Hoe beïnvloeden LED's het zicht?

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Het artikel bespreekt de voorwaarden voor de vorming van een overmatige dosis blauw licht onder LED-verlichting. Het is aangetoond dat de beoordelingen van fotobiologische veiligheid, uitgevoerd in overeenstemming met GOST R IEC 62471-2013, moeten worden verduidelijkt, rekening houdend met de verandering in de diameters van de pupil van het oog onder LED-verlichting en de ruimtelijke verdeling van het licht -absorberend blauw licht (460 nm) pigment in de macula van het netvlies.

De methodologische principes voor het berekenen van de overdosis blauw licht in het spectrum van LED-verlichting in relatie tot zonlicht worden gepresenteerd. Er wordt aangegeven dat tegenwoordig in de VS en Japan het concept van LED-verlichting aan het veranderen is en dat er witlicht-LED's worden gecreëerd die de risico's van schade aan de menselijke gezondheid minimaliseren. Met name in de Verenigde Staten strekt dit concept zich niet alleen uit tot algemene verlichting, maar ook tot computermonitoren en autokoplampen.

Tegenwoordig wordt LED-verlichting steeds meer geïntroduceerd in scholen, kleuterscholen en medische instellingen. Om de fotobiologische veiligheid van LED-armaturen te beoordelen, GOST R IEC 62471-2013 "Lampen en lampsystemen. Fotobiologische veiligheid". Het werd opgesteld door de State Unitary Enterprise van de Republiek Mordovië "Scientific Research Institute of Light Sources vernoemd naar A. N. Lodygin "(State Unitary Enterprise van de Republiek Mordovië NIIIS vernoemd naar AN Lodygin") op basis van zijn eigen authentieke vertaling in het Russisch van de internationale norm IEC 62471: 2006 "Photobiological safety of lampen and lamp systems" (IEC 62471: 2006 "Fotobiologische veiligheid van lampen en lampsystemen") en is er identiek aan (zie clausule 4. GOST R IEC 62471-2013).

Een dergelijke overdracht van de standaardimplementatie suggereert dat Rusland geen eigen professionele school voor fotobiologische veiligheid heeft. De beoordeling van fotobiologische veiligheid is van groot belang voor het waarborgen van de veiligheid van kinderen (generatie) en het verminderen van bedreigingen voor de nationale veiligheid.

Vergelijkende analyse van zonne- en kunstlicht

De beoordeling van de fotobiologische veiligheid van een lichtbron is gebaseerd op de theorie van risico's en een methodologie voor het kwantificeren van de grenswaarden van blootstelling aan gevaarlijk blauw licht op het netvlies. De grenswaarden van de indicatoren van fotobiologische veiligheid worden berekend voor de gespecificeerde blootstellingslimiet van de pupildiameter van 3 mm (pupilgebied van 7 mm2). Voor deze waarden van de oogpupildiameter worden de waarden van de functie B (λ) bepaald - de gewogen spectrale gevaarfunctie van blauw licht, waarvan het maximum valt op het spectrale stralingsbereik van 435-440 nm.

De theorie van risico's van negatieve effecten van licht en de methodologie voor het berekenen van fotobiologische veiligheid is ontwikkeld op basis van de fundamentele artikelen van de grondlegger van de fotobiologische veiligheid van kunstmatige lichtbronnen, Dr. David H. Sliney.

David H. Sliney heeft vele jaren als divisiemanager gediend bij het Center for Health Promotion and Preventive Medicine van het Amerikaanse leger en heeft leiding gegeven aan fotobiologische veiligheidsprojecten. In 2007 voltooide hij zijn dienst en ging met pensioen. Zijn onderzoeksinteresses zijn gericht op onderwerpen die verband houden met UV-blootstelling aan de ogen, laserstraling en weefselinteracties, lasergevaren en het gebruik van lasers in de geneeskunde en chirurgie. David Sleeney was lid, adviseur en voorzitter van talrijke commissies en instellingen die veiligheidsnormen hebben ontwikkeld voor bescherming tegen niet-ioniserende straling, in het bijzonder lasers en andere bronnen van optische straling met hoge intensiteit (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO, NCRP en ICNIRP). Hij was co-auteur van The Safety Handbook with Lasers and Other Optical Sources, New York, 1980. Van 2008-2009 was Dr. David Sleeney voorzitter van de American Society of Photobiology.

