Bagaimanakah LED menjejaskan penglihatan?

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Artikel itu membincangkan syarat untuk pembentukan dos cahaya biru yang berlebihan di bawah pencahayaan LED. Ditunjukkan bahawa penilaian keselamatan fotobiologi, yang dijalankan mengikut GOST R IEC 62471-2013, perlu dijelaskan dengan mengambil kira perubahan diameter pupil mata di bawah pencahayaan LED dan pengedaran spatial cahaya. -menyerap pigmen cahaya biru (460 nm) dalam makula retina.

Prinsip metodologi pengiraan lebihan dos cahaya biru dalam spektrum pencahayaan LED berhubung dengan cahaya matahari dibentangkan. Ia menunjukkan bahawa hari ini di Amerika Syarikat dan Jepun konsep pencahayaan LED sedang berubah dan LED cahaya putih sedang dicipta yang meminimumkan risiko kerosakan kesihatan manusia. Di Amerika Syarikat khususnya, konsep ini meluas bukan sahaja kepada pencahayaan umum, tetapi juga kepada monitor komputer dan lampu depan kereta.

Pada masa kini, lampu LED semakin diperkenalkan di sekolah, tadika dan institusi perubatan. Untuk menilai keselamatan fotobiologi luminair LED, GOST R IEC 62471-2013 “Lampu dan sistem lampu. Keselamatan fotobiologi ". Ia telah disediakan oleh State Unitary Enterprise of the Republic of Mordovia "Institut Penyelidikan Saintifik Sumber Cahaya yang dinamakan sempena A. N. Lodygin "(Perusahaan Kesatuan Negeri Republik Mordovia NIIIS dinamakan sempena AN Lodygin") berdasarkan terjemahan sahihnya sendiri ke dalam bahasa Rusia piawaian antarabangsa IEC 62471: 2006 "Keselamatan fotobiologi lampu dan sistem lampu" (IEC 62471: 2006 "Keselamatan fotobiologi lampu dan sistem lampu ") dan adalah sama dengannya (lihat klausa 4. GOST R IEC 62471-2013).

Pemindahan pelaksanaan standard sedemikian menunjukkan bahawa Rusia tidak mempunyai sekolah profesional sendiri untuk keselamatan fotobiologi. Penilaian keselamatan fotobiologi amat penting untuk memastikan keselamatan kanak-kanak (generasi) dan mengurangkan ancaman kepada keselamatan negara.

Analisis perbandingan pencahayaan solar dan buatan

Penilaian keselamatan fotobiologi sumber cahaya adalah berdasarkan teori risiko dan metodologi untuk mengukur nilai had pendedahan kepada cahaya biru berbahaya pada retina. Nilai mengehadkan penunjuk keselamatan fotobiologi dikira untuk had pendedahan tertentu diameter murid 3 mm (kawasan murid 7 mm2). Untuk nilai diameter pupil mata ini, nilai fungsi B (λ) ditentukan - fungsi bahaya spektrum berwajaran dari cahaya biru, yang maksimumnya jatuh pada julat sinaran spektrum 435-440 nm.

Teori risiko kesan negatif cahaya dan metodologi untuk mengira keselamatan fotobiologi telah dibangunkan berdasarkan artikel asas pengasas keselamatan fotobiologi sumber cahaya buatan, Dr. David H. Sliney.

David H. Sliney telah berkhidmat selama bertahun-tahun sebagai Pengurus Bahagian di Pusat Promosi Kesihatan dan Perubatan Pencegahan Tentera AS dan telah mengetuai projek keselamatan fotobiologi. Pada tahun 2007 beliau menamatkan perkhidmatannya dan bersara. Minat penyelidikannya tertumpu pada subjek yang berkaitan dengan pendedahan UV kepada mata, sinaran laser dan interaksi tisu, bahaya laser, dan penggunaan laser dalam perubatan dan pembedahan. David Sleeney telah berkhidmat sebagai ahli, perunding dan pengerusi pelbagai suruhanjaya dan institusi yang telah membangunkan piawaian keselamatan untuk perlindungan terhadap sinaran bukan pengion, khususnya laser dan sumber sinaran optik berintensiti tinggi lain (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO, NCRP dan ICNIRP). Beliau mengarang bersama Buku Panduan Keselamatan dengan Laser dan Sumber Optik Lain, New York, 1980. Dari 2008-2009, Dr. David Sleeney berkhidmat sebagai Presiden Persatuan Fotobiologi Amerika.

