Hoe beïnvloed LED's visie?

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Die artikel bespreek die voorwaardes vir die vorming van 'n oormaat dosis blou lig onder LED-beligting. Daar word getoon dat die assesserings van fotobiologiese veiligheid, uitgevoer in ooreenstemming met GOST R IEC 62471-2013, opgeklaar moet word met inagneming van die verandering in die diameters van die pupil van die oog onder LED-beligting en die ruimtelike verspreiding van die lig -absorbeer blou lig (460 nm) pigment in die makula van die retina.

Die metodologiese beginsels van die berekening van die oormaat dosis blou lig in die spektrum van LED-beligting in verhouding tot sonlig word aangebied. Daar word aangedui dat vandag in die VSA en Japan die konsep van LED-beligting besig is om te verander en wit lig LED's word geskep wat die risiko's van menslike gesondheidskade minimaliseer. Veral in die Verenigde State strek hierdie konsep nie net na algemene beligting nie, maar ook na rekenaarmonitors en motorhoofligte.

Deesdae word LED-beligting al hoe meer in skole, kleuterskole en mediese instellings bekendgestel. Om die fotobiologiese veiligheid van LED-lampe te assesseer, GOST R IEC 62471-2013 “Lampe en lampstelsels. Fotobiologiese veiligheid ". Dit is voorberei deur die Staatseenheidsonderneming van die Republiek van Mordovia "Wetenskaplike Navorsingsinstituut van Ligbronne vernoem na A. N. Lodygin "(Staatseenheidsonderneming van die Republiek van Mordowië NIIIS vernoem na AN Lodygin") op grond van sy eie outentieke vertaling in Russies van die internasionale standaard IEC 62471: 2006 "Fotobiologiese veiligheid van lampe en lampstelsels" (IEC 62471: 2006) "Fotobiologiese veiligheid van lampe en lampstelsels ") en is identies daaraan (sien klousule 4. GOST R IEC 62471-2013).

So 'n oordrag van die standaardimplementering dui daarop dat Rusland nie sy eie professionele skool vir fotobiologiese veiligheid het nie. Die assessering van fotobiologiese veiligheid is uiters belangrik om die veiligheid van kinders (generasie) te verseker en bedreigings vir nasionale veiligheid te verminder.

Vergelykende ontleding van son- en kunsmatige beligting

Die beoordeling van die fotobiologiese veiligheid van 'n ligbron is gebaseer op die teorie van risiko's en 'n metodologie om die limietwaardes van blootstelling aan gevaarlike blou lig op die retina te kwantifiseer. Die beperkingswaardes van die aanwysers van fotobiologiese veiligheid word bereken vir die gespesifiseerde blootstellingslimiet van die pupildeursnee van 3 mm (pupilarea van 7 mm2). Vir hierdie waardes van die oogpupildeursnee word die waardes van die funksie B (λ) bepaal - die geweegde spektrale gevaarfunksie van blou lig, waarvan die maksimum op die spektrale stralingsreeks van 435-440 nm val.

Die teorie van risiko's van negatiewe effekte van lig en die metodologie vir die berekening van fotobiologiese veiligheid is ontwikkel op grond van die fundamentele artikels van die stigter van fotobiologiese veiligheid van kunsmatige ligbronne, Dr David H. Sliney.

David H. Sliney het vir baie jare gedien as Afdelingsbestuurder by die Amerikaanse weermag se Sentrum vir Gesondheidsbevordering en Voorkomende Medisyne en het fotobiologiese veiligheidsprojekte gelei. In 2007 het hy sy diens voltooi en afgetree. Sy navorsingsbelangstellings fokus op onderwerpe wat verband hou met UV-blootstelling aan die oë, laserbestraling en weefselinteraksies, lasergevare en die gebruik van lasers in medisyne en chirurgie. David Sleeney het gedien as 'n lid, konsultant en voorsitter van talle kommissies en instansies wat veiligheidstandaarde ontwikkel het vir beskerming teen nie-ioniserende straling, in die besonder lasers en ander hoë-intensiteit optiese stralingsbronne (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WGO)., NCRP en ICNIRP). Hy was mede-outeur van The Safety Handbook with Lasers and Other Optical Sources, New York, 1980. Van 2008-2009 het dr. David Sleeney gedien as president van die American Society of Photobiology.

