LED'ler görüşü nasıl etkiler?

2024 Yazar: Seth Attwood | [email protected]. Son düzenleme: 2023-12-16 16:18

Makale, LED aydınlatma altında aşırı dozda mavi ışık oluşum koşullarını tartışıyor. GOST R IEC 62471-2013 uyarınca gerçekleştirilen fotobiyolojik güvenlik değerlendirmelerinin, LED aydınlatma altında gözbebeği çaplarındaki değişiklik ve ışığın mekansal dağılımı dikkate alınarak netleştirilmesi gerektiği gösterilmiştir. - retinanın makulasındaki mavi ışığı (460 nm) emen pigment.

LED aydınlatma spektrumundaki aşırı mavi ışık dozunun güneş ışığına göre hesaplanmasının metodolojik ilkeleri sunulmaktadır. Günümüzde ABD ve Japonya'da LED aydınlatma kavramının değiştiği ve insan sağlığına zarar verme risklerini en aza indiren beyaz ışıklı LED'lerin oluşturulduğu belirtiliyor. Özellikle Amerika Birleşik Devletleri'nde bu konsept sadece genel aydınlatmayı değil aynı zamanda bilgisayar monitörlerini ve araba farlarını da kapsıyor.

Günümüzde LED aydınlatma okullarda, anaokullarında ve sağlık kurumlarında giderek daha fazla tanıtılmaktadır. LED armatürlerin fotobiyolojik güvenliğini değerlendirmek için GOST R IEC 62471-2013 “Lambalar ve lamba sistemleri. Fotobiyolojik güvenlik ". Mordovya Cumhuriyeti Devlet Üniter Girişimi “A. N. Lodygin "(AN Lodygin'den sonra adlandırılan Mordovia Cumhuriyeti NIIIS Devlet Üniter Teşebbüsü") uluslararası standart IEC 62471: 2006 "Lambaların ve lamba sistemlerinin fotobiyolojik güvenliği" (IEC 62471: 2006) Rusça'ya kendi özgün çevirisi temelinde "Lambaların ve lamba sistemlerinin fotobiyolojik güvenliği ") ile aynıdır (bkz. madde 4. GOST R IEC 62471-2013).

Standart uygulamanın böyle bir aktarımı, Rusya'nın fotobiyolojik güvenlik için kendi profesyonel okuluna sahip olmadığını göstermektedir. Fotobiyolojik güvenliğin değerlendirilmesi, çocukların (nesil) güvenliğinin sağlanması ve ulusal güvenliğe yönelik tehditlerin azaltılması açısından son derece önemlidir.

Güneş ve yapay aydınlatmanın karşılaştırmalı analizi

Bir ışık kaynağının fotobiyolojik güvenliğinin değerlendirilmesi, risk teorisine ve retinadaki tehlikeli mavi ışığa maruz kalmanın sınır değerlerini ölçmek için bir metodolojiye dayanmaktadır. Fotobiyolojik güvenlik göstergelerinin sınır değerleri, 3 mm öğrenci çapının (7 mm2 öğrenci alanı) belirtilen maruz kalma sınırı için hesaplanır. Göz bebeği çapının bu değerleri için, B (λ) fonksiyonunun değerleri belirlenir - mavi ışıktan ağırlıklı spektral tehlike fonksiyonu, maksimumu 435-440 nm spektral radyasyon aralığına düşer.

Işığın olumsuz etkilerinin riskleri teorisi ve fotobiyolojik güvenliği hesaplama metodolojisi, yapay ışık kaynaklarının fotobiyolojik güvenliğinin kurucusu Dr. David H. Sliney'nin temel makalelerine dayanarak geliştirilmiştir.

