Jak LED ovlivňují vidění?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Článek pojednává o podmínkách vzniku nadměrné dávky modrého světla pod LED osvětlením. Ukazuje se, že hodnocení fotobiologické bezpečnosti, prováděné v souladu s GOST R IEC 62471-2013, je třeba objasnit s ohledem na změnu průměrů zornice pod osvětlením LED a prostorové rozložení světla. -absorbující pigment modrého světla (460 nm) v makule sítnice.

Jsou uvedeny metodické principy výpočtu nadměrné dávky modrého světla ve spektru LED osvětlení ve vztahu ke slunečnímu záření. Je naznačeno, že dnes se v USA a Japonsku koncept LED osvětlení mění a vznikají LED diody s bílým světlem, které minimalizují rizika poškození lidského zdraví. Zejména ve Spojených státech se tento koncept rozšiřuje nejen na obecné osvětlení, ale také na počítačové monitory a světlomety automobilů.

V dnešní době se LED osvětlení stále více zavádí do škol, školek a zdravotnických zařízení. Pro posouzení fotobiologické bezpečnosti LED svítidel, GOST R IEC 62471-2013 „Svítidla a světelné systémy. Fotobiologická bezpečnost“. Byl připraven Státním jednotným podnikem Republiky Mordovia „Vědecký výzkumný ústav světelných zdrojů pojmenovaný po A. N. Lodygin "(Státní jednotný podnik Republiky Mordovia NIIIS pojmenovaný po AN Lodygin") na základě vlastního autentického překladu do ruštiny mezinárodní normy IEC 62471: 2006 "Fotobiologická bezpečnost lamp a lampových systémů" (IEC 62471: 2006 "Fotobiologická bezpečnost svítidel a světelných systémů") a je s ní identická (viz bod 4. GOST R IEC 62471-2013).

Takový přenos standardní implementace naznačuje, že Rusko nemá vlastní odbornou školu pro fotobiologickou bezpečnost. Hodnocení fotobiologické bezpečnosti je nesmírně důležité pro zajištění bezpečnosti dětí (generace) a snížení ohrožení národní bezpečnosti.

Srovnávací analýza slunečního a umělého osvětlení

Hodnocení fotobiologické bezpečnosti světelného zdroje je založeno na teorii rizik a metodice kvantifikace limitních hodnot expozice nebezpečnému modrému světlu na sítnici. Mezní hodnoty ukazatelů fotobiologické bezpečnosti jsou vypočteny pro stanovený expoziční limit průměru zornice 3 mm (plocha zornice 7 mm2). Pro tyto hodnoty průměru oční pupily jsou určeny hodnoty funkce B (λ) - vážená spektrální riziková funkce z modrého světla, jejíž maximum spadá do rozsahu spektrálního záření 435-440 nm.

Teorie rizik negativních účinků světla a metodika výpočtu fotobiologické bezpečnosti byla vypracována na základě zásadních článků zakladatele fotobiologické bezpečnosti umělých světelných zdrojů Dr. Davida H. Slineyho.

David H. Sliney mnoho let sloužil jako ředitel divize v Centru pro podporu zdraví a preventivní medicínu americké armády a vedl projekty v oblasti fotobiologické bezpečnosti. V roce 2007 ukončil službu a odešel do důchodu. Jeho výzkumné zájmy se zaměřují na témata související s vystavením očí UV záření, laserovým zářením a interakcí tkání, riziky laseru a používáním laserů v medicíně a chirurgii. David Sleeney působil jako člen, konzultant a předseda řady komisí a institucí, které vypracovaly bezpečnostní standardy pro ochranu před neionizujícím zářením, zejména lasery a dalšími vysoce intenzivními zdroji optického záření (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO, NCRP a ICNIRP). Je spoluautorem The Safety Handbook with Lasers and Other Optical Sources, New York, 1980. V letech 2008-2009 působil Dr. David Sleeney jako prezident Americké společnosti pro fotobiologii.