Die fundamentele beginsels wat deur David Sleeney ontwikkel is, lê ten grondslag van die moderne metodologie vir die fotobiologiese veiligheid van kunsmatige ligbronne. Hierdie metodologiese patroon word outomaties na LED-ligbronne oorgedra. Dit het 'n groot sterrestelsel van volgelinge en studente opgewek wat voortgaan om hierdie metodologie uit te brei na LED-beligting. In hul geskrifte probeer hulle om LED-beligting te regverdig en te bevorder deur die klassifikasie van risiko's.

Hul werk word ondersteun deur Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia en ander LED-beligtingvervaardigers. Tans behels die veld van intensiewe navorsing en ontleding van die moontlikhede (en beperkings) op die gebied van LED-beligting:

• regeringsagentskappe soos die Amerikaanse departement van energie, RF-ministerie van energie;

• openbare organisasies soos die Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), Alliance for Solid-State Illumination and Technologies (ASSIST), International Dark-Sky Assosiation (IDA) en NP PSS RF;

• die grootste vervaardigers Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia en

Russiese vervaardigers Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• sowel as 'n aantal navorsingsinstitute, universiteite, laboratoriums: Beligtingsnavorsingsentrum by Rensselaer Polytechnic Institute (LRC RPI), Nasionale Instituut vir Standaarde en Tegnologie (NIST), American National Standard Institute (ANSI), asook NIIIS im. AN Lodygin , VNISI hulle. S. I. Vavilov.

Uit die oogpunt van die bepaling van 'n oormaat dosis blou lig, is die werk "Optiese veiligheid LED beligting" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA posisie papier optiese veiligheid LED beligting_Final_July2011) van belang. Hierdie Europese verslag vergelyk die spektra van sonlig met kunsmatige ligbronne (gloei-, fluoresserende en LED-lampe) in ooreenstemming met die vereiste van EN 62471. Deur die prisma van die moderne paradigma van higiëniese assessering, oorweeg die data wat in hierdie Europese verslag aangebied word om die oortollige proporsie blou lig in die spektrum van die LED wit ligbron te bepaal. In fig. 1 toon die spektrale patroon van 'n wit lig LED, wat bestaan uit 'n kristal wat blou lig uitstraal en 'n geel fosfor waarmee dit bedek is om wit lig te produseer.

In fig. 1. Die verwysingspunte word ook aangedui waarna die higiënis moet let wanneer die spektrum van lig vanaf enige bron ontleed word. Vanuit hierdie oogpunt, oorweeg die spektra van sonlig (Fig. 2).

Die figuur toon dat in die reeks kleurtemperatuur van 4000 K tot 6500 K, die toestande van die "melanopsienkruising" waargeneem word. Op die energiespektrum van lig moet die amplitude (A) by 480 nm altyd groter wees as die amplitude by 460 nm en 450 nm.

Terselfdertyd is die dosis blou lig 460 nm in die spektrum van sonlig met 'n kleurtemperatuur van 6500 K 40% hoër as dié van sonlig met 'n kleurtemperatuur van 4000 K.

Die effek van die "melanopsienkruising" is duidelik sigbaar uit 'n vergelyking van die spektra van gloeilampe en LED-lampe met 'n kleurtemperatuur van 3000 K (Fig. 3).

Die oortollige proporsie blou lig in die spektrum van die LED-spektrum in verhouding tot die proporsie blou lig in die spektrum van 'n gloeilamp oorskry meer as 55%.

Met inagneming van bogenoemde, kom ons vergelyk sonlig by Tc = 6500 K (6500 K is die beperkende kleurtemperatuur vir die retina volgens David Sleaney, en volgens sanitêre standaarde is dit minder as 6000 K) met die spektrum van 'n gloeilamp Tc = 2700 K en die spektrum van 'n LED-lamp met Tc = 4200 K by 'n beligtingsvlak van 500 lux. (fig. 4).

Die figuur toon die volgende:

- LED-lamp (Tc = 4200 K) het 'n emissie van 460 nm meer as sonlig (6500 K);

- in die ligspektrum van 'n LED-lamp (Tc = 4200 K), is die dip by 480 nm 'n orde van grootte (10 keer) groter as in die spektrum van sonlig (6500 K);

- in die ligspektrum van 'n LED-lamp (Tc = 4200 K), is die dip 480 nm 'n paar keer groter as in die ligspektrum van 'n gloeilamp (Tc = 2700 K).

Dit is bekend dat onder LED-beligting die deursnee van die pupil van die oog die limietwaardes oorskry - 3 mm (oppervlakte 7 mm2) volgens GOST R IEC 62471-2013 "Lampe en lampstelsels. Fotobiologiese veiligheid ".

