Si ndikojnë LED-të në shikim?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2023-12-16 16:16

Artikulli diskuton kushtet për formimin e një doze të tepërt të dritës blu nën ndriçimin LED. Është treguar se vlerësimet e sigurisë fotobiologjike, të kryera në përputhje me GOST R IEC 62471-2013, duhet të sqarohen duke marrë parasysh ndryshimin në diametrat e bebëzës së syrit nën ndriçimin LED dhe shpërndarjen hapësinore të dritës. -përthithja e pigmentit të dritës blu (460 nm) në makulën e retinës.

Paraqiten parimet metodologjike të llogaritjes së dozës së tepërt të dritës blu në spektrin e ndriçimit LED në raport me rrezet e diellit. Tregohet se sot në SHBA dhe Japoni po ndryshon koncepti i ndriçimit LED dhe po krijohen LED me dritë të bardhë që minimizojnë rreziqet e dëmtimit të shëndetit të njeriut. Në Shtetet e Bashkuara në veçanti, ky koncept shtrihet jo vetëm në ndriçimin e përgjithshëm, por edhe në monitorët e kompjuterëve dhe fenerët e makinave.

Në ditët e sotme, ndriçimi LED po futet gjithnjë e më shumë në shkolla, kopshte dhe institucione mjekësore. Për të vlerësuar sigurinë fotobiologjike të ndriçuesve LED, GOST R IEC 62471-2013 "Llambat dhe sistemet e llambave. Siguria fotobiologjike”. Ai u përgatit nga Ndërmarrja Unitare Shtetërore e Republikës së Mordovisë "Instituti Kërkimor Shkencor i Burimeve të Dritës me emrin A. N. Lodygin "(Ndërmarrja Unitare Shtetërore e Republikës së Mordovisë NIIIS me emrin AN Lodygin") në bazë të përkthimit të saj autentik në rusisht të standardit ndërkombëtar IEC 62471: 2006 "Siguria fotobiologjike e llambave dhe sistemeve të llambave" (IEC 62471: 20 "Siguria fotobiologjike e llambave dhe sistemeve të llambave") dhe është identike me të (shih pikën 4. GOST R IEC 62471-2013).

Një transferim i tillë i zbatimit standard sugjeron që Rusia nuk ka shkollën e saj profesionale për sigurinë fotobiologjike. Vlerësimi i sigurisë fotobiologjike është jashtëzakonisht i rëndësishëm për garantimin e sigurisë së fëmijëve (brezit) dhe reduktimin e kërcënimeve ndaj sigurisë kombëtare.

Analizë krahasuese e ndriçimit diellor dhe atij artificial

Vlerësimi i sigurisë fotobiologjike të një burimi drite bazohet në teorinë e rreziqeve dhe një metodologji për përcaktimin sasior të vlerave kufi të ekspozimit ndaj dritës blu të rrezikshme në retinë. Vlerat kufizuese të treguesve të sigurisë fotobiologjike llogariten për kufirin e specifikuar të ekspozimit të diametrit të bebëzës prej 3 mm (sipërfaqja e bebëzës prej 7 mm2). Për këto vlera të diametrit të bebëzës së syrit, përcaktohen vlerat e funksionit B (λ) - funksioni i ponderuar i rrezikut spektral nga drita blu, maksimumi i të cilit bie në diapazonin e rrezatimit spektral prej 435-440 nm.

Teoria e rreziqeve të efekteve negative të dritës dhe metodologjia për llogaritjen e sigurisë fotobiologjike u zhvillua në bazë të artikujve themelorë të themeluesit të sigurisë fotobiologjike të burimeve artificiale të dritës, Dr. David H. Sliney.