David H. Sliney uzun yıllar ABD Ordusu Sağlığı Geliştirme ve Önleyici Tıp Merkezi'nde Bölüm Müdürü olarak görev yaptı ve fotobiyolojik güvenlik projelerine liderlik etti. 2007 yılında hizmetini tamamlayarak emekli oldu. Araştırma ilgi alanları, gözlere UV maruziyeti, lazer radyasyonu ve doku etkileşimleri, lazer tehlikeleri ve lazerlerin tıpta ve cerrahide kullanımı ile ilgili konulara odaklanmaktadır. David Sleeney, iyonlaştırıcı olmayan radyasyona, özellikle lazerlere ve diğer yüksek yoğunluklu optik radyasyon kaynaklarına (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO) karşı koruma için güvenlik standartları geliştiren çok sayıda komisyon ve kurumun üyesi, danışmanı ve başkanı olarak görev yaptı., NCRP ve ICNIRP). The Safety Handbook with Lasers and Other Optical Sources, New York, 1980'in ortak yazarıdır. Dr. David Sleeney, 2008-2009 yılları arasında Amerikan Fotobiyoloji Derneği'nin Başkanı olarak görev yaptı.

David Sleeney tarafından geliştirilen temel ilkeler, yapay ışık kaynaklarının fotobiyolojik güvenliği için modern metodolojinin temelini oluşturur. Bu metodolojik model otomatik olarak LED ışık kaynaklarına aktarılır. Bu metodolojiyi LED aydınlatmaya genişletmeye devam eden çok sayıda takipçi ve öğrenci yetiştirdi. Yazılarında, risklerin sınıflandırılması yoluyla LED aydınlatmayı haklı çıkarmaya ve teşvik etmeye çalışıyorlar.

Çalışmaları Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia ve diğer LED aydınlatma üreticileri tarafından desteklenmektedir. Şu anda, LED aydınlatma alanındaki olasılıkların (ve sınırlamaların) yoğun araştırma ve analizi alanı şunları içerir:

• ABD Enerji Bakanlığı, RF Enerji Bakanlığı gibi devlet kurumları;

• Kuzey Amerika Aydınlatıcı Mühendislik Topluluğu (IESNA), Katı Hal Aydınlatma ve Teknolojileri Birliği (ASSIST), Uluslararası Karanlık Gökyüzü Birliği (IDA) ve NP PSS RF gibi kamu kuruluşları;

• en büyük üreticiler Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia ve

Rus üreticiler Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• yanı sıra bir dizi araştırma enstitüsü, üniversite, laboratuvar: Rensselaer Politeknik Enstitüsü'ndeki (LRC RPI), Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST), Amerikan Ulusal Standart Enstitüsü (ANSI) ve ayrıca NIIIS im. BİR Lodygin , VNISI onları. Sİ. Vavilov.

Fazla mavi ışık dozunun belirlenmesi açısından, "Optik güvenlik LED aydınlatma" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA pozisyon kağıdı optik güvenlik LED aydınlatma_Final_Temmuz 2011) çalışması ilgi çekicidir. Bu Avrupa raporu, güneş ışığının tayfını, EN 62471 gerekliliğine uygun olarak yapay ışık kaynakları (akkor, flüoresan ve LED lambalar) ile karşılaştırır. Modern hijyenik değerlendirme paradigması aracılığıyla, LED beyaz ışık kaynağının spektrumundaki aşırı mavi ışığın oranını belirlemek için bu Avrupa raporunda sunulan verileri göz önünde bulundurun. İncirde. Şekil 1, mavi ışık yayan bir kristal ve beyaz ışık üretmek üzere kaplandığı sarı bir fosfordan oluşan beyaz ışık LED'inin spektral modelini göstermektedir.

İncirde. 1. Hijyenistin herhangi bir kaynaktan gelen ışık spektrumunu analiz ederken dikkat etmesi gereken referans noktaları da belirtilmiştir. Bu bakış açısından, güneş ışığının spektrumunu düşünün (Şekil 2).

Şekil, 4000 K ila 6500 K arasındaki renk sıcaklığı aralığında "melanopsin çaprazı" koşullarının gözlemlendiğini göstermektedir. Işığın enerji spektrumunda, 480 nm'deki genlik (A), her zaman 460 nm ve 450 nm'deki genlikten daha büyük olmalıdır.

Aynı zamanda, 6500 K renk sıcaklığına sahip güneş ışığının spektrumunda 460 nm mavi ışığın dozu, 4000 K renk sıcaklığına sahip güneş ışığından %40 daha fazladır.