Prinsip asas yang dibangunkan oleh David Sleeney mendasari metodologi moden untuk keselamatan fotobiologi sumber cahaya buatan. Corak metodologi ini dipindahkan secara automatik ke sumber cahaya LED. Ia telah meningkatkan galaksi besar pengikut dan pelajar yang terus melanjutkan metodologi ini kepada pencahayaan LED. Dalam tulisan mereka, mereka cuba mewajarkan dan mempromosikan pencahayaan LED melalui klasifikasi risiko.

Kerja mereka disokong oleh Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia dan pengeluar lampu LED yang lain. Pada masa ini, bidang penyelidikan intensif dan analisis kemungkinan (dan batasan) dalam bidang pencahayaan LED melibatkan:

• agensi kerajaan seperti Jabatan Tenaga AS, Kementerian Tenaga RF;

• organisasi awam seperti Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), Alliance for Solid-State Illumination and Technologies (ASSIST), International Dark-Sky Assosiation (IDA) dan NP PSS RF;

• pengeluar terbesar Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia dan

Pengeluar Rusia Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• serta beberapa institut penyelidikan, universiti, makmal: Pusat Penyelidikan Pencahayaan di Institut Politeknik Rensselaer (LRC RPI), Institut Piawaian dan Teknologi Kebangsaan (NIST), Institut Piawaian Kebangsaan Amerika (ANSI), serta NIIIS im. AN Lodygin , VNISI mereka. S. I. Vavilov.

Dari sudut pandangan untuk menentukan lebihan dos cahaya biru, kerja "Pencahayaan LED keselamatan optik" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA kertas kedudukan lampu LED keselamatan optik_Final_July2011) adalah menarik. Laporan Eropah ini membandingkan spektrum cahaya matahari dengan sumber cahaya buatan (lampu pijar, pendarfluor dan LED) mengikut keperluan EN 62471. Melalui prisma paradigma moden penilaian kebersihan, pertimbangkan data yang dibentangkan dalam laporan Eropah ini untuk menentukan lebihan bahagian cahaya biru dalam spektrum sumber cahaya putih LED. Dalam rajah. 1 menunjukkan corak spektrum LED cahaya putih, yang terdiri daripada cahaya biru yang memancarkan kristal dan fosfor kuning yang disalut untuk menghasilkan cahaya putih.

Dalam rajah. 1. Turut ditunjukkan ialah titik rujukan yang harus diberi perhatian oleh pakar kebersihan semasa menganalisis spektrum cahaya dari mana-mana sumber. Dari sudut pandangan ini, pertimbangkan spektrum cahaya matahari (Rajah 2).

Rajah menunjukkan bahawa dalam julat suhu warna dari 4000 K hingga 6500 K, keadaan "silang melanopsin" diperhatikan. Pada spektrum tenaga cahaya, amplitud (A) pada 480 nm mestilah sentiasa lebih besar daripada amplitud pada 460 nm dan 450 nm.

Pada masa yang sama, dos cahaya biru 460 nm dalam spektrum cahaya matahari dengan suhu warna 6500 K adalah 40% lebih tinggi daripada cahaya matahari dengan suhu warna 4000 K.

Kesan "silang melanopsin" jelas kelihatan daripada perbandingan spektrum lampu pijar dan lampu LED dengan suhu warna 3000 K (Rajah 3).