David H. Sliney ka shërbyer për shumë vite si Menaxher i Divizionit në Qendrën e Ushtrisë Amerikane për Promovimin e Shëndetit dhe Mjekësinë Parandaluese dhe ka udhëhequr projekte të sigurisë fotobiologjike. Në vitin 2007 përfundoi shërbimin dhe doli në pension. Interesat e tij kërkimore fokusohen në temat që lidhen me ekspozimin ndaj UV-së ndaj syve, rrezatimin lazer dhe ndërveprimet e indeve, rreziqet e lazerit dhe përdorimin e lazerit në mjekësi dhe kirurgji. David Sleeney ka shërbyer si anëtar, konsulent dhe kryetar i komisioneve dhe institucioneve të shumta që kanë zhvilluar standarde sigurie për mbrojtjen nga rrezatimi jojonizues, veçanërisht lazerët dhe burimet e tjera të rrezatimit optik me intensitet të lartë (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO, NCRP dhe ICNIRP). Ai ishte bashkëautor i Manualit të Sigurisë me Lazer dhe Burime të tjera Optike, Nju Jork, 1980. Nga 2008-2009, Dr. David Sleeney shërbeu si President i Shoqatës Amerikane të Fotobiologjisë.

Parimet themelore të zhvilluara nga David Sleeney qëndrojnë në themel të metodologjisë moderne për sigurinë fotobiologjike të burimeve artificiale të dritës. Ky model metodologjik transferohet automatikisht në burimet e dritës LED. Ajo ka ngritur një galaktikë të madhe ndjekësish dhe studentësh që vazhdojnë ta shtrijnë këtë metodologji në ndriçimin LED. Në shkrimet e tyre, ata përpiqen të justifikojnë dhe promovojnë ndriçimin LED përmes klasifikimit të rreziqeve.

Puna e tyre mbështetet nga Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia dhe prodhues të tjerë të ndriçimit LED. Aktualisht, fusha e hulumtimit intensiv dhe analizës së mundësive (dhe kufizimeve) në fushën e ndriçimit LED përfshin:

• Agjencitë qeveritare si Departamenti Amerikan i Energjisë, Ministria e Energjisë e RF;

• Organizatat publike si Shoqëria Inxhinierike Ndriçuese e Amerikës së Veriut (IESNA), Aleanca për Ndriçimin dhe Teknologjitë e Gjendjes së Ngurtë (ASSIST), Shoqata Ndërkombëtare e Qiellit të Errët (IDA) dhe NP PSS RF;

• prodhuesit më të mëdhenj Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia dhe

Prodhuesit rusë Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• si dhe një sërë institutesh kërkimore, universitetesh, laboratorësh: Qendra Kërkimore e Ndriçimit në Institutin Politeknik Rensselaer (LRC RPI), Instituti Kombëtar i Standardeve dhe Teknologjisë (NIST), Instituti Kombëtar i Standardeve Amerikane (ANSI), si dhe NIIIS im. AN Lodygin”, VNISI ato. S. I. Vavilov.

Nga pikëpamja e përcaktimit të një doze të tepërt të dritës blu, është me interes puna "Optical Security LED lighting" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA position letër me siguri optike LED lighting_Final_July2011). Ky raport evropian krahason spektrat e dritës së diellit me burimet artificiale të dritës (llambat inkandeshente, fluoreshente dhe LED) në përputhje me kërkesat e EN 62471. Nëpërmjet prizmit të paradigmës moderne të vlerësimit higjienik, merrni parasysh të dhënat e paraqitura në këtë raport evropian për të përcaktuar përqindjen e tepërt të dritës blu në spektrin e burimit të dritës së bardhë LED. Në fig. 1 tregon modelin spektral të një LED të dritës së bardhë, e cila përbëhet nga një kristal që lëshon dritë blu dhe një fosfor i verdhë me të cilin është i veshur për të prodhuar dritë të bardhë.

Në fig. 1. Tregohen gjithashtu pikat referuese të cilave duhet t'u kushtojë vëmendje higjienistit kur analizon spektrin e dritës nga çdo burim. Nga ky këndvështrim, merrni parasysh spektrat e dritës së diellit (Fig. 2).

Figura tregon se në intervalin e temperaturës së ngjyrës nga 4000 K deri në 6500 K, vërehen kushtet e "kryqit të melanopsinës". Në spektrin energjetik të dritës, amplituda (A) në 480 nm duhet të jetë gjithmonë më e madhe se amplituda në 460 nm dhe 450 nm.

Në të njëjtën kohë, doza e dritës blu 460 nm në spektrin e dritës së diellit me një temperaturë ngjyre prej 6500 K është 40% më e lartë se ajo e dritës së diellit me një temperaturë ngjyre prej 4000 K.