"Melanopsin çaprazının" etkisi, akkor lambaların ve 3000 K renk sıcaklığına sahip LED lambaların spektrumlarının karşılaştırılmasından açıkça görülebilir (Şekil 3).

Bir akkor lambanın spektrumundaki mavi ışığın oranı ile ilgili olarak LED spektrumunun spektrumundaki mavi ışığın fazla oranı %55'ten fazladır.

Yukarıdakileri göz önünde bulundurarak, güneş ışığını Tc = 6500 K (6500 K, David Sleaney'e göre retina için sınırlayıcı renk sıcaklığıdır ve sıhhi standartlara göre 6000 K'den azdır) bir akkor lambanın spektrumu ile karşılaştıralım Tc = 2700 K ve 500 lux aydınlatma seviyesinde Tc = 4200 K olan bir LED lambanın spektrumu. (şekil 4).

Şekil aşağıdakileri göstermektedir:

- LED lamba (Tc = 4200 K) güneş ışığından (6500 K) 460 nm daha fazla emisyona sahiptir;

- bir LED lambanın ışık spektrumunda (Tc = 4200 K), 480 nm'deki düşüş, güneş ışığı spektrumundan (6500 K) daha büyük bir büyüklük sırasıdır (10 kat);

- bir LED lambanın ışık tayfında (Tc = 4200 K), dip, bir akkor lambanın ışık tayfından (Tc = 2700 K) birkaç kat daha fazla 480 nm'dir.

LED aydınlatma altında, gözbebeği çapının GOST R IEC 62471-2013 “Lambalar ve lamba sistemlerine göre 3 mm (7 mm2 alan) sınır değerlerini aştığı bilinmektedir. Fotobiyolojik güvenlik.

Şekil 2'de gösterilen verilerden, 4000 K renk sıcaklığı için güneş ışığı spektrumundaki 460 nm mavi ışığın dozunun, güneş ışığı spektrumundaki 460 nm mavi ışığın dozundan çok daha az olduğu görülebilir. 6500 K renk sıcaklığı

Bundan, 4200 K renk sıcaklığına sahip LED aydınlatma spektrumundaki 460 nm mavi ışığın dozunun, güneş ışığı spektrumundaki 460 nm mavi ışığın dozunu önemli ölçüde (% 40 oranında) aşacağını izler. Aynı aydınlatma seviyesinde 4000 K.

Dozlar arasındaki bu fark, aynı renk sıcaklığına ve belirli bir aydınlatma düzeyine sahip güneş ışığına göre LED aydınlatma altındaki aşırı dozdaki mavi ışıktır. Ancak bu doz, hacim ve alan olarak 460 nm mavi ışığı emen pigmentlerin eşit olmayan dağılımını hesaba katarak, LED aydınlatma koşulları altında gözbebeğinin yetersiz kontrolünün etkisinden kaynaklanan bir mavi ışık dozu ile desteklenmelidir. Diğer her şey eşit olduğunda (belirli bir aydınlatma seviyesi, renk sıcaklığı ve maküler retinanın etkin çalışması) güneş ışığına kıyasla erken görme bozukluğu risklerini artıran bozulma süreçlerinin hızlanmasına yol açan aşırı dozda mavi ışıktır., vb.)

Işığın güvenli algılanmasını etkileyen gözün yapısının fizyolojik özellikleri

Retina koruma devresi güneş ışığında oluşturulmuştur. Güneş ışığı spektrumu ile, göz bebeğinin kapanması için yeterli bir çap kontrolü vardır, bu da retina hücrelerine ulaşan güneş ışığının dozunda bir azalmaya yol açar. Bir yetişkinde öğrencinin çapı 1,5 ila 8 mm arasında değişir, bu da retinaya gelen ışığın yoğunluğunda yaklaşık 30 kat bir değişiklik sağlar.