Uit die data wat in Fig. 2 getoon word, kan gesien word dat die dosis van 460 nm blou lig in die spektrum van sonlig vir 'n kleurtemperatuur van 4000 K baie minder is as die dosis van 460 nm blou lig in die spektrum van sonlig by 'n kleurtemperatuur van 6500 K.

Hieruit volg dat die dosis van 460 nm blou lig in die spektrum van LED-beligting met 'n kleurtemperatuur van 4200 K aansienlik (met 40%) die dosis van 460 nm blou lig in die spektrum van sonlig met 'n kleurtemperatuur van 4000 K op dieselfde beligtingsvlak.

Hierdie verskil tussen dosisse is die oormaat dosis blou lig onder LED-beligting relatief tot sonlig met dieselfde kleurtemperatuur en 'n gegewe vlak van beligting. Maar hierdie dosis moet aangevul word deur 'n dosis blou lig van die effek van onvoldoende beheer van die pupil onder LED-beligtingstoestande, met inagneming van die ongelyke verspreiding van pigmente wat 460 nm blou lig in volume en area absorbeer. Dit is 'n oormatige dosis blou lig wat lei tot 'n versnelling van degradasieprosesse wat die risiko's van vroeë gesiggestremdheid verhoog in vergelyking met sonlig, alles anders gelyk ('n gegewe vlak van beligting, kleurtemperatuur en effektiewe werk van die makulêre retina), ens.)

Fisiologiese kenmerke van die struktuur van die oog, wat die veilige persepsie van lig beïnvloed

Die retinale beskermingskring is in sonlig gevorm. Met die spektrum van sonlig is daar 'n voldoende beheer van die deursnee van die pupil van die oog om te sluit, wat lei tot 'n afname in die dosis sonlig wat die selle van die retina bereik. Die deursnee van die pupil by 'n volwassene wissel van 1,5 tot 8 mm, wat 'n verandering in die intensiteit van die lig wat op die retina inval met ongeveer 30 keer gee.

'N Afname in die deursnee van die pupil van die oog lei tot 'n afname in die area van die ligprojeksie van die beeld, wat nie die area van die "geel kol" in die middel van die retina oorskry nie. Die beskerming van retinale selle teen blou lig word uitgevoer deur die makulêre pigment (met 'n absorpsie maksimum van 460 nm) en die vorming daarvan het sy eie evolusionêre geskiedenis.

By pasgeborenes is die area van die makula liggeel van kleur met onduidelike kontoere.

Vanaf die ouderdom van drie maande verskyn 'n makulêre refleks en die intensiteit van die geel kleur neem af.

Teen een jaar word die foveolêre refleks bepaal, die middel word donkerder.

Teen die ouderdom van drie tot vyf jaar smelt die gelerige toon van die makulêre area amper saam met die pienk of rooi toon van die sentrale retinale area.

Die makulêre area by kinders van 7-10 jaar en ouer, soos by volwassenes, word bepaal deur die avaskulêre sentrale retinale area en ligreflekse. Die konsep van "makulêre vlek" het ontstaan as gevolg van makroskopiese ondersoek van kadaweriese oë. Op vlakke voorbereidings van die retina is 'n klein geel kol sigbaar. Vir 'n lang tyd was die chemiese samestelling van die pigment wat hierdie area van die retina vlek, onbekend.

Tans is twee pigmente geïsoleer - luteïen en die luteïenisomeer zeaxanthin, wat makulêre pigment of makulêre pigment genoem word. Die vlak van luteïen is hoër in die plekke met 'n hoër konsentrasie van stokke, die vlak van zeaxanthin is hoër in die plekke met 'n hoër konsentrasie van keëls. Luteïen en zeaxantien behoort aan die karotenoïedfamilie, 'n groep natuurlike plantpigmente. Luteïen het glo twee belangrike funksies: eerstens absorbeer dit blou lig wat skadelik vir die oë is; tweedens is dit 'n antioksidant, blokkeer en verwyder reaktiewe suurstofspesies wat onder die invloed van lig gevorm word. Die inhoud van luteïen en zeaxantien in die makula is oneweredig oor die area versprei (maksimum in die middel, en verskeie kere minder by die kante), wat beteken die beskerming teen blou lig (460 nm) is minimaal by die rande. Met ouderdom neem die hoeveelheid pigmente af, hulle word nie in die liggaam gesintetiseer nie, hulle kan slegs uit voedsel verkry word, dus die algehele doeltreffendheid van beskerming teen blou lig in die middel van die makula hang af van die kwaliteit van voeding.