De door David Sleeney ontwikkelde fundamentele principes liggen ten grondslag aan de moderne methodologie voor de fotobiologische veiligheid van kunstmatige lichtbronnen. Dit methodologische patroon wordt automatisch overgedragen naar led-lichtbronnen. Het heeft een groot aantal volgers en studenten voortgebracht die deze methodologie blijven uitbreiden naar LED-verlichting. In hun geschriften proberen ze LED-verlichting te rechtvaardigen en te promoten door middel van de classificatie van risico's.

Hun werk wordt ondersteund door Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia en andere fabrikanten van LED-verlichting. Op dit moment omvat het veld van intensief onderzoek en analyse van de mogelijkheden (en beperkingen) op het gebied van LED-verlichting:

• overheidsinstanties zoals het Amerikaanse Ministerie van Energie, het RF Ministerie van Energie;

• publieke organisaties zoals de Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), Alliance for Solid-State Illumination and Technologies (ASSIST), International Dark-Sky Association (IDA) en NP PSS RF;

• de grootste fabrikanten Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia en

Russische fabrikanten Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• evenals een aantal onderzoeksinstituten, universiteiten, laboratoria: Lighting Research Center aan het Rensselaer Polytechnic Institute (LRC RPI), National Institute of Standards and Technology (NIST), American National Standard Institute (ANSI), evenals NIIIS im. AN Lodygin , VNISI hen. SI. Vavilov.

Voor het bepalen van een te hoge dosis blauw licht is het werk "Optische veiligheid LED-verlichting" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA position paper optische veiligheid LED-verlichting_Final_July2011) interessant. Dit Europese rapport vergelijkt de spectra van zonlicht met kunstmatige lichtbronnen (gloei-, fluorescentie- en LED-lampen) volgens de eis van EN 62471. Beschouw, door het prisma van het moderne paradigma van hygiënische beoordeling, de gegevens die in dit Europese rapport worden gepresenteerd om het overmatige aandeel van blauw licht in het spectrum van de witte LED-lichtbron te bepalen. In afb. 1 toont het spectrale patroon van een witlicht-LED, die bestaat uit een kristal dat blauw licht uitstraalt en een gele fosfor waarmee het is bekleed om wit licht te produceren.

In afb. 1. Ook zijn de referentiepunten aangegeven waarop de hygiënist moet letten bij het analyseren van het spectrum van licht van welke bron dan ook. Bekijk vanuit dit oogpunt de spectra van zonlicht (Fig. 2).

De afbeelding laat zien dat in het bereik van de kleurtemperatuur van 4000 K tot 6500 K de omstandigheden van het "melanopsine-kruis" worden waargenomen. Op het energiespectrum van licht moet de amplitude (A) bij 480 nm altijd groter zijn dan de amplitude bij 460 nm en 450 nm.

Tegelijkertijd is de dosis blauw licht 460 nm in het spectrum van zonlicht met een kleurtemperatuur van 6500 K 40% hoger dan die van zonlicht met een kleurtemperatuur van 4000 K.

Het effect van het "melanopsinekruis" is duidelijk zichtbaar bij een vergelijking van de spectra van gloeilampen en LED-lampen met een kleurtemperatuur van 3000 K (Fig. 3).

Het overschot aan blauw licht in het spectrum van het LED-spectrum ten opzichte van het aandeel blauw licht in het spectrum van een gloeilamp is meer dan 55%.

Laten we, gezien het bovenstaande, zonlicht bij Tc = 6500 K vergelijken (6500 K is de beperkende kleurtemperatuur voor het netvlies volgens David Sleaney, en volgens hygiënische normen is het minder dan 6000 K) met het spectrum van een gloeilamp Tc = 2700 K en het spectrum van een LED-lamp met Tc = 4200 K bij een verlichtingsniveau van 500 lux. (afb. 4).

De figuur laat het volgende zien:

- LED lamp (Tc = 4200 K) heeft een emissie van 460 nm meer dan zonlicht (6500 K);

- in het lichtspectrum van een LED-lamp (Tc = 4200 K) is de dip bij 480 nm een orde van grootte (10 maal) groter dan in het spectrum van zonlicht (6500 K);

- in het lichtspectrum van een LED-lamp (Tc = 4200 K) is de dip 480 nm enkele malen groter dan in het lichtspectrum van een gloeilamp (Tc = 2700 K).

Het is bekend dat onder LED-verlichting de diameter van de pupil van het oog de grenswaarden overschrijdt - 3 mm (gebied 7 mm2) volgens GOST R IEC 62471-2013 "Lampen en lampsystemen. Fotobiologische veiligheid".