Göz bebeğinin çapındaki bir azalma, görüntünün ışık projeksiyonu alanında, retinanın merkezindeki "sarı nokta" alanını aşmayan bir azalmaya yol açar. Retina hücrelerinin mavi ışıktan korunması, oluşumu kendi evrimsel geçmişine sahip olan maküler pigment (maksimum 460 nm absorpsiyon ile) tarafından gerçekleştirilir.

Yenidoğanlarda, makula bölgesi, belirgin olmayan konturlarla açık sarı renktedir.

Üç aylıktan itibaren maküler bir refleks belirir ve sarı rengin yoğunluğu azalır.

Bir yıl içinde foveolar refleks belirlenir, merkez daha koyu hale gelir.

Üç ila beş yaşlarında, makula bölgesinin sarımsı tonu, merkezi retina bölgesinin pembe veya kırmızı tonuyla neredeyse birleşir.

7-10 yaş ve üzeri çocuklarda makula bölgesi yetişkinlerde olduğu gibi avasküler santral retinal alan ve ışık refleksleri ile belirlenir. Kadavra gözlerinin makroskopik incelemesi sonucunda "maküler nokta" kavramı ortaya çıktı. Retinanın düzlemsel preparasyonlarında küçük sarı bir nokta görülebilir. Uzun süredir retinanın bu bölgesini boyayan pigmentin kimyasal bileşimi bilinmiyordu.

Şu anda, iki pigment izole edilmiştir - maküler pigment veya maküler pigment olarak adlandırılan lutein ve lutein izomeri zeaksantin. Çubuk konsantrasyonunun yüksek olduğu yerlerde lutein seviyesi, koni konsantrasyonunun yüksek olduğu yerlerde zeaksantin seviyesi daha yüksektir. Lutein ve zeaksantin, bir grup doğal bitki pigmenti olan karotenoid ailesine aittir. Luteinin iki önemli işlevi olduğuna inanılıyor: birincisi, gözlere zararlı olan mavi ışığı emer; ikincisi bir antioksidandır, ışığın etkisi altında oluşan reaktif oksijen türlerini bloke eder ve yok eder. Makuladaki lutein ve zeaksantin içeriği alan üzerinde eşit olmayan bir şekilde dağılmıştır (merkezde maksimum ve kenarlarda birkaç kat daha az), bu da mavi ışığa karşı korumanın (460 nm) kenarlarda minimum olduğu anlamına gelir. Yaşla birlikte pigmentlerin miktarı azalır, vücutta sentezlenmezler, sadece yiyeceklerden alınabilirler, bu nedenle makulanın merkezindeki mavi ışıktan korunmanın genel etkinliği beslenme kalitesine bağlıdır.

Yetersiz öğrenci kontrolünün etkisi

İncirde. 5. bir halojen lambanın (spektrum güneş spektrumuna yakındır) ve bir LED lambanın ışık noktasının projeksiyonlarını karşılaştırmak için genel bir şemadır. LED ışık ile aydınlatma alanı, halojen lambadan daha büyüktür.

Tahsis edilen aydınlatma alanlarındaki fark, hacim ve alan olarak 460 nm mavi ışığı emen pigmentlerin eşit olmayan dağılımını hesaba katarak, LED aydınlatma koşulları altında gözbebeğinin yetersiz kontrolünün etkisinden ek bir mavi ışık dozunu hesaplamak için kullanılır.. Beyaz LED'lerin spektrumundaki aşırı mavi ışığın bu nitel değerlendirmesi, gelecekte nicel değerlendirmeler için metodolojik bir temel haline gelebilir. Bundan, 480 nm bölgesindeki boşluğu "melanopsin çapraz" etkisinin ortadan kaldırılması seviyesine kadar doldurma ihtiyacına ilişkin teknik karar açık olsa da. Bu çözüm, bir mucit sertifikası (birleşik uzak fotolüminesan konvektörlü LED beyaz ışık kaynağı. 30.12.2011 tarihli ve 2502917 sayılı Patent) şeklinde resmileştirildi. Bu, biyolojik olarak yeterli bir spektruma sahip LED beyaz ışık kaynakları oluşturma alanında Rusya'nın önceliğini sağlıyor.

