Com afecten els LED la visió?

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

L'article analitza les condicions per a la formació d'una dosi excessiva de llum blava sota il·luminació LED. Es demostra que les avaluacions de seguretat fotobiològica, realitzades d'acord amb GOST R IEC 62471-2013, s'han d'aclarir tenint en compte el canvi en els diàmetres de la pupil·la de l'ull sota il·luminació LED i la distribució espacial de la llum. -pigment que absorbeix la llum blava (460 nm) a la màcula de la retina.

Es presenten els principis metodològics per calcular l'excés de dosi de llum blava en l'espectre d'il·luminació LED en relació a la llum solar. S'indica que avui als EUA i al Japó el concepte d'il·luminació LED està canviant i s'estan creant LED de llum blanca que minimitzen els riscos de danys a la salut humana. Als Estats Units, en particular, aquest concepte s'estén no només a la il·luminació general, sinó també als monitors d'ordinador i als fars dels cotxes.

Avui en dia, la il·luminació LED s'introdueix cada cop més a escoles, llars d'infants i institucions mèdiques. Per avaluar la seguretat fotobiològica de les lluminàries LED, GOST R IEC 62471-2013 "Làmpades i sistemes de làmpades. Seguretat fotobiològica". Va ser elaborat per l'Empresa Unitària Estatal de la República de Mòrdovia "Institut d'Investigació Científica de Fonts de Llum que porta el nom d'A. N. Lodygin "(Empresa Unitària Estatal de la República de Mordovia NIIIS anomenada després d'AN Lodygin") sobre la base de la seva pròpia traducció autèntica al rus de l'estàndard internacional IEC 62471: 2006 "Seguretat fotobiològica de làmpades i sistemes de làmpades" (IEC 62471: 2006 "Seguretat fotobiològica de làmpades i sistemes de làmpades") i és idèntica a aquesta (vegeu la clàusula 4. GOST R IEC 62471-2013).

Aquesta transferència de la implementació estàndard suggereix que Rússia no té la seva pròpia escola professional per a la seguretat fotobiològica. L'avaluació de la seguretat fotobiològica és extremadament important per garantir la seguretat dels nens (generació) i reduir les amenaces a la seguretat nacional.

Anàlisi comparada de la il·luminació solar i artificial

L'avaluació de la seguretat fotobiològica d'una font de llum es basa en la teoria dels riscos i una metodologia per quantificar els valors límit d'exposició a la llum blava perillosa a la retina. Els valors límit dels indicadors de seguretat fotobiològica es calculen per al límit d'exposició especificat del diàmetre de la pupil·la de 3 mm (àrea de la pupil·la de 7 mm2). Per a aquests valors del diàmetre de la pupil·la de l'ull, es determinen els valors de la funció B (λ): la funció de perill espectral ponderada de la llum blava, el màxim de la qual cau en el rang de radiació espectral de 435-440 nm.

La teoria dels riscos dels efectes negatius de la llum i la metodologia de càlcul de la seguretat fotobiològica es va desenvolupar a partir dels articles fonamentals del fundador de la seguretat fotobiològica de les fonts de llum artificial, el Dr. David H. Sliney.

David H. Sliney ha estat durant molts anys com a director de divisió al Centre de Promoció de la Salut i Medicina Preventiva de l'exèrcit dels EUA i ha dirigit projectes de seguretat fotobiològica. L'any 2007 va finalitzar el seu servei i es va jubilar. Els seus interessos de recerca se centren en temes relacionats amb l'exposició UV als ulls, la radiació làser i les interaccions dels teixits, els perills del làser i l'ús del làser en medicina i cirurgia. David Sleeney ha estat membre, consultor i president de nombroses comissions i institucions que han desenvolupat estàndards de seguretat per a la protecció contra la radiació no ionitzant, en particular els làsers i altres fonts de radiació òptica d'alta intensitat (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, OMS)., NCRP i ICNIRP). Va ser coautor de The Safety Handbook with Lasers and Other Optical Sources, Nova York, 1980. Entre 2008 i 2009, el Dr. David Sleeney va exercir com a president de la Societat Americana de Fotobiologia.