Die effek van onvoldoende leerlingbeheer

In fig. 5. is 'n algemene skema om die projeksies van die ligkol van 'n halogeenlamp (die spektrum is naby die sonspektrum) en 'n LED-lamp te vergelyk. Met LED-lig is die beligtingsarea groter as met 'n halogeenlamp.

Die verskil in die toegewese areas van beligting word gebruik om 'n bykomende dosis blou lig te bereken uit die effek van onvoldoende beheer van die pupil onder LED-beligtingstoestande, met inagneming van die ongelyke verspreiding van pigmente wat 460 nm blou lig in volume en area absorbeer. Hierdie kwalitatiewe assessering van die oortollige proporsie blou lig in die spektrum van wit LED's kan 'n metodologiese basis vir kwantitatiewe assesserings in die toekoms word. Alhoewel dit hieruit duidelik is die tegniese besluit oor die behoefte om die gaping in die omgewing van 480 nm te vul tot die vlak van uitskakeling van die effek van "melanopsin kruis". Hierdie oplossing is geformaliseer in die vorm van 'n uitvindersertifikaat (LED wit ligbron met 'n gekombineerde afgeleë fotoluminescerende konvektor. Patent No. 2502917 gedateer 2011-30-12.). Dit verseker Rusland se prioriteit op die gebied van die skep van LED wit ligbronne met 'n biologies voldoende spektrum.

Ongelukkig verwelkom die kundiges van die Ministerie van Nywerheid en Handel van die Russiese Federasie nie hierdie rigting nie, wat die rede is om nie werk in hierdie rigting te finansier nie, wat nie net algemene beligting (skole, kraamhospitale, ens.) betref nie, maar ook die agtergrondbeligting van monitors en motorligte.

Met LED-beligting vind onvoldoende beheer van die deursnee van die pupil van die oog plaas, wat toestande skep vir die verkryging van 'n oormaat dosis blou lig, wat die selle van die retina (ganglion-selle) en sy vate negatief beïnvloed. Die negatiewe effek van 'n oormaat dosis blou lig op hierdie strukture is bevestig deur die werke van die Instituut vir Biochemiese Fisika. N. M. Emanuel RAS en FANO.

Die bogenoemde effekte van onvoldoende beheer van die oogpupildeursnee is van toepassing op fluoresserende en energiebesparende lampe (Fig. 6). Terselfdertyd is daar 'n verhoogde proporsie UV-lig by 435 nm ("Optiese veiligheid van LED-beligting" CELMA ‐ ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA-posisiepapier optiese veiligheid LED-beligting_Final_July2011)).

In die loop van eksperimente en metings uitgevoer in Amerikaanse skole, sowel as in Russiese skole (Navorsingsinstituut vir Higiëne en Gesondheidsbeskerming van Kinders en Adolessente, SCCH RAMS), is gevind dat met 'n afname in die gekorreleerde kleurtemperatuur van kunsmatige ligbronne, neem die deursnee van die pupil van die oog toe, wat die voorwaardes skep vir 'n negatiewe blootstelling aan blou lig op selle en bloedvate van die retina. Met 'n toename in die gekorreleerde kleurtemperatuur van kunsmatige ligbronne, neem die deursnee van die pupil van die oog af, maar bereik nie die waardes van die deursnee van die pupil in sonlig nie.

'n Oormatige dosis UV-blou lig lei tot 'n versnelling van degradasieprosesse wat die risiko's van vroeë gesiggestremdheid verhoog in vergelyking met sonlig, alles anders gelyk.

'n Verhoogde dosis blou in die spektrum van LED-beligting beïnvloed menslike gesondheid en die funksionering van die visuele ontleder, wat die risiko's van gestremdheid in visie en gesondheid op werkende ouderdom verhoog.

Die konsep van die skep van halfgeleier ligbronne met biologies voldoende lig

In teenstelling met die konserwatisme van kundiges van die Ministerie van Nywerheid en Handel van die Russiese Federasie en die Skolkovo Innovation Centre, kry die konsep van die skep van halfgeleier wit ligbronne met biologies voldoende lig wat deur die skrywers van die artikel gekweek word 'n ondersteuner oor die hele wêreld. Byvoorbeeld, in Japan het Toshiba Material Co., LTD LED's geskep met behulp van TRI-R-tegnologie (Fig. 7).