Uit de gegevens in Fig. 2 blijkt dat de dosis van 460 nm blauw licht in het zonlichtspectrum voor een kleurtemperatuur van 4000 K veel lager is dan de dosis van 460 nm blauw licht in het zonlichtspectrum bij een kleurtemperatuur van 6500 K.

Hieruit volgt dat de dosis van 460 nm blauw licht in het spectrum van ledverlichting met een kleurtemperatuur van 4200 K de dosis van 460 nm blauw licht in het spectrum van zonlicht met een kleurtemperatuur van 4000 K bij hetzelfde verlichtingsniveau.

Dit verschil tussen doses is de overdosis blauw licht onder LED-verlichting ten opzichte van zonlicht met dezelfde kleurtemperatuur en een bepaald verlichtingsniveau. Maar deze dosis moet worden aangevuld met een dosis blauw licht vanwege het effect van onvoldoende controle van de pupil onder LED-lichtomstandigheden, rekening houdend met de ongelijke verdeling van pigmenten die 460 nm blauw licht in volume en oppervlakte absorberen. Het is een overmatige dosis blauw licht die leidt tot een versnelling van afbraakprocessen die het risico op vroegtijdige visuele beperking vergroten in vergelijking met zonlicht, terwijl alle andere zaken gelijk blijven (een bepaald verlichtingsniveau, kleurtemperatuur en effectieve werking van het maculaire netvlies, enzovoort.)

Fysiologische kenmerken van de structuur van het oog, die de veilige waarneming van licht beïnvloeden

Het netvliesbeschermingscircuit werd gevormd in zonlicht. Met het spectrum van zonlicht is er een adequate controle van de diameter van de pupil van het oog om te sluiten, wat leidt tot een afname van de dosis zonlicht die de cellen van het netvlies bereikt. De diameter van de pupil bij een volwassene varieert van 1,5 tot 8 mm, waardoor de intensiteit van het licht dat op het netvlies valt ongeveer 30 keer verandert.

Een afname van de diameter van de pupil van het oog leidt tot een afname van het gebied van de lichtprojectie van het beeld, dat het gebied van de "gele vlek" in het midden van het netvlies niet overschrijdt. De bescherming van netvliescellen tegen blauw licht wordt uitgevoerd door het maculaire pigment (met een absorptiemaximum van 460 nm) en waarvan de vorming een eigen evolutionaire geschiedenis heeft.

Bij pasgeborenen is het gebied van de macula lichtgeel van kleur met onduidelijke contouren.

Vanaf de leeftijd van drie maanden verschijnt een maculaire reflex en neemt de intensiteit van de gele kleur af.

Tegen een jaar wordt de foveolaire reflex bepaald, het midden wordt donkerder.

Op de leeftijd van drie tot vijf jaar versmelt de geelachtige tint van het maculaire gebied bijna met de roze of rode tint van het centrale netvliesgebied.

Het maculaire gebied bij kinderen van 7-10 jaar en ouder, zoals bij volwassenen, wordt bepaald door het avasculaire centrale netvliesgebied en lichtreflexen. Het concept van "maculaire vlek" is ontstaan als gevolg van macroscopisch onderzoek van kadaverachtige ogen. Op vlakke preparaten van het netvlies is een kleine gele vlek zichtbaar. Lange tijd was de chemische samenstelling van het pigment dat dit gebied van het netvlies kleurt onbekend.

Momenteel zijn er twee pigmenten geïsoleerd - luteïne en het luteïne-isomeer zeaxanthine, die maculair pigment of maculair pigment worden genoemd. Het niveau van luteïne is hoger op de plaatsen met een hogere concentratie aan staafjes, het niveau van zeaxanthine is hoger op de plaatsen met een hogere concentratie van kegels. Luteïne en zeaxanthine behoren tot de carotenoïdenfamilie, een groep natuurlijke plantenpigmenten. Van luteïne wordt aangenomen dat het twee belangrijke functies heeft: ten eerste absorbeert het blauw licht dat schadelijk is voor de ogen; ten tweede is het een antioxidant, blokkeert en verwijdert reactieve zuurstofsoorten gevormd onder invloed van licht. Het gehalte aan luteïne en zeaxanthine in de macula is ongelijk verdeeld over het gebied (maximaal in het midden en enkele malen minder aan de randen), waardoor de bescherming tegen blauw licht (460 nm) aan de randen minimaal is. Met de leeftijd neemt de hoeveelheid pigmenten af, ze worden niet in het lichaam gesynthetiseerd, ze kunnen alleen uit voedsel worden verkregen, dus de algehele effectiviteit van bescherming tegen blauw licht in het midden van de macula hangt af van de kwaliteit van de voeding.