Els principis fonamentals desenvolupats per David Sleeney són la base de la metodologia moderna per a la seguretat fotobiològica de les fonts de llum artificial. Aquest patró metodològic es transfereix automàticament a les fonts de llum LED. Ha aixecat una gran galàxia de seguidors i estudiants que segueixen estenent aquesta metodologia a la il·luminació LED. En els seus escrits, intenten justificar i promoure la il·luminació LED mitjançant la classificació de riscos.

El seu treball compta amb el suport de Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia i altres fabricants d'il·luminació LED. Actualment, l'àmbit d'investigació i anàlisi intensiva de les possibilitats (i limitacions) en el camp de la il·luminació LED implica:

• agències governamentals com el Departament d'Energia dels EUA, el Ministeri d'Energia de RF;

• organitzacions públiques com l'Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), Alliance for Solid-State Illumination and Technologies (ASSIST), International Dark-Sky Assosiation (IDA) i NP PSS RF;

• els majors fabricants Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia i

Els fabricants russos Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• així com diversos instituts de recerca, universitats i laboratoris: Centre de Recerca d'Il·luminació al Rensselaer Polytechnic Institute (LRC RPI), National Institute of Standards and Technology (NIST), American National Standard Institute (ANSI), així com NIIIS im. AN Lodygin , VNISI ells. S. I. Vavilov.

Des del punt de vista de la determinació d'un excés de dosi de llum blava, és d'interès el treball "Il·luminació LED de seguretat òptica" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA paper de posició il·luminació LED de seguretat òptica_Final_Juliol2011). Aquest informe europeu compara els espectres de la llum solar amb les fonts de llum artificial (làmpades incandescents, fluorescents i LED) d'acord amb el requisit de la norma EN 62471. A través del prisma del paradigma modern d'avaluació higiènica, considereu les dades presentades en aquest informe europeu per tal de determinar l'excés de proporció de llum blava en l'espectre de la font de llum blanca LED. A la fig. La figura 1 mostra el patró espectral d'un LED de llum blanca, que consisteix en un cristall que emet llum blava i un fòsfor groc amb el qual està recobert per produir llum blanca.

A la fig. 1. També s'indiquen els punts de referència als quals l'higienista ha de parar atenció a l'hora d'analitzar l'espectre de llum de qualsevol font. Des d'aquest punt de vista, considereu els espectres de la llum solar (Fig. 2).

La figura mostra que en el rang de temperatura de color de 4000 K a 6500 K, s'observen les condicions de la "creu de melanopsina". A l'espectre d'energia de la llum, l'amplitud (A) a 480 nm ha de ser sempre més gran que l'amplitud a 460 nm i 450 nm.

Al mateix temps, la dosi de llum blava de 460 nm en l'espectre de la llum solar amb una temperatura de color de 6500 K és un 40% més alta que la de la llum solar amb una temperatura de color de 4000 K.

L'efecte de la "creu de melanopsina" és clarament visible a partir d'una comparació dels espectres de làmpades incandescents i làmpades LED amb una temperatura de color de 3000 K (Fig. 3).

L'excés de proporció de llum blava en l'espectre de l'espectre LED en relació amb la proporció de llum blava en l'espectre d'una làmpada incandescent supera més del 55%.

Tenint en compte l'anterior, comparem la llum solar a Tc = 6500 K (6500 K és la temperatura de color límit per a la retina segons David Sleaney, i segons les normes sanitàries és inferior a 6000 K) amb l'espectre d'una làmpada incandescent Tc = 2700 K i l'espectre d'una làmpada LED amb Tc = 4200 K a un nivell d'il·luminació de 500 lux. (fig. 4).

La figura mostra el següent:

- La làmpada LED (Tc = 4200 K) té una emissió de 460 nm més que la llum solar (6500 K);

- en l'espectre de llum d'una làmpada LED (Tc = 4200 K), la caiguda a 480 nm és un ordre de magnitud (10 vegades) més gran que en l'espectre de la llum solar (6500 K);

- en l'espectre de llum d'una làmpada LED (Tc = 4200 K), la caiguda és de 480 nm diverses vegades més gran que en l'espectre de llum d'una làmpada incandescent (Tc = 2700 K).

Se sap que sota la il·luminació LED, el diàmetre de la pupil·la de l'ull supera els valors límit - 3 mm (àrea 7 mm2) segons GOST R IEC 62471-2013 "Làmpades i sistemes de làmpades. Seguretat fotobiològica".