Efekti i "kryqit të melanopsinës" është qartë i dukshëm nga një krahasim i spektrave të llambave inkandeshente dhe llambave LED me një temperaturë ngjyre prej 3000 K (Fig. 3).

Përqindja e tepërt e dritës blu në spektrin e spektrit LED në raport me përqindjen e dritës blu në spektrin e një llambë inkandeshente tejkalon më shumë se 55%.

Duke marrë parasysh sa më sipër, le të krahasojmë rrezet e diellit në Tc = 6500 K (6500 K është temperatura kufizuese e ngjyrës për retinë sipas David Sleaney, dhe sipas standardeve sanitare është më pak se 6000 K) me spektrin e një llambë inkandeshente Tc = 2700 K dhe spektri i një llambë LED me Tc = 4200 K në një nivel ndriçimi prej 500 lux. (fig. 4).

Figura tregon sa vijon:

- Llamba LED (Tc = 4200 K) ka një emetim prej 460 nm më shumë se rrezet e diellit (6500 K);

- në spektrin e dritës së një llambë LED (Tc = 4200 K), zhytja në 480 nm është një rend i madhësisë (10 herë) më i madh se në spektrin e dritës së diellit (6500 K);

- në spektrin e dritës së një llambë LED (Tc = 4200 K), zhytja është 480 nm disa herë më e madhe se në spektrin e dritës së një llambë inkandeshente (Tc = 2700 K).

Dihet se nën ndriçimin LED, diametri i bebëzës së syrit tejkalon vlerat kufi - 3 mm (sipërfaqja 7 mm2) sipas GOST R IEC 62471-2013 Llambat dhe sistemet e llambave. Siguria fotobiologjike”.

Nga të dhënat e paraqitura në figurën 2, mund të shihet se doza e dritës blu prej 460 nm në spektrin e dritës së diellit për një temperaturë ngjyre prej 4000 K është shumë më e vogël se doza e dritës blu prej 460 nm në spektrin e dritës së diellit në një temperaturë ngjyre prej 6500 K.

Nga kjo rrjedh se doza e dritës blu 460 nm në spektrin e ndriçimit LED me një temperaturë ngjyre prej 4200 K do të tejkalojë ndjeshëm (me 40%) dozën e dritës blu prej 460 nm në spektrin e dritës së diellit me një temperaturë ngjyre prej 4000 K në të njëjtin nivel ndriçimi.

Ky ndryshim midis dozave është doza e tepërt e dritës blu nën ndriçimin LED në krahasim me rrezet e diellit me të njëjtën temperaturë ngjyrash dhe një nivel të caktuar ndriçimi. Por kjo dozë duhet të plotësohet me një dozë drite blu nga efekti i kontrollit joadekuat të bebëzës nën kushtet e ndriçimit LED, duke marrë parasysh shpërndarjen e pabarabartë të pigmenteve që thithin dritë blu 460 nm në vëllim dhe sipërfaqe. Është një dozë e tepërt e dritës blu që çon në një përshpejtim të proceseve të degradimit që rrisin rrezikun e dëmtimit të hershëm të shikimit në krahasim me rrezet e diellit, të gjitha gjërat e tjera janë të barabarta (një nivel i caktuar ndriçimi, temperatura e ngjyrës dhe puna efektive e retinës makulare, etj.)

Karakteristikat fiziologjike të strukturës së syrit, që ndikojnë në perceptimin e sigurt të dritës

Qarku i mbrojtjes së retinës u formua në rrezet e diellit. Me spektrin e dritës së diellit, ekziston një kontroll adekuat i diametrit të bebëzës së syrit për t'u mbyllur, gjë që çon në një ulje të dozës së dritës së diellit që arrin në qelizat e retinës. Diametri i bebëzës tek një i rritur varion nga 1.5 në 8 mm, gjë që siguron një ndryshim në intensitetin e goditjes së dritës në retinë me rreth 30 herë.