Het effect van onvoldoende leerlingcontrole

In afb. 5. is een algemeen schema voor het vergelijken van de projecties van de lichtvlek van een halogeenlamp (het spectrum ligt dicht bij het zonnespectrum) en een LED-lamp. Bij LED-licht is het verlichtingsoppervlak groter dan bij een halogeenlamp.

Het verschil in de toegewezen verlichtingsgebieden wordt gebruikt om een extra dosis blauw licht te berekenen uit het effect van onvoldoende controle van de pupil onder LED-lichtomstandigheden, rekening houdend met de ongelijke verdeling van pigmenten die 460 nm blauw licht absorberen in volume en oppervlakte. Deze kwalitatieve beoordeling van het teveel aan blauw licht in het spectrum van witte LED's kan in de toekomst een methodologische basis worden voor kwantitatieve beoordelingen. Hoewel hieruit de technische beslissing duidelijk is over de noodzaak om de leemte in het gebied van 480 nm op te vullen tot het niveau van eliminatie van het effect van "melanopsine-kruis". Deze oplossing werd geformaliseerd in de vorm van een uitvinderscertificaat (LED-witlichtbron met een gecombineerde externe fotoluminescente convector. Octrooi nr. 2502917 van 30-12-2011.). Dit verzekert Ruslands prioriteit op het gebied van het creëren van LED-witlichtbronnen met een biologisch adequaat spectrum.

Helaas verwelkomen de experts van het Ministerie van Industrie en Handel van de Russische Federatie deze richting niet, wat de reden is om geen werkzaamheden in deze richting te financieren, die niet alleen betrekking hebben op algemene verlichting (scholen, kraamklinieken, enz.), maar ook de achtergrondverlichting van monitoren en autokoplampen.

Bij ledverlichting treedt onvoldoende controle op de diameter van de pupil van het oog op, wat de voorwaarden schept voor het verkrijgen van een overmatige dosis blauw licht, wat een negatief effect heeft op de cellen van het netvlies (ganglioncellen) en zijn bloedvaten. Het negatieve effect van een overmatige dosis blauw licht op deze structuren werd bevestigd door de werken van het Institute of Biochemical Physics. NM Emanuel RAS en FANO.

De hierboven geïdentificeerde effecten van onvoldoende controle van de oogpupildiameter zijn van toepassing op fluorescentielampen en spaarlampen (Fig. 6). Tegelijkertijd is er een verhoogd aandeel UV-licht bij 435 nm ("Optische veiligheid van LED-verlichting" CELMA ‐ ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA position paper optische veiligheid LED-verlichting_Final_July2011)).

Tijdens experimenten en metingen uitgevoerd op Amerikaanse scholen, evenals op Russische scholen (Research Institute of Hygiene and Health Protection of Children and Adolescents, SCCH RAMS), werd vastgesteld dat met een afname van de gecorreleerde kleurtemperatuur van kunstmatige lichtbronnen neemt de diameter van de pupil van het oog toe, wat de voorwaarden schept voor een negatieve blootstelling aan blauw licht op cellen en bloedvaten van het netvlies. Met een toename van de gecorreleerde kleurtemperatuur van kunstmatige lichtbronnen, neemt de diameter van de pupil van het oog af, maar bereikt deze niet de waarden van de diameter van de pupil in zonlicht.

Een te hoge dosis UV-blauw licht leidt tot een versnelling van degradatieprocessen die het risico op vroegtijdige visuele beperking vergroten in vergelijking met zonlicht, terwijl alle andere zaken gelijk blijven.

Een verhoogde dosis blauw in het spectrum van LED-verlichting beïnvloedt de menselijke gezondheid en het functioneren van de visuele analysator, waardoor het risico op een handicap in het gezichtsvermogen en de gezondheid op werkende leeftijd toeneemt.

Het concept van het creëren van halfgeleiderlichtbronnen met biologisch adequaat licht

In tegenstelling tot het conservatisme van experts van het Ministerie van Industrie en Handel van de Russische Federatie en het Skolkovo Innovation Center, wint het concept van het creëren van halfgeleider witte lichtbronnen met biologisch adequaat licht, gecultiveerd door de auteurs van het artikel, overal ter wereld aanhangers. wereld. In Japan heeft Toshiba Material Co., LTD bijvoorbeeld LED's gemaakt met behulp van TRI-R-technologie (Fig. 7).