Základní principy vyvinuté Davidem Sleeneym jsou základem moderní metodologie pro fotobiologickou bezpečnost zdrojů umělého světla. Tento metodický vzorec se automaticky přenáší na světelné zdroje LED. Vzbudila velkou galaxii následovníků a studentů, kteří pokračují v rozšiřování této metodiky na LED osvětlení. Ve svých spisech se snaží zdůvodnit a propagovat LED osvětlení prostřednictvím klasifikace rizik.

Jejich práci podporují Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia a další výrobci LED osvětlení. V současné době oblast intenzivního výzkumu a analýzy možností (a omezení) v oblasti LED osvětlení zahrnuje:

• vládní agentury, jako je Ministerstvo energetiky USA, Ministerstvo energetiky RF;

• veřejné organizace, jako je Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), Alliance for Solid-State Illumination and Technologies (ASSIST), International Dark-Sky Assosiation (IDA) a NP PSS RF;

• největší výrobci Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia a

ruští výrobci Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• stejně jako řada výzkumných ústavů, univerzit, laboratoří: Lighting Research Center na Rensselaer Polytechnic Institute (LRC RPI), National Institute of Standards and Technology (NIST), American National Standard Institute (ANSI), stejně jako NIIIS im. AN Lodygin , VNISI je. S. I. Vavilov.

Z hlediska stanovení nadměrné dávky modrého světla je zajímavá práce "Optické bezpečnostní LED osvětlení" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA poziční papír optické bezpečnostní LED osvětlení_Konečný_červenec2011). Tato evropská zpráva porovnává spektra slunečního světla s umělými zdroji světla (žárovky, zářivky a LED žárovky) v souladu s požadavkem EN 62471. Prizmatem moderního paradigmatu hygienického hodnocení vezměte v úvahu údaje uvedené v této evropské zprávě, abyste určili nadměrný podíl modrého světla ve spektru zdroje bílého světla LED. Na Obr. 1 ukazuje spektrální vzor bílé světelné LED, která se skládá z krystalu emitujícího modré světlo a žlutého fosforu, kterým je potažena, aby produkovala bílé světlo.

Na Obr. 1. Dále jsou uvedeny referenční body, kterým by měl hygienik věnovat pozornost při analýze spektra světla z jakéhokoli zdroje. Z tohoto pohledu uvažujte spektra slunečního světla (obr. 2).

Obrázek ukazuje, že v rozsahu barevné teploty od 4000 K do 6500 K jsou dodržovány podmínky „melanopsinového křížení“. Na energetickém spektru světla musí být amplituda (A) při 480 nm vždy větší než amplituda při 460 nm a 450 nm.

Zároveň je dávka modrého světla 460 nm ve spektru slunečního světla s barevnou teplotou 6500 K o 40 % vyšší než u slunečního světla s barevnou teplotou 4000 K.

Efekt „melanopsinového kříže“je dobře patrný ze srovnání spekter žárovek a LED svítidel s barevnou teplotou 3000 K (obr. 3).

Přebytek modrého světla ve spektru spektra LED ve vztahu k podílu modrého světla ve spektru žárovky přesahuje více než 55 %.

S ohledem na výše uvedené srovnejme sluneční světlo při Tc = 6500 K (6500 K je limitní barevná teplota pro sítnici podle Davida Sleaneyho a podle hygienických norem je to méně než 6000 K) se spektrem žárovky Tc = 2700 K a spektrum LED lampy s Tc = 4200 K při úrovni osvětlení 500 luxů. (obr. 4).

Obrázek ukazuje následující:

- LED lampa (Tc = 4200 K) má emisi o 460 nm vyšší než sluneční světlo (6500 K);

- ve světelném spektru LED lampy (Tc = 4200 K) je pokles při 480 nm řádově (10krát) větší než ve spektru slunečního světla (6500 K);

- ve světelném spektru LED žárovky (Tc = 4200 K) je pokles 480 nm několikanásobně větší než ve světelném spektru žárovky (Tc = 2700 K).

Je známo, že při osvětlení LED překračuje průměr zornice mezní hodnoty - 3 mm (plocha 7 mm2) podle GOST R IEC 62471-2013 „Svítidla a světelné systémy. Fotobiologická bezpečnost“.