So 'n kombinasie van violetkristalle en fosfors laat toe om LED's te sintetiseer met spektra naby aan die spektrum van sonlig met verskillende kleurtemperature, en om die bogenoemde tekortkominge in die LED-spektrum (blou kristal bedek met geel fosfor) uit te skakel.

In fig. agt.bied 'n vergelyking aan van die spektrum van sonlig (TK = 6500 K) met die spektra van LED's wat TRI-R tegnologie en tegnologie gebruik (blou kristal bedek met geel fosfor).

Uit die ontleding van die data wat aangebied word, kan gesien word dat in die wit ligspektrum van LED's wat die TRI-R tegnologie gebruik, die gaping by 480 nm uitgeskakel word en daar is geen oortollige blou dosis nie.

Dus, om navorsing te doen om die meganismes van die effek van lig van 'n sekere spektrum op menslike gesondheid te identifiseer, is 'n staatstaak. Om hierdie meganismes te ignoreer, lei tot miljarde dollars se koste.

gevolgtrekkings

Die sanitêre reëls teken norme van beligting tegniese normatiewe dokumente aan, deur Europese standaarde te vertaal. Hierdie standaarde word gevorm deur spesialiste wat nie altyd onafhanklik is nie en hul eie nasionale tegniese beleid (nasionale besigheid) uitvoer, wat dikwels nie saamval met die nasionale tegniese beleid van Rusland nie.

Met LED-beligting vind onvoldoende beheer van die oogpupildeursnee plaas, wat twyfel laat ontstaan oor die korrektheid van fotobiologiese assesserings volgens GOST R IEC 62471-2013.

Die staat finansier nie gevorderde navorsing oor die impak van tegnologie op menslike gesondheid nie, en daarom word higiëniste gedwing om die norme en vereistes aan te pas by die tegnologieë wat deur die oordragtegnologie-onderneming bevorder word.

Tegniese oplossings vir die ontwikkeling van LED-lampe en rekenaarskerms moet in ag neem om die veiligheid van oë en menslike gesondheid te verseker, maatreëls te tref om die effek van die "melanopsin-kruis" uit te skakel, wat voorkom vir alle tans bestaande energiebesparende ligbronne en agtergrondbeligting van inligtingsvertoontoestelle.

Onder LED-beligting met wit LED's (blou kristal en geel fosfor), wat 'n gaping in die spektrum by 480 nm het, is daar onvoldoende beheer oor die oogpupildeursnee.

Vir kraamhospitale, kinderinstellings en skole moet lampe met 'n biologies voldoende spektrum van lig, met inagneming van die kenmerke van kinders se visie, ontwikkel word en verpligte higiëniese sertifisering ondergaan.

Kortliks gevolgtrekkings van die redakteur:

1. LED's straal baie helder uit in blou en naby UV-streke en baie swak in blou.

2. Die oog "meet" die helderheid om die pupil te vernou met die vlak van nie blou nie, maar blou kleur, wat feitlik afwesig is in die spektrum van 'n wit LED, daarom "dink" die oog dat dit donker is en maak die pupil wyer oop, wat daartoe lei dat die retina baie keer meer lig (blou en UV) ontvang as wanneer dit deur die son verlig word, en hierdie lig "uitbrand" die ligsensitiewe selle van die oog.

3. In hierdie geval lei 'n oormaat blou lig in die oog tot 'n agteruitgang in die helderheid van die beeld. 'n prentjie met 'n stralekrans word op die retina gevorm.

4. Die oog van kinders is omtrent 'n orde van grootte meer deursigtig vir blou as dié van bejaardes, daarom is die proses van "uitbrand" by kinders baie keer meer intens.

5. En moenie vergeet dat LED's nie net beligting is nie, maar nou byna alle skerms.

As ons nog een beeld gee, dan is oogskade deur LED's soortgelyk aan blindheid in die berge, wat voorkom as gevolg van die weerkaatsing van UV van sneeu en is gevaarliker net in bewolkte weer.

Die vraag ontstaan, wat om te doen vir diegene wat reeds LED-beligting het, soos gewoonlik, van LED's van onbekende oorsprong?

Twee opsies kom by my op:

1. Voeg bykomende blou lig (480nm) beligting by.

2. Sit 'n geel filter op die lampe.

Ek hou meer van die eerste opsie, want daar is blou (ligblou) LED-stroke met 475nm-straling te koop. Hoe kan jy kyk wat die werklike golflengte is?

Die tweede opsie sal 'n deel van die lig "eet" en die lamp sal dowwer wees, en dit is ook onbekend watter deel van die blou ons sal verwyder.