Një rënie në diametrin e bebëzës së syrit çon në një ulje të zonës së projeksionit të dritës së figurës, e cila nuk e kalon zonën e "njollës së verdhë" në qendër të retinës. Mbrojtja e qelizave të retinës nga drita blu kryhet nga pigmenti makular (me një maksimum përthithjeje prej 460 nm) dhe formimi i të cilit ka historinë e vet evolucionare.

Tek të porsalindurit, zona e makulës është me ngjyrë të verdhë të lehtë me konture të paqarta.

Nga mosha tre muajshe shfaqet një refleks makular dhe zvogëlohet intensiteti i ngjyrës së verdhë.

Në një vit, refleksi foveolar përcaktohet, qendra bëhet më e errët.

Në moshën tre deri në pesë vjeç, toni i verdhë i zonës makulare pothuajse bashkohet me tonin rozë ose të kuq të zonës qendrore të retinës.

Zona makulare tek fëmijët 7-10 vjeç e lart, si tek të rriturit, përcaktohet nga zona qendrore e retinës avaskulare dhe reflekset e dritës. Koncepti i "njollës makulare" lindi si rezultat i ekzaminimit makroskopik të syve kadaverik. Në përgatitjet planare të retinës, është e dukshme një njollë e vogël e verdhë. Për një kohë të gjatë, përbërja kimike e pigmentit që njollos këtë zonë të retinës ishte e panjohur.

Aktualisht, janë izoluar dy pigmente - luteina dhe izomeri i luteinës zeaksanthin, të cilat quhen pigment makular ose pigment makular. Niveli i luteinës është më i lartë në vendet me përqendrim më të lartë të shufrave, niveli i zeaksantinës është më i lartë në vendet me përqendrim më të lartë të konëve. Luteina dhe zeaksantina i përkasin familjes së karotenoideve, një grup pigmentesh natyrore bimore. Luteina besohet se ka dy funksione të rëndësishme: së pari, thith dritën blu që është e dëmshme për sytë; së dyti, është një antioksidant, bllokon dhe largon speciet reaktive të oksigjenit të formuara nën ndikimin e dritës. Përmbajtja e luteinës dhe zeaksantinës në makulë shpërndahet në mënyrë të pabarabartë në zonë (maksimumi në qendër, dhe disa herë më pak në skajet), që do të thotë se mbrojtja nga drita blu (460 nm) është minimale në skajet. Me kalimin e moshës, sasia e pigmenteve zvogëlohet, ato nuk sintetizohen në trup, ato mund të merren vetëm nga ushqimi, kështu që efektiviteti i përgjithshëm i mbrojtjes nga drita blu në qendër të makulës varet nga cilësia e të ushqyerit.

Efekti i kontrollit joadekuat të nxënësit

Në fig. 5. është një skemë e përgjithshme për krahasimin e projeksioneve të pikës së dritës të një llambë halogjene (spektri është afër spektrit diellor) dhe një llambë LED. Me dritën LED, zona e ndriçimit është më e madhe se sa me një llambë halogjene.

Dallimi në zonat e ndara të ndriçimit përdoret për të llogaritur një dozë shtesë të dritës blu nga efekti i kontrollit joadekuat të bebëzës nën kushtet e ndriçimit LED, duke marrë parasysh shpërndarjen e pabarabartë të pigmenteve që thithin 460 nm dritë blu në vëllim dhe zonë.. Ky vlerësim cilësor i proporcionit të tepërt të dritës blu në spektrin e LED-ve të bardha mund të bëhet një bazë metodologjike për vlerësimet sasiore në të ardhmen. Edhe pse nga kjo është e qartë vendimi teknik për nevojën për të mbushur boshllëkun në rajonin prej 480 nm deri në nivelin e eliminimit të efektit të "kryqit të melanopsinës". Kjo zgjidhje u formalizua në formën e një certifikate shpikësi (burim drite të bardhë LED me një konvektor fotolumineshent të kombinuar në distancë. Nr. Patenta 2502917 datë 30.12.2011.). Kjo siguron përparësinë e Rusisë në fushën e krijimit të burimeve të dritës së bardhë LED me një spektër biologjikisht të përshtatshëm.