Z údajů uvedených na obr. 2 je vidět, že dávka modrého světla 460 nm ve spektru slunečního záření pro barevnou teplotu 4000 K je mnohem menší než dávka modrého světla 460 nm ve spektru slunečního záření při barevná teplota 6500 K.

Z toho vyplývá, že dávka 460 nm modrého světla ve spektru LED osvětlení s barevnou teplotou 4200 K výrazně (o 40 %) převýší dávku 460 nm modrého světla ve spektru slunečního světla s barevnou teplotou 4000 K při stejné úrovni osvětlení.

Tento rozdíl mezi dávkami je přebytečná dávka modrého světla pod osvětlením LED vzhledem ke slunečnímu světlu se stejnou barevnou teplotou a danou úrovní osvětlení. Ale tato dávka by měla být doplněna dávkou modrého světla z efektu nedostatečné kontroly zornice v podmínkách LED osvětlení s přihlédnutím k nerovnoměrnému rozložení pigmentů, které objemově a plošně absorbují 460 nm modré světlo. Jde o nadměrnou dávku modrého světla, která vede k urychlení degradačních procesů zvyšujících rizika časného zrakového postižení ve srovnání se slunečním zářením při zachování všech ostatních podmínek (daná úroveň osvětlení, barevná teplota a efektivní práce makulární sítnice, atd.)

Fyziologické vlastnosti struktury oka, ovlivňující bezpečné vnímání světla

Ochranný obvod sítnice byl vytvořen na slunečním světle. Se spektrem slunečního záření dochází k adekvátní kontrole průměru zornice k uzavření, což vede ke snížení dávky slunečního záření dopadajícího na buňky sítnice. Průměr zornice u dospělého se pohybuje od 1,5 do 8 mm, což zajišťuje změnu intenzity světla dopadajícího na sítnici asi 30krát.

Snížení průměru zornice oka vede ke zmenšení oblasti světelné projekce obrazu, která nepřesahuje oblast „žluté skvrny“ve středu sítnice. Ochranu buněk sítnice před modrým světlem zajišťuje makulární pigment (s absorpčním maximem 460 nm), jehož tvorba má svou vlastní evoluční historii.

U novorozenců je oblast makuly světle žlutá s nevýraznými obrysy.

Od tří měsíců věku se objevuje makulární reflex a snižuje se intenzita žlutého zbarvení.

Do jednoho roku je určen foveolární reflex, střed ztmavne.

Ve věku tří až pěti let nažloutlý tón makulární oblasti téměř splyne s růžovým nebo červeným tónem centrální oblasti sítnice.

Makulární oblast u dětí ve věku 7-10 let a starších, stejně jako u dospělých, je určena avaskulární centrální oblastí sítnice a světelnými reflexy. Pojem „makulární skvrna“vznikl jako výsledek makroskopického vyšetření kadaverózních očí. Na planárních preparátech sítnice je viditelná malá žlutá skvrna. Po dlouhou dobu nebylo chemické složení pigmentu, který barví tuto oblast sítnice, neznámé.

V současné době byly izolovány dva pigmenty – lutein a luteinový izomer zeaxanthin, které se nazývají makulární pigment, neboli makulární pigment. Hladina luteinu je vyšší v místech s vyšší koncentrací tyčinek, hladina zeaxantinu je vyšší v místech vyšší koncentrace čípků. Lutein a zeaxanthin patří do rodiny karotenoidů, což je skupina přírodních rostlinných pigmentů. Předpokládá se, že lutein má dvě důležité funkce: za prvé absorbuje modré světlo, které je škodlivé pro oči; za druhé je to antioxidant, blokuje a odstraňuje reaktivní formy kyslíku vzniklé vlivem světla. Obsah luteinu a zeaxantinu v makule je plošně nerovnoměrně rozložen (maximálně ve středu a několikanásobně méně na okrajích), což znamená, že ochrana proti modrému světlu (460 nm) je na okrajích minimální. S věkem množství pigmentů klesá, nejsou v těle syntetizovány, lze je získat pouze z potravy, takže celková účinnost ochrany před modrým světlem v centru makuly závisí na kvalitě výživy.

