, seetõttu "arvab" silm, et see on tume ja avab pupilli laiemaks, mis viib selleni, et võrkkest saab kordades rohkem valgust (sinist ja UV-d) kui päikese käes valgustades ning see valgus "põleb läbi" silma valgustundlikud rakud.

3. Sel juhul põhjustab liigne sinine valgus silmas pildi selguse halvenemist. võrkkestale tekib haloga pilt.

4. Laste silm on umbes suurusjärgu võrra läbipaistvam kuni siniseni kui eakatel, seetõttu on lastel "läbipõlemisprotsess" kordades intensiivsem.

5. Ja ärge unustage, et LED-id pole mitte ainult valgustus, vaid nüüd peaaegu kõik ekraanid.

Kui anda veel üks pilt, siis LED-idest tulenev silmakahjustus sarnaneb mägedes pimedusega, mis tekib UV-kiirguse peegeldumisel lumelt ja on ohtlikum just pilvise ilmaga.

Tekib küsimus, mida teha neile, kellel on juba LED valgustus, nagu ikka, teadmata päritolu LED-idest?

Kaks võimalust tuleb meelde:

1. Lisage täiendav sinine valgus (480 nm).

2. Asetage lampidele kollane filter.

Mulle meeldib esimene variant rohkem, sest müügil on sinised (helesinised) LED ribad 475nm kiirgusega. Kuidas kontrollida, milline on tegelik lainepikkus?

Teine variant "sööb" osa valgusest ära ja lamp on tuhmim ning pealegi pole ka teada, millise osa sinisest eemaldame.