Fatkeqësisht, ekspertët e Ministrisë së Industrisë dhe Tregtisë së Federatës Ruse nuk e mirëpresin këtë drejtim, gjë që është arsyeja për të mos financuar punën në këtë drejtim, që ka të bëjë jo vetëm me ndriçimin e përgjithshëm (shkolla, maternitete, etj.), por gjithashtu ndriçimi i pasëm i monitorëve dhe fenerëve të makinave.

Me ndriçimin LED, ndodh kontrolli i pamjaftueshëm i diametrit të bebëzës së syrit, gjë që krijon kushte për marrjen e një doze të tepërt të dritës blu, e cila ndikon negativisht në qelizat e retinës (qelizat ganglione) dhe enët e saj. Efekti negativ i një doze të tepërt të dritës blu në këto struktura u konfirmua nga punimet e Institutit të Fizikës Biokimike. N. M. Emanuel RAS dhe FANO.

Efektet e identifikuara më sipër të kontrollit joadekuat të diametrit të bebëzës së syrit vlejnë për llambat fluoreshente dhe ato të kursimit të energjisë (Fig. 6). Në të njëjtën kohë, ka një përqindje të rritur të dritës UV në 435 nm ("Siguria optike e ndriçimit LED" CELMA ‐ ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA Letër pozicioni, siguria optike LED ndriçimi_Final_Korrik 2011)).

Në rrjedhën e eksperimenteve dhe matjeve të kryera në shkollat amerikane, si dhe në shkollat ruse (Instituti Kërkimor i Higjienës dhe Mbrojtjes së Shëndetit të Fëmijëve dhe Adoleshentëve, SCCH RAMS), u zbulua se me një ulje të temperaturës së ngjyrave të ndërlidhura artificiale burimet e dritës, diametri i bebëzës së syrit rritet, gjë që krijon parakushtet për një ekspozim negativ ndaj dritës blu në qelizat dhe enët e gjakut të retinës. Me një rritje në temperaturën e ndërlidhur të ngjyrës së burimeve të dritës artificiale, diametri i bebëzës së syrit zvogëlohet, por nuk arrin vlerat e diametrit të bebëzës në rrezet e diellit.

Një dozë e tepërt e dritës blu UV çon në një përshpejtim të proceseve të degradimit që rrisin rrezikun e dëmtimit të hershëm të shikimit në krahasim me rrezet e diellit, duke qenë të gjitha gjërat e tjera të barabarta.

Një dozë e shtuar e ngjyrës blu në spektrin e ndriçimit LED ndikon në shëndetin e njeriut dhe funksionimin e analizuesit vizual, gjë që rrit rreziqet e paaftësisë në shikim dhe shëndet në moshën e punës.

Koncepti i krijimit të burimeve të dritës gjysmëpërçuese me dritë biologjikisht të përshtatshme

Ndryshe nga konservatorizmi i ekspertëve nga Ministria e Industrisë dhe Tregtisë së Federatës Ruse dhe Qendra e Inovacionit Skolkovo, koncepti i krijimit të burimeve të dritës së bardhë gjysmëpërçuese me dritë biologjikisht adekuate të kultivuar nga autorët e artikullit po fiton një përkrahës në të gjithë botën. botë. Për shembull, në Japoni, Toshiba Material Co., LTD ka krijuar LED duke përdorur teknologjinë TRI-R (Fig. 7).

Një kombinim i tillë i kristaleve vjollcë dhe fosforeve ju lejon të sintetizoni LED me spektra afër spektrit të dritës së diellit me temperatura të ndryshme ngjyrash dhe të eliminoni mangësitë e mësipërme në spektrin LED (kristal blu i veshur me fosfor të verdhë).

Në fig. tetë.paraqet një krahasim të spektrit të dritës së diellit (TK = 6500 K) me spektrat e LED-ve duke përdorur teknologjinë dhe teknologjinë TRI-R (kristal blu i veshur me fosfor të verdhë).

Nga analiza e të dhënave të paraqitura, shihet se në spektrin e dritës së bardhë të LED-ve që përdorin teknologjinë TRI-R, hendeku në 480 nm eliminohet dhe nuk ka dozë të tepërt blu.