Vliv nedostatečné kontroly zornic

Na Obr. 5. je obecné schéma pro porovnání projekcí světelného bodu halogenové žárovky (spektrum je blízké slunečnímu spektru) a LED žárovky. S LED světlem je plocha osvětlení větší než u halogenové žárovky.

Rozdíl v přidělených plochách osvětlení slouží k výpočtu dodatečné dávky modrého světla z efektu nedostatečného ovládání zornice v podmínkách osvětlení LED s přihlédnutím k nerovnoměrnému rozložení pigmentů, které objemově a plošně absorbují 460 nm modré světlo.. Toto kvalitativní posouzení nadměrného podílu modrého světla ve spektru bílých LED se může v budoucnu stát metodickým podkladem pro kvantitativní hodnocení. I když z toho je zřejmé technické rozhodnutí o nutnosti vyplnit mezeru v oblasti 480 nm na úroveň eliminace efektu „melanopsin cross“. Toto řešení bylo formalizováno ve formě certifikátu vynálezce (LED zdroj bílého světla s kombinovaným dálkovým fotoluminiscenčním konvektorem. Patent č. 2502917 ze dne 30.12.2011.). To zajišťuje prioritu Ruska v oblasti vytváření LED zdrojů bílého světla s biologicky adekvátním spektrem.

Bohužel odborníci Ministerstva průmyslu a obchodu Ruské federace tento směr nevítají, což je důvod nefinancovat práce tímto směrem, které se týkají nejen obecného osvětlení (školy, porodnice atd.), ale také podsvícení monitorů a světlometů aut.

Při LED osvětlení dochází k nedostatečné kontrole průměru zornice oka, což vytváří podmínky pro získání nadměrné dávky modrého světla, které negativně ovlivňuje buňky sítnice (gangliové buňky) a její cévy. Negativní vliv nadměrné dávky modrého světla na tyto struktury potvrdily práce Ústavu biochemické fyziky. N. M. Emanuel RAS a FANO.

Výše uvedené účinky nedostatečné kontroly průměru oční pupily se týkají zářivek a úsporných zářivek (obr. 6). Zároveň dochází ke zvýšenému podílu UV světla na 435 nm ("Optická bezpečnost LED osvětlení" CELMA ‐ ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA poziční papír optická bezpečnost LED osvětlení_Konečný_červenec2011)).

V průběhu experimentů a měření prováděných na amerických školách a také na ruských školách (Výzkumný ústav hygieny a ochrany zdraví dětí a mladistvých, SCCH RAMS) bylo zjištěno, že s poklesem korelované barevné teploty umělých světelných zdrojů se zvětšuje průměr zornice, což vytváří předpoklady pro negativní expozici modrému světlu na buňky a cévy sítnice. Se zvýšením korelované barevné teploty zdrojů umělého světla se průměr zornice zmenšuje, ale nedosahuje hodnot průměru zornice na slunečním světle.

Nadměrná dávka UV modrého světla vede k urychlení degradačních procesů, které zvyšují rizika časného zrakového postižení ve srovnání se slunečním zářením, za jinak stejných podmínek.

Zvýšená dávka modré ve spektru LED osvětlení ovlivňuje lidské zdraví a fungování vizuálního analyzátoru, což zvyšuje rizika zrakového postižení a zdraví v produktivním věku.

Koncepce vytváření polovodičových světelných zdrojů s biologicky adekvátním světlem

Na rozdíl od konzervatismu odborníků z Ministerstva průmyslu a obchodu Ruské federace a Skolkovo Innovation Center si koncept vytváření polovodičových zdrojů bílého světla s biologicky adekvátním světlem pěstovaný autory článku získává příznivce po celém světě. svět. Například v Japonsku společnost Toshiba Material Co., LTD vytvořila LED pomocí technologie TRI-R (obr. 7).