Lebihan bahagian cahaya biru dalam spektrum spektrum LED berhubung dengan bahagian cahaya biru dalam spektrum lampu pijar melebihi lebih daripada 55%.

Memandangkan perkara di atas, mari kita bandingkan cahaya matahari pada Tc = 6500 K (6500 K ialah suhu warna mengehadkan untuk retina menurut David Sleaney, dan mengikut piawaian kebersihan kurang daripada 6000 K) dengan spektrum lampu pijar Tc = 2700 K dan spektrum lampu LED dengan Tc = 4200 K pada tahap pencahayaan 500 lux. (rajah 4).

Rajah menunjukkan perkara berikut:

- Lampu LED (Tc = 4200 K) mempunyai pelepasan 460 nm lebih daripada cahaya matahari (6500 K);

- dalam spektrum cahaya lampu LED (Tc = 4200 K), penurunan pada 480 nm adalah susunan magnitud (10 kali) lebih besar daripada dalam spektrum cahaya matahari (6500 K);

- dalam spektrum cahaya lampu LED (Tc = 4200 K), penurunan adalah 480 nm beberapa kali lebih besar daripada spektrum cahaya lampu pijar (Tc = 2700 K).

Adalah diketahui bahawa di bawah pencahayaan LED, diameter pupil mata melebihi nilai had - 3 mm (kawasan 7 mm2) mengikut GOST R IEC 62471-2013 "Lampu dan sistem lampu. Keselamatan fotobiologi ".

Daripada data yang ditunjukkan dalam Rajah 2, dapat dilihat bahawa dos cahaya biru 460 nm dalam spektrum cahaya matahari untuk suhu warna 4000 K adalah lebih rendah daripada dos cahaya biru 460 nm dalam spektrum cahaya matahari pada suhu warna 6500 K.

Dari sini ia berikutan bahawa dos cahaya biru 460 nm dalam spektrum pencahayaan LED dengan suhu warna 4200 K akan secara signifikan (sebanyak 40%) melebihi dos cahaya biru 460 nm dalam spektrum cahaya matahari dengan suhu warna 4000 K pada tahap pencahayaan yang sama.

Perbezaan antara dos ini ialah dos lebihan cahaya biru di bawah pencahayaan LED berbanding cahaya matahari dengan suhu warna yang sama dan tahap pencahayaan tertentu. Tetapi dos ini harus ditambah dengan dos cahaya biru daripada kesan kawalan murid yang tidak mencukupi di bawah keadaan pencahayaan LED, dengan mengambil kira pengedaran tidak sekata pigmen yang menyerap cahaya biru 460 nm dalam jumlah dan luas. Ia adalah dos cahaya biru yang berlebihan yang membawa kepada pecutan proses degradasi yang meningkatkan risiko kecacatan penglihatan awal berbanding cahaya matahari, semua perkara lain adalah sama (tahap pencahayaan tertentu, suhu warna dan kerja berkesan retina makula, dan lain-lain.)

Ciri-ciri fisiologi struktur mata, menjejaskan persepsi cahaya yang selamat

Litar perlindungan retina terbentuk dalam cahaya matahari. Dengan spektrum cahaya matahari, terdapat kawalan yang mencukupi terhadap diameter pupil mata untuk menutup, yang membawa kepada penurunan dalam dos cahaya matahari yang sampai ke sel-sel retina. Diameter murid pada orang dewasa berbeza dari 1.5 hingga 8 mm, yang memberikan perubahan dalam keamatan kejadian cahaya pada retina sebanyak kira-kira 30 kali.

Pengurangan diameter pupil mata membawa kepada pengurangan kawasan unjuran cahaya imej, yang tidak melebihi kawasan "bintik kuning" di tengah retina. Perlindungan sel retina daripada cahaya biru dilakukan oleh pigmen makula (dengan penyerapan maksimum 460 nm) dan pembentukannya mempunyai sejarah evolusinya sendiri.