Ne yazık ki, Rusya Federasyonu Sanayi ve Ticaret Bakanlığı uzmanları, yalnızca genel aydınlatmayı (okullar, doğum hastaneleri vb.) ayrıca monitörlerin ve araba farlarının arkadan aydınlatması.

LED aydınlatma ile, retina hücrelerini (ganglion hücreleri) ve damarlarını olumsuz yönde etkileyen aşırı dozda mavi ışık elde etmek için koşullar yaratan göz bebeğinin çapının yetersiz kontrolü meydana gelir. Aşırı dozda mavi ışığın bu yapılar üzerindeki olumsuz etkisi, Biyokimyasal Fizik Enstitüsü'nün çalışmaları ile doğrulandı. N. M. Emanuel RAS ve FANO.

Gözbebeği çapının yetersiz kontrolünün yukarıda tanımlanan etkileri, floresan ve enerji tasarruflu lambalar için geçerlidir (Şekil 6). Aynı zamanda, 435 nm'de artan bir UV ışığı oranı vardır ("LED aydınlatmanın optik güvenliği" CELMA - ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA pozisyon kağıdı optik güvenlik LED aydınlatması_Final_Temmuz 2011)).

ABD okullarında ve Rus okullarında (Çocukların ve Ergenlerin Hijyen ve Sağlığın Korunması Araştırma Enstitüsü, SCCH RAMS) yapılan deneyler ve ölçümler sırasında, yapay renklerin ilişkili renk sıcaklığındaki bir düşüşle birlikte olduğu bulundu. ışık kaynakları, gözbebeğinin çapı artar, bu da retinanın hücreleri ve kan damarları üzerinde mavi ışığa olumsuz bir şekilde maruz kalmanın ön koşullarını yaratır. Yapay ışık kaynaklarının ilişkili renk sıcaklığındaki bir artışla, gözbebeğinin çapı azalır, ancak güneş ışığında gözbebeği çapının değerlerine ulaşmaz.

Aşırı dozda UV mavi ışık, diğer her şey eşit olduğunda, güneş ışığına kıyasla erken görme bozukluğu risklerini artıran bozulma süreçlerinin hızlanmasına yol açar.

LED aydınlatma spektrumunda artan mavi dozu, insan sağlığını ve görsel analizörün çalışmasını etkiler, bu da çalışma çağında görme ve sağlıkta engellilik risklerini artırır.

Biyolojik olarak yeterli ışıkla yarı iletken ışık kaynakları oluşturma konsepti

Rusya Federasyonu Sanayi ve Ticaret Bakanlığı ve Skolkovo İnovasyon Merkezi'nden uzmanların muhafazakarlığının aksine, makalenin yazarları tarafından yetiştirilen biyolojik olarak yeterli ışıkla yarı iletken beyaz ışık kaynakları oluşturma konsepti, tüm dünyada bir destek kazanıyor. Dünya. Örneğin, Japonya'da Toshiba Material Co., LTD, TRI-R teknolojisini kullanarak LED'ler oluşturmuştur (Şekil 7).

Mor kristallerin ve fosforların böyle bir kombinasyonu, farklı renk sıcaklıklarına sahip güneş ışığı spektrumuna yakın spektrumlu LED'lerin sentezlenmesine ve LED spektrumundaki (sarı fosforla kaplı mavi kristal) yukarıdaki eksikliklerin giderilmesine olanak tanır.

İncirde. sekiz.güneş ışığı spektrumunun (TK = 6500 K) TRI-R teknolojisi ve teknolojisini (sarı fosforla kaplı mavi kristal) kullanan LED spektrumları ile karşılaştırmasını sunar.

Sunulan verilerin analizinden, TRI-R teknolojisini kullanan LED'lerin beyaz ışık tayfında 480 nm'deki boşluğun ortadan kaldırıldığı ve fazla mavi dozun olmadığı görülebilir.