Een dergelijke combinatie van violette kristallen en fosforen maakt het mogelijk om LED's te synthetiseren met spectra die dicht bij het spectrum van zonlicht liggen met verschillende kleurtemperaturen, en om de bovengenoemde tekortkomingen in het LED-spectrum (blauw kristal bedekt met gele fosfor) te elimineren.

In afb. acht.presenteert een vergelijking van het spectrum van zonlicht (TK = 6500 K) met de spectra van LED's met behulp van TRI-R-technologie en -technologie (blauw kristal bedekt met gele fosfor).

Uit de analyse van de gepresenteerde gegevens blijkt dat in het witte lichtspectrum van LED's met behulp van de TRI-R-technologie de kloof bij 480 nm wordt geëlimineerd en dat er geen overmatige blauwe dosis is.

Onderzoek doen naar de mechanismen van het effect van licht van een bepaald spectrum op de menselijke gezondheid is dus een taak van de staat. Het negeren van deze mechanismen leidt tot miljarden dollars aan kosten.

conclusies

De Sanitaire Regels leggen normen vast uit verlichtingstechnische normatieve documenten, door Europese normen te vertalen. Deze normen worden gevormd door specialisten die niet altijd onafhankelijk zijn en hun eigen nationaal technisch beleid voeren (national business), dat vaak niet samenvalt met het nationale technische beleid van Rusland.

Bij LED-verlichting treedt onvoldoende controle van de oogpupildiameter op, wat twijfel doet rijzen over de juistheid van fotobiologische beoordelingen volgens GOST R IEC 62471-2013.

De staat financiert geen geavanceerd onderzoek naar de impact van technologie op de menselijke gezondheid. Daarom zijn hygiënisten gedwongen om de normen en vereisten aan te passen aan de technologieën die worden gepromoot door de transfertechnologiesector.

Technische oplossingen voor de ontwikkeling van LED-lampen en pc-schermen moeten rekening houden met het waarborgen van de veiligheid van de ogen en de menselijke gezondheid, maatregelen nemen om het effect van het "melanopsine-kruis", dat optreedt voor alle momenteel bestaande energiebesparende lichtbronnen en achtergrondverlichting, te elimineren van informatieweergave-apparaten.

Onder LED-verlichting met witte LED's (blauw kristal en gele fosfor), die een gat in het spectrum hebben bij 480 nm, is er onvoldoende controle van de oogpupildiameter.

Voor kraamklinieken, kinderinstellingen en scholen moeten lampen met een biologisch adequaat lichtspectrum, rekening houdend met de kenmerken van het gezichtsvermogen van kinderen, worden ontwikkeld en verplichte hygiënische certificering ondergaan.

Conclusies kort van de redactie:

1. LED's zenden zeer helder uit in blauwe en nabij UV-gebieden en zeer zwak in blauw.

2. Het oog "meet" de helderheid om de pupil te verkleinen tot het niveau van niet blauwe, maar blauwe kleur, die praktisch afwezig is in het spectrum van een witte LED, daarom "denkt" het oog dat het donker is en opent de pupil verder, wat ertoe leidt dat het netvlies vele malen meer licht (blauw en UV) ontvangt dan wanneer het door de zon wordt verlicht, en dit licht "verbrandt" de lichtgevoelige cellen van het oog.

3. In dit geval leidt een teveel aan blauw licht in het oog tot een verslechtering van de helderheid van het beeld. een afbeelding met een halo wordt gevormd op het netvlies.

4. Het oog van kinderen is ongeveer een orde van grootte transparanter voor blauw dan dat van ouderen, daarom is het proces van "burn-out" bij kinderen vele malen intenser.

5. En vergeet niet dat LED's niet alleen verlichting zijn, maar nu bijna alle schermen.

Als we nog een afbeelding geven, dan is oogbeschadiging door LED's verwant aan blindheid in de bergen, die ontstaat door de weerkaatsing van UV door sneeuw en gevaarlijker is alleen bij bewolkt weer.

De vraag rijst, wat te doen voor degenen die al LED-verlichting hebben, zoals gebruikelijk, van LED's van onbekende oorsprong?

Twee opties komen in me op:

1. Voeg extra verlichting met blauw licht (480 nm) toe.

2. Zet een geel filter op de lampen.

Ik vind de eerste optie leuker, omdat er zijn blauwe (lichtblauwe) ledstrips met 475nm straling in de aanbieding. Hoe kun je controleren wat de werkelijke golflengte is?

De tweede optie zal een deel van het licht "opeten" en de lamp zal dimmen, en bovendien is het ook onbekend welk deel van het blauw we zullen verwijderen.