Pada bayi baru lahir, kawasan makula berwarna kuning muda dengan kontur yang tidak jelas.

Dari usia tiga bulan, refleks makula muncul dan keamatan warna kuning berkurangan.

Menjelang satu tahun, refleks foveolar ditentukan, pusat menjadi lebih gelap.

Pada usia tiga hingga lima tahun, nada kekuningan kawasan makula hampir bergabung dengan nada merah jambu atau merah kawasan retina pusat.

Kawasan makula pada kanak-kanak berumur 7-10 tahun ke atas, seperti pada orang dewasa, ditentukan oleh kawasan retina pusat avaskular dan refleks cahaya. Konsep "bintik makula" timbul akibat pemeriksaan makroskopik mata kadaver. Pada persediaan planar retina, bintik kuning kecil kelihatan. Untuk masa yang lama, komposisi kimia pigmen yang mengotorkan kawasan retina ini tidak diketahui.

Pada masa ini, dua pigmen telah diasingkan - lutein dan isomer lutein zeaxanthin, yang dipanggil pigmen makula, atau pigmen makula. Tahap lutein lebih tinggi di tempat yang mempunyai kepekatan rod yang lebih tinggi, tahap zeaxanthin lebih tinggi di tempat kepekatan kon yang lebih tinggi. Lutein dan zeaxanthin tergolong dalam keluarga karotenoid, sekumpulan pigmen tumbuhan semula jadi. Lutein dipercayai mempunyai dua fungsi penting: pertama, ia menyerap cahaya biru yang berbahaya kepada mata; kedua, ia adalah antioksidan, menyekat dan membuang spesies oksigen reaktif yang terbentuk di bawah pengaruh cahaya. Kandungan lutein dan zeaxanthin dalam makula diagihkan secara tidak rata di kawasan itu (maksimum di tengah, dan beberapa kali lebih sedikit di tepi), yang bermaksud perlindungan terhadap cahaya biru (460 nm) adalah minimum di tepi. Dengan usia, jumlah pigmen berkurangan, ia tidak disintesis dalam badan, ia hanya boleh didapati daripada makanan, jadi keberkesanan keseluruhan perlindungan daripada cahaya biru di tengah makula bergantung pada kualiti pemakanan.

Kesan kawalan murid yang tidak mencukupi

Dalam rajah. 5. ialah skema umum untuk membandingkan unjuran titik cahaya lampu halogen (spektrum adalah hampir dengan spektrum suria) dan lampu LED. Dengan lampu LED, kawasan pencahayaan lebih besar daripada dengan lampu halogen.

Perbezaan dalam kawasan pencahayaan yang diperuntukkan digunakan untuk mengira dos tambahan cahaya biru daripada kesan kawalan murid yang tidak mencukupi di bawah keadaan pencahayaan LED, dengan mengambil kira taburan pigmen yang tidak sekata yang menyerap cahaya biru 460 nm dalam jumlah dan luas.. Penilaian kualitatif terhadap lebihan bahagian cahaya biru dalam spektrum LED putih boleh menjadi asas metodologi untuk penilaian kuantitatif pada masa hadapan. Walaupun dari ini jelas keputusan teknikal mengenai keperluan untuk mengisi jurang di rantau 480 nm ke tahap penghapusan kesan "melanopsin cross". Penyelesaian ini telah diformalkan dalam bentuk sijil pencipta (sumber cahaya putih LED dengan gabungan convector photoluminescent jauh. Paten No. 2502917 bertarikh 2011-30-12.). Ini memastikan keutamaan Rusia dalam bidang mencipta sumber cahaya putih LED dengan spektrum biologi yang mencukupi.

Malangnya, pakar Kementerian Perindustrian dan Perdagangan Persekutuan Rusia tidak mengalu-alukan arahan ini, yang merupakan alasan untuk tidak membiayai kerja ke arah ini, yang melibatkan bukan sahaja pencahayaan umum (sekolah, hospital bersalin, dll.), tetapi juga lampu latar monitor dan lampu kereta.