Bu nedenle, belirli bir spektrumdaki ışığın insan sağlığı üzerindeki etkisinin mekanizmalarını belirlemek için araştırma yapmak bir devlet görevidir. Bu mekanizmaları görmezden gelmek, milyarlarca dolarlık maliyete yol açar.

sonuçlar

Sıhhi Kurallar, Avrupa standartlarını tercüme ederek, aydınlatma teknik normatif belgelerindeki normları kaydeder. Bu standartlar, her zaman bağımsız olmayan ve genellikle Rusya'nın ulusal teknik politikasıyla örtüşmeyen kendi ulusal teknik politikalarını (ulusal ticaret) yürüten uzmanlar tarafından oluşturulur.

LED aydınlatma ile gözbebeği çapının yetersiz kontrolü meydana gelir ve bu da GOST R IEC 62471-2013'e göre fotobiyolojik değerlendirmelerin doğruluğu konusunda şüphe uyandırır.

Devlet, teknolojinin insan sağlığı üzerindeki etkisine ilişkin gelişmiş araştırmaları finanse etmez, bu nedenle hijyenistler, normları ve gereksinimleri transfer teknolojisi işi tarafından desteklenen teknolojilere uyarlamak zorunda kalırlar.

LED lambaların ve PC ekranlarının geliştirilmesine yönelik teknik çözümler, göz ve insan sağlığının güvenliğini sağlamayı dikkate almalı, mevcut tüm enerji tasarruflu ışık kaynakları ve arka aydınlatma için meydana gelen "melanopsin çapraz" etkisini ortadan kaldıracak önlemler almalıdır. bilgi görüntüleme cihazları.

480 nm'de spektrumda bir boşluk bulunan beyaz LED'lerle (mavi kristal ve sarı fosfor) LED aydınlatma altında, gözbebeği çapının kontrolü yetersizdir.

Doğum hastaneleri, çocuk kurumları ve okullar için, biyolojik olarak yeterli ışık spektrumuna sahip lambalar, çocukların görme özellikleri dikkate alınarak geliştirilmeli ve zorunlu hijyen sertifikasına tabi tutulmalıdır.

Editörden kısaca sonuçlar:

1. LED'ler mavi ve UV'ye yakın bölgelerde çok parlak, mavide çok zayıf yayar.

2. Göz, öğrenciyi mavi değil, beyaz bir LED spektrumunda pratik olarak bulunmayan mavi renk seviyesine göre daraltmak için parlaklığı "ölçer", bu nedenle göz onun karanlık olduğunu "düşünür" ve öğrenciyi daha geniş açar, bu da retinanın güneş tarafından aydınlatıldığından çok daha fazla ışık (mavi ve UV) almasına ve bu ışığın gözün ışığa duyarlı hücrelerini "yakmasına" yol açar.

3. Bu durumda gözdeki mavi ışık fazlalığı görüntünün netliğinin bozulmasına neden olur. retinada haleli bir resim oluşur.

4. Çocukların gözleri, yaşlılarınkinden maviye daha şeffaftır, bu nedenle çocuklarda "yanma" süreci birçok kez daha yoğundur.

5. Ve unutmayın ki LED'ler sadece aydınlatma değil, artık neredeyse tüm ekranlar.

Bir görüntü daha verirsek, LED'lerden kaynaklanan göz hasarı, UV'nin kardan yansımasından kaynaklanan ve sadece bulutlu havalarda daha tehlikeli olan dağlarda körlüğe benzer.

Soru ortaya çıkıyor, zaten bilinmeyen LED'lerden her zamanki gibi LED aydınlatmaya sahip olanlar için ne yapmalı?

Aklıma iki seçenek geliyor:

1. Ek mavi ışık (480nm) aydınlatma ekleyin.

2. Lambaların üzerine sarı bir filtre koyun.

İlk seçeneği daha çok seviyorum çünkü 475nm radyasyonlu mavi (açık mavi) LED şeritler satışta. Gerçek dalga boyunun ne olduğunu nasıl kontrol edebilirsiniz?

İkinci seçenek ışığın bir kısmını "yiyecek" ve lamba daha kısık olacak ve ayrıca mavinin hangi kısmını çıkaracağımız da bilinmiyor.