Pra, kryerja e hulumtimit për të identifikuar mekanizmat e efektit të dritës së një spektri të caktuar në shëndetin e njeriut është një detyrë shtetërore. Injorimi i këtyre mekanizmave çon në miliarda dollarë në kosto.

konkluzionet

Rregullat Sanitare regjistrojnë normat nga ndriçimi i dokumenteve normative teknike, duke përkthyer standardet evropiane. Këto standarde formohen nga specialistë që nuk janë gjithmonë të pavarur dhe kryejnë politikën e tyre teknike kombëtare (biznes kombëtar), i cili shpesh nuk përkon me politikën teknike kombëtare të Rusisë.

Me ndriçimin LED, ndodh kontrolli i pamjaftueshëm i diametrit të bebëzës së syrit, gjë që vë në dyshim korrektësinë e vlerësimeve fotobiologjike sipas GOST R IEC 62471-2013.

Shteti nuk financon kërkime të avancuara për ndikimin e teknologjisë në shëndetin e njeriut, prandaj higjienistët janë të detyruar të përshtatin normat dhe kërkesat me teknologjitë që promovohen nga biznesi i teknologjisë së transferimit.

Zgjidhjet teknike për zhvillimin e llambave LED dhe ekraneve të PC-ve duhet të marrin parasysh sigurinë e syve dhe shëndetin e njeriut, të marrin masa për të eliminuar efektin e "kryqit të melanopsinës", i cili ndodh për të gjitha burimet ekzistuese të dritës së kursimit të energjisë dhe ndriçimin e pasëm. të pajisjeve të shfaqjes së informacionit.

Nën ndriçimin LED me LED të bardhë (kristal blu dhe fosfor i verdhë), të cilat kanë një hendek në spektër në 480 nm, nuk ka kontroll të duhur të diametrit të bebëzës së syrit.

Për maternitetet, institucionet e fëmijëve dhe shkollat, llambat me një spektër drite biologjikisht adekuat, duke marrë parasysh karakteristikat e shikimit të fëmijëve, duhet të zhvillohen dhe t'i nënshtrohen certifikimit të detyrueshëm higjienik.

Përfundime shkurt nga redaktori:

1. LED-et emetojnë shumë ndezur në blu dhe afër rajoneve UV dhe shumë dobët në blu.

2. Syri "mat" ndriçimin për të ngushtuar bebëzën me nivelin e ngjyrës jo blu, por blu, e cila praktikisht mungon në spektrin e një LED të bardhë, prandaj, syri "mendon" se është e errët dhe hap më gjerë bebëzën, gjë që çon në faktin se retina merr shumë herë më shumë dritë (blu dhe UV) sesa kur ndriçohet nga dielli dhe kjo dritë "djegon" qelizat e ndjeshme ndaj dritës të syrit.

3. Në këtë rast, një tepricë e dritës blu në sy çon në një përkeqësim të qartësisë së imazhit. një fotografi me një aureolë është formuar në retinë.

4. Syri i fëmijëve është rreth një renditje magnitudë më transparent në blu se ai i të moshuarve, prandaj, procesi i "djegjes" tek fëmijët është shumë herë më intensiv.

5. Dhe mos harroni se LED nuk janë vetëm ndriçues, por tani pothuajse të gjithë ekranet.

Nëse japim një imazh më shumë, atëherë dëmtimi i syve nga LED është i ngjashëm me verbërinë në male, që ndodh nga reflektimi i UV-së nga bora dhe është më i rrezikshëm vetëm në mot me re.

Shtrohet pyetja, çfarë të bëni për ata që tashmë kanë ndriçim LED, si zakonisht, nga LED me origjinë të panjohur?

Dy opsione vijnë në mendje:

1. Shto ndriçim shtesë të dritës blu (480 nm).

2. Vendosni një filtër të verdhë mbi llambat.

Më pëlqen më shumë opsioni i parë, sepse ka në shitje shirita LED blu (blu e çelur) me rrezatim 475nm. Si mund të kontrolloni se cila është gjatësia aktuale e valës?

Opsioni i dytë do të "hajë" një pjesë të dritës dhe llamba do të jetë më e zbehtë, dhe, për më tepër, nuk dihet gjithashtu se çfarë pjese të blusë do të heqim.