A partir de les dades que es mostren a la figura 2, es pot veure que la dosi de llum blava de 460 nm en l'espectre de la llum solar per a una temperatura de color de 4000 K és molt inferior a la dosi de llum blava de 460 nm en l'espectre de la llum solar a una temperatura de color de 6500 K.

D'això es dedueix que la dosi de llum blava de 460 nm en l'espectre d'il·luminació LED amb una temperatura de color de 4200 K superarà significativament (en un 40%) la dosi de llum blava de 460 nm en l'espectre de la llum solar amb una temperatura de color de 4000 K al mateix nivell d'il·luminació.

Aquesta diferència entre dosis és l'excés de dosi de llum blava sota il·luminació LED en relació amb la llum solar amb la mateixa temperatura de color i un determinat nivell d'il·luminació. Però aquesta dosi s'ha de complementar amb una dosi de llum blava per l'efecte d'un control inadequat de la pupil·la en condicions d'il·luminació LED, tenint en compte la distribució desigual de pigments que absorbeixen 460 nm de llum blava en volum i àrea. Es tracta d'una dosi excessiva de llum blava que condueix a una acceleració dels processos de degradació que augmenten els riscos de deteriorament visual precoç en comparació amb la llum solar, en igualtat de condicions (un determinat nivell d'il·luminació, temperatura de color i treball efectiu de la retina macular)., etc.)

Característiques fisiològiques de l'estructura de l'ull, que afecten la percepció segura de la llum

El circuit de protecció de la retina es va formar a la llum del sol. Amb l'espectre de la llum solar, es produeix un control adequat del diàmetre de la pupil·la de l'ull a tancar, la qual cosa comporta una disminució de la dosi de llum solar que arriba a les cèl·lules de la retina. El diàmetre de la pupil·la en un adult varia d'1,5 a 8 mm, la qual cosa proporciona un canvi en la intensitat de la llum que incideix a la retina unes 30 vegades.

Una disminució del diàmetre de la pupil·la de l'ull condueix a una disminució de l'àrea de projecció de llum de la imatge, que no supera l'àrea de la "taca groga" al centre de la retina. La protecció de les cèl·lules de la retina de la llum blava la duu a terme el pigment macular (amb un màxim d'absorció de 460 nm) i la formació del qual té la seva pròpia història evolutiva.

En els nounats, la zona de la màcula és de color groc clar amb contorns indistints.

A partir dels tres mesos apareix un reflex macular i disminueix la intensitat del color groc.

Al cap d'un any, es determina el reflex foveolar, el centre es torna més fosc.

A l'edat de tres a cinc anys, el to groguenc de la zona macular gairebé es fusiona amb el to rosat o vermell de la zona central de la retina.

La zona macular en nens de 7 a 10 anys i més, com en els adults, està determinada per l'àrea central de la retina avascular i els reflexos de la llum. El concepte de "punt macular" va sorgir com a resultat de l'examen macroscòpic dels ulls cadavèrics. A les preparacions planes de la retina, és visible una petita taca groga. Durant molt de temps, es desconeixia la composició química del pigment que taca aquesta zona de la retina.

Actualment, s'han aïllat dos pigments: la luteïna i l'isòmer de la luteïna zeaxantina, que s'anomenen pigment macular o pigment macular. El nivell de luteïna és més alt als llocs amb major concentració de bastons, el nivell de zeaxantina és més alt als llocs de major concentració de cons. La luteïna i la zeaxantina pertanyen a la família dels carotenoides, un grup de pigments vegetals naturals. Es creu que la luteïna té dues funcions importants: primer, absorbeix la llum blava que és perjudicial per als ulls; en segon lloc, és un antioxidant, bloqueja i elimina les espècies reactives d'oxigen formades sota la influència de la llum. El contingut de luteïna i zeaxantina a la màcula es distribueix de manera desigual per l'àrea (màxim al centre, i diverses vegades menys a les vores), cosa que significa que la protecció contra la llum blava (460 nm) és mínima a les vores. Amb l'edat, la quantitat de pigments disminueix, no es sintetitzen al cos, només es poden obtenir dels aliments, de manera que l'eficàcia global de la protecció de la llum blava al centre de la màcula depèn de la qualitat de la nutrició.