Dengan pencahayaan LED, kawalan diameter pupil mata yang tidak mencukupi berlaku, yang mewujudkan keadaan untuk mendapatkan dos cahaya biru yang berlebihan, yang memberi kesan negatif kepada sel-sel retina (sel ganglion) dan salurannya. Kesan negatif dos cahaya biru yang berlebihan pada struktur ini telah disahkan oleh kerja-kerja Institut Fizik Biokimia. N. M. Emanuel RAS dan FANO.

Kesan yang dikenal pasti di atas daripada kawalan yang tidak mencukupi pada diameter pupil mata dikenakan pada lampu pendarfluor dan penjimatan tenaga (Gamb. 6). Pada masa yang sama, terdapat peningkatan bahagian cahaya UV pada 435 nm ("Keselamatan optik pencahayaan LED" CELMA ‐ ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA kertas kedudukan keselamatan optik pencahayaan LED_Final_July2011)).

Dalam perjalanan eksperimen dan pengukuran yang dijalankan di sekolah-sekolah AS, serta di sekolah-sekolah Rusia (Institut Penyelidikan Kebersihan dan Perlindungan Kesihatan Kanak-kanak dan Remaja, SCCH RAMS), didapati bahawa dengan penurunan suhu warna berkorelasi tiruan. sumber cahaya, diameter pupil mata meningkat, yang mewujudkan prasyarat untuk pendedahan negatif kepada cahaya biru pada sel dan saluran darah retina. Dengan peningkatan suhu warna berkorelasi sumber cahaya buatan, diameter pupil mata berkurangan, tetapi tidak mencapai nilai diameter pupil dalam cahaya matahari.

Dos cahaya biru UV yang berlebihan membawa kepada pecutan proses degradasi yang meningkatkan risiko kecacatan penglihatan awal berbanding cahaya matahari, semua perkara lain adalah sama.

Peningkatan dos biru dalam spektrum pencahayaan LED menjejaskan kesihatan manusia dan fungsi penganalisis visual, yang meningkatkan risiko hilang upaya dalam penglihatan dan kesihatan pada usia bekerja.

Konsep mencipta sumber cahaya semikonduktor dengan cahaya yang mencukupi secara biologi

Berbeza dengan konservatisme pakar dari Kementerian Perindustrian dan Perdagangan Persekutuan Rusia dan Pusat Inovasi Skolkovo, konsep mencipta sumber cahaya putih semikonduktor dengan cahaya yang mencukupi secara biologi yang ditanam oleh pengarang artikel semakin mendapat sokongan di seluruh dunia. dunia. Contohnya, di Jepun, Toshiba Material Co., LTD telah mencipta LED menggunakan teknologi TRI-R (Rajah 7).

Gabungan kristal ungu dan fosfor membolehkan mensintesis LED dengan spektrum dekat dengan spektrum cahaya matahari dengan suhu warna yang berbeza, dan untuk menghapuskan kekurangan di atas dalam spektrum LED (kristal biru disalut dengan fosfor kuning).

Dalam rajah. lapan.mempersembahkan perbandingan spektrum cahaya matahari (TK = 6500 K) dengan spektrum LED menggunakan teknologi dan teknologi TRI-R (hablur biru disalut dengan fosfor kuning).

Daripada analisis data yang dibentangkan, dapat dilihat bahawa dalam spektrum cahaya putih LED menggunakan teknologi TRI-R, jurang pada 480 nm dihapuskan dan tiada dos biru berlebihan.

Jadi, menjalankan penyelidikan untuk mengenal pasti mekanisme kesan cahaya spektrum tertentu terhadap kesihatan manusia adalah tugas negara. Mengabaikan mekanisme ini membawa kepada kos berbilion dolar.

kesimpulan

Peraturan Sanitari merekodkan norma daripada dokumen normatif teknikal pencahayaan, dengan menterjemah piawaian Eropah. Piawaian ini dibentuk oleh pakar yang tidak selalu bebas dan menjalankan dasar teknikal nasional mereka sendiri (perniagaan nasional), yang selalunya tidak bertepatan dengan dasar teknikal negara Rusia.