Taková kombinace fialových krystalů a fosforu umožňuje syntetizovat LED se spektry blízkými spektru slunečního světla s různými barevnými teplotami a eliminovat výše uvedené nedostatky ve spektru LED (modrý krystal potažený žlutým fosforem).

Na Obr. osm.uvádí srovnání spektra slunečního záření (TK = 6500 K) se spektry LED pomocí technologie a technologie TRI-R (modrý krystal potažený žlutým fosforem).

Z analýzy prezentovaných dat je vidět, že ve spektru bílého světla LED pomocí technologie TRI-R je eliminována mezera na 480 nm a nedochází k přebytečné modré dávce.

Provádění výzkumu k identifikaci mechanismů účinku světla určitého spektra na lidské zdraví je tedy státním úkolem. Ignorování těchto mechanismů vede k miliardovým nákladům.

závěry

Sanitární řád zaznamenává normy z normativních dokumentů světelně technických norem překladem evropských norem. Tyto normy jsou tvořeny odborníky, kteří nejsou vždy nezávislí a provádějí svou vlastní národní technickou politiku (národní podnikání), která se často neshoduje s národní technickou politikou Ruska.

U LED osvětlení dochází k nedostatečné kontrole průměru oční zornice, což zpochybňuje správnost fotobiologických hodnocení podle GOST R IEC 62471-2013.

Stát nefinancuje pokročilý výzkum vlivu technologií na lidské zdraví, a proto jsou hygienici nuceni přizpůsobovat normy a požadavky technologiím, které prosazuje byznys s transferovými technologiemi.

Technická řešení pro vývoj LED svítidel a PC obrazovek by měla zohledňovat zajištění bezpečnosti očí a lidského zdraví, přijmout opatření k eliminaci efektu „melanopsinového kříže“, ke kterému dochází u všech aktuálně existujících energeticky úsporných světelných zdrojů a podsvícení informačních zobrazovacích zařízení.

Při LED osvětlení bílými LED (modrý krystal a žlutý fosfor), které mají mezeru ve spektru při 480 nm, dochází k nedostatečné kontrole průměru oční pupily.

Pro porodnice, dětské ústavy a školy by měly být vyvinuty lampy s biologicky adekvátním spektrem světla, které zohledňují vlastnosti zraku dětí, a musí projít povinnou hygienickou certifikací.

Krátké závěry redaktora:

1. LED diody vyzařují velmi jasně v modré a blízké UV oblasti a velmi slabě v modré.

2. Oko „měří“jas, aby zúžilo zornici o úroveň nikoli modré, ale modré barvy, která ve spektru bílé LED prakticky chybí, oko si tedy „myslí“, že je tmavé a otevírá zornici šíře, což vede k tomu, že na sítnici se dostává mnohonásobně více světla (modrého a UV) než při osvícení sluncem a toto světlo „spálí“světlocitlivé buňky oka.

3. V tomto případě vede nadbytek modrého světla v oku ke zhoršení jasnosti obrazu. na sítnici vzniká obraz se svatozáří.

4. Oko dětí je asi o řád průhlednější do modra než u starších lidí, proto je proces „vyhoření“u dětí mnohonásobně intenzivnější.

5. A nezapomeňte, že LED diody neosvětlují pouze, ale nyní téměř všechny obrazovky.

Pokud dáme ještě jeden snímek, pak poškození očí LED diodami je podobné slepotě v horách, ke které dochází odrazem UV od sněhu a je nebezpečnější právě při zatažené obloze.

Nabízí se otázka, co dělat pro ty, kteří již mají LED osvětlení, jako obvykle, z LED neznámého původu?

Napadají mě dvě možnosti:

1. Přidejte další osvětlení modrým světlem (480 nm).

2. Nasaďte na lampy žlutý filtr.

První možnost se mi líbí víc, protože jsou v prodeji modré (světle modré) LED pásky se 475nm zářením. Jak můžete zkontrolovat, jaká je skutečná vlnová délka?

Druhá možnost část světla „sežere“a lampa bude slabší a navíc se neví, jakou část modré odstraníme.