L'efecte d'un control inadequat dels alumnes

A la fig. 5. és un esquema general per comparar les projeccions del punt de llum d'una làmpada halògena (l'espectre és proper a l'espectre solar) i una làmpada LED. Amb la llum LED, l'àrea d'il·luminació és més gran que amb una làmpada halògena.

La diferència en les àrees d'il·luminació assignades s'utilitza per calcular una dosi addicional de llum blava a partir de l'efecte d'un control inadequat de l'alumne en condicions d'il·luminació LED, tenint en compte la distribució desigual dels pigments que absorbeixen la llum blava de 460 nm en volum i àrea.. Aquesta avaluació qualitativa de l'excés de proporció de llum blava en l'espectre dels LED blancs pot esdevenir una base metodològica per a avaluacions quantitatives en el futur. Encara que a partir d'això es desprèn de la decisió tècnica sobre la necessitat d'omplir el buit a la regió de 480 nm fins al nivell d'eliminació de l'efecte de "creuament de melanopsina". Aquesta solució es va formalitzar en forma de certificat d'inventor (font de llum LED blanca amb un convector fotoluminescent remot combinat. Patent núm. 2502917 del 2011-12-30.). Això garanteix la prioritat de Rússia en el camp de la creació de fonts de llum blanca LED amb un espectre biològicament adequat.

Malauradament, els experts del Ministeri d'Indústria i Comerç de la Federació de Rússia no donen la benvinguda a aquesta direcció, que és la raó per no finançar els treballs en aquesta direcció, que es refereix no només a la il·luminació general (escoles, maternitats, etc.), sinó també la retroil·luminació de monitors i fars dels cotxes.

Amb la il·luminació LED es produeix un control inadequat del diàmetre de la pupil·la de l'ull, que crea condicions per obtenir una dosi excessiva de llum blava, que afecta negativament les cèl·lules de la retina (cèl·lules ganglionars) i els seus vasos. L'efecte negatiu d'una dosi excessiva de llum blava sobre aquestes estructures va ser confirmat pels treballs de l'Institut de Física Bioquímica. N. M. Emanuel RAS i FANO.

Els efectes identificats anteriorment d'un control inadequat del diàmetre de la pupil·la ocular s'apliquen a les làmpades fluorescents i d'estalvi d'energia (Fig. 6). Al mateix temps, hi ha una proporció augmentada de llum UV a 435 nm ("Seguretat òptica de la il·luminació LED" CELMA ‐ ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA paper de posició de seguretat òptica il·luminació LED_Final_juliol2011)).

En el transcurs d'experiments i mesuraments realitzats a escoles nord-americanes, així com a escoles russes (Institut de Recerca d'Higiene i Protecció de la Salut dels Nens i Adolescents, SCCH RAMS), es va trobar que amb una disminució de la temperatura de color correlacionada de l'artificial fonts de llum, el diàmetre de la pupil·la de l'ull augmenta, la qual cosa crea les condicions prèvies per a una exposició negativa a la llum blava a les cèl·lules i als vasos sanguinis de la retina. Amb un augment de la temperatura de color correlacionada de les fonts de llum artificial, el diàmetre de la pupil·la de l'ull disminueix, però no arriba als valors del diàmetre de la pupil·la a la llum solar.

Una dosi excessiva de llum blava UV condueix a una acceleració dels processos de degradació que augmenten els riscos de discapacitat visual primerenca en comparació amb la llum solar, en igualtat de condicions.

L'augment de la dosi de blau en l'espectre de la il·luminació LED afecta la salut humana i el funcionament de l'analitzador visual, la qual cosa augmenta els riscos de discapacitat visual i salut en edat laboral.

El concepte de crear fonts de llum semiconductors amb llum biològicament adequada

En contrast amb el conservadorisme dels experts del Ministeri d'Indústria i Comerç de la Federació Russa i el Centre d'Innovació de Skolkovo, el concepte de crear fonts de llum blanca semiconductors amb una llum biològicament adequada cultivada pels autors de l'article està guanyant suport a tot el món. món. Per exemple, al Japó, Toshiba Material Co., LTD ha creat LED utilitzant la tecnologia TRI-R (Fig. 7).