Dengan pencahayaan LED, kawalan yang tidak mencukupi pada diameter pupil mata berlaku, yang menimbulkan keraguan tentang ketepatan penilaian fotobiologi menurut GOST R IEC 62471-2013.

Kerajaan negeri tidak membiayai penyelidikan lanjutan mengenai kesan teknologi terhadap kesihatan manusia, itulah sebabnya pakar kebersihan terpaksa menyesuaikan norma dan keperluan kepada teknologi yang dipromosikan oleh perniagaan teknologi pemindahan.

Penyelesaian teknikal untuk pembangunan lampu LED dan skrin PC harus mengambil kira memastikan keselamatan mata dan kesihatan manusia, mengambil langkah untuk menghapuskan kesan "silang melanopsin", yang berlaku untuk semua sumber cahaya penjimatan tenaga yang sedia ada dan lampu latar. peranti paparan maklumat.

Di bawah pencahayaan LED dengan LED putih (kristal biru dan fosfor kuning), yang mempunyai jurang dalam spektrum pada 480 nm, terdapat kawalan yang tidak mencukupi pada diameter pupil mata.

Untuk hospital bersalin, institusi dan sekolah kanak-kanak, lampu dengan spektrum cahaya yang mencukupi secara biologi, dengan mengambil kira ciri-ciri penglihatan kanak-kanak, harus dibangunkan dan menjalani pensijilan kebersihan wajib.

Kesimpulan ringkas daripada editor:

1. LED memancarkan sangat terang dalam warna biru dan berhampiran kawasan UV dan sangat lemah dalam warna biru.

2. Mata "mengukur" kecerahan untuk menyempitkan murid dengan tahap bukan biru, tetapi warna biru, yang boleh dikatakan tidak hadir dalam spektrum LED putih, oleh itu, mata "berfikir" bahawa ia gelap dan membuka murid lebih luas, yang membawa kepada fakta bahawa retina menerima cahaya berkali-kali lebih banyak (biru dan UV) daripada apabila diterangi oleh matahari, dan cahaya ini "membakar" sel-sel sensitif cahaya mata.

3. Dalam kes ini, lebihan cahaya biru di mata membawa kepada kemerosotan dalam kejelasan imej. gambar dengan halo terbentuk pada retina.

4. Mata kanak-kanak adalah kira-kira susunan magnitud yang lebih telus kepada biru daripada orang tua, oleh itu, proses "terbakar" pada kanak-kanak adalah berkali-kali lebih sengit.

5. Dan jangan lupa bahawa LED bukan sahaja pencahayaan, tetapi kini hampir semua skrin.

Jika kita memberikan satu lagi imej, maka kerosakan mata daripada LED adalah serupa dengan buta di pergunungan, yang berlaku daripada pantulan UV daripada salji dan lebih berbahaya hanya dalam cuaca mendung.

Timbul persoalan, apa yang perlu dilakukan bagi mereka yang sudah mempunyai lampu LED, seperti biasa, dari LED yang tidak diketahui asalnya?

Dua pilihan terlintas di fikiran:

1. Tambahkan pencahayaan cahaya biru (480nm) tambahan.

2. Letakkan penapis kuning pada lampu.

Saya lebih suka pilihan pertama, kerana terdapat dijual jalur LED biru (biru muda) dengan sinaran 475nm. Bagaimanakah anda boleh menyemak apakah panjang gelombang sebenar?

Pilihan kedua akan "memakan" sebahagian daripada cahaya dan lampu akan menjadi lebih malap, dan, lebih-lebih lagi, ia juga tidak diketahui bahagian biru yang akan kami keluarkan.