Aquesta combinació de cristalls violetes i fòsfors permet sintetitzar LED amb espectres propers a l'espectre de la llum solar amb diferents temperatures de color i eliminar les deficiències anteriors en l'espectre LED (cristall blau recobert de fòsfor groc).

A la fig. vuit.presenta una comparació de l'espectre de la llum solar (TK = 6500 K) amb l'espectre dels LED utilitzant tecnologia i tecnologia TRI-R (cristall blau recobert de fòsfor groc).

A partir de l'anàlisi de les dades presentades, es pot observar que en l'espectre de llum blanca dels LED que utilitzen la tecnologia TRI-R s'elimina la bretxa a 480 nm i no hi ha excés de dosi blava.

Per tant, dur a terme investigacions per identificar els mecanismes de l'efecte de la llum d'un determinat espectre sobre la salut humana és una tasca estatal. Ignorar aquests mecanismes comporta costos de milers de milions de dòlars.

conclusions

Les Normes Sanitàries recullen les normes a partir dels documents normatius tècnics d'il·luminació, mitjançant la traducció de normes europees. Aquests estàndards estan formats per especialistes que no sempre són independents i duen a terme la seva pròpia política tècnica nacional (empresa nacional), que sovint no coincideix amb la política tècnica nacional de Rússia.

Amb la il·luminació LED, es produeix un control inadequat del diàmetre de la pupil·la de l'ull, cosa que posa en dubte la correcció de les avaluacions fotobiològiques segons GOST R IEC 62471-2013.

L'Estat no finança investigacions avançades sobre l'impacte de la tecnologia en la salut humana, per això els higienistes es veuen obligats a adaptar les normes i requisits a les tecnologies que s'estan impulsant pel negoci de transferència de tecnologia.

Les solucions tècniques per al desenvolupament de làmpades LED i pantalles de PC han de tenir en compte garantir la seguretat dels ulls i la salut humana, prendre mesures per eliminar l'efecte de la "creu de melanopsina", que es produeix per a totes les fonts de llum d'estalvi d'energia i retroil·luminació existents. dels dispositius de visualització d'informació.

Sota il·luminació LED amb LED blancs (cristall blau i fòsfor groc), que tenen un buit en l'espectre a 480 nm, hi ha un control inadequat del diàmetre de la pupil·la de l'ull.

Per a les maternitats, les institucions infantils i les escoles, s'han de desenvolupar làmpades amb un espectre de llum biològicament adequat, tenint en compte les característiques de la visió dels nens i sotmetre's a una certificació higiènica obligatòria.

Conclusions breument de l'editor:

1. Els LED emeten molt brillants en blau i regions properes als UV i molt feblement en blau.

2. L'ull "mesura" la brillantor per reduir la pupil·la pel nivell de color no blau, sinó blau, que pràcticament està absent en l'espectre d'un LED blanc, per tant, l'ull "pensa" que és fosc i obre la pupil·la més àmplia, la qual cosa fa que la retina rep moltes vegades més llum (blava i UV) que quan és il·luminada pel sol, i aquesta llum "crema" les cèl·lules sensibles a la llum de l'ull.

3. En aquest cas, un excés de llum blava a l'ull comporta un deteriorament de la claredat de la imatge. es forma una imatge amb un halo a la retina.

4. L'ull dels nens és aproximadament un ordre de magnitud més transparent al blau que el de la gent gran, per tant, el procés de "burn-out" en els nens és moltes vegades més intens.

5. I no oblideu que els LED no només són il·luminació, sinó que ara gairebé totes les pantalles.

Si donem una imatge més, el dany ocular dels LED és semblant a la ceguesa a les muntanyes, que es produeix pel reflex dels UV de la neu i és més perillós només en temps ennuvolat.

Es planteja la pregunta, què fer per als que ja disposen d'il·luminació LED, com és habitual, a partir de LED d'origen desconegut?

Em vénen al cap dues opcions:

1. Afegiu il·luminació addicional de llum blava (480 nm).

2. Posa un filtre groc a les làmpades.

M'agrada més la primera opció, perquè hi ha a la venda tires LED blaves (blau clar) amb radiació de 475 nm. Com podeu comprovar quina és la longitud d'ona real?

La segona opció "menjarà" part de la llum i la làmpada quedarà més tènue i, a més, tampoc se sap quina part del blau eliminarem.