ال ای دی ها چه تاثیری بر بینایی دارند؟

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

در این مقاله شرایط برای تشکیل دوز اضافی نور آبی در نور LED مورد بحث قرار می گیرد. نشان داده شده است که ارزیابی ایمنی فوتوبیولوژیکی، که مطابق با GOST R IEC 62471-2013 انجام شده است، باید با در نظر گرفتن تغییر در قطر مردمک چشم تحت نور LED و توزیع فضایی نور روشن شود. - رنگدانه نور آبی (460 نانومتر) را در ماکولا شبکیه جذب می کند.

اصول روش شناختی محاسبه دز اضافی نور آبی در طیف نورپردازی LED در رابطه با نور خورشید ارائه شده است. نشان داده شده است که امروزه در ایالات متحده آمریکا و ژاپن مفهوم روشنایی LED در حال تغییر است و LED های نور سفید در حال ایجاد هستند که خطرات آسیب به سلامت انسان را به حداقل می رساند. به ویژه در ایالات متحده، این مفهوم نه تنها به روشنایی عمومی، بلکه به مانیتورهای رایانه و چراغ های جلوی اتومبیل نیز گسترش می یابد.

امروزه روشنایی LED بیش از پیش در مدارس، مهدکودک ها و موسسات پزشکی معرفی می شود. برای ارزیابی ایمنی فوتوبیولوژیکی لامپ های LED، GOST R IEC 62471-2013 "لامپ ها و سیستم های لامپ. ایمنی فوتوبیولوژیکی ". این توسط شرکت واحد دولتی جمهوری موردویا "موسسه تحقیقات علمی منابع نور به نام A. N. Lodygin "(شرکت واحد دولتی جمهوری موردوویا NIIIS به نام AN Lodygin") بر اساس ترجمه معتبر خود به زبان روسی استاندارد بین المللی IEC 62471: 2006 "ایمنی فتوبیولوژیکی لامپ ها و سیستم های لامپ" (IEC 62471: 20). "ایمنی فتوبیولوژیکی لامپ ها و سیستم های لامپ") و با آن یکسان است (به بند 4 مراجعه کنید. GOST R IEC 62471-2013).

چنین انتقالی از اجرای استاندارد نشان می دهد که روسیه مدرسه حرفه ای خود را برای ایمنی فوتوبیولوژیکی ندارد. ارزیابی ایمنی فوتوبیولوژیکی برای اطمینان از ایمنی کودکان (نسل) و کاهش تهدیدات امنیت ملی بسیار مهم است.

تحلیل مقایسه ای روشنایی خورشیدی و مصنوعی

ارزیابی ایمنی فوتوبیولوژیکی منبع نور بر اساس تئوری خطرات و روشی برای تعیین کمیت مقادیر حدی قرار گرفتن در معرض نور آبی خطرناک روی شبکیه است. مقادیر محدود کننده شاخص های ایمنی فوتوبیولوژیکی برای حد نوردهی مشخص شده قطر مردمک 3 میلی متر (مساحت مردمک 7 میلی متر مربع) محاسبه می شود. برای این مقادیر قطر مردمک چشم، مقادیر تابع B (λ) تعیین می شود - تابع خطر طیفی وزنی از نور آبی، که حداکثر آن در محدوده تابش طیفی 435-440 نانومتر است.

تئوری خطرات اثرات منفی نور و روش محاسبه ایمنی فوتوبیولوژیکی بر اساس مقالات بنیادی بنیانگذار ایمنی فتوبیولوژیکی منابع نور مصنوعی، دکتر دیوید اچ. اسلاینی توسعه یافته است.

دیوید اچ. اسلاینی سال ها به عنوان مدیر بخش در مرکز ارتقای سلامت و پزشکی پیشگیرانه ارتش ایالات متحده خدمت کرده و پروژه های ایمنی فوتوبیولوژیکی را رهبری کرده است. در سال 2007 خدمت خود را به پایان رساند و بازنشسته شد. علایق تحقیقاتی او بر موضوعات مرتبط با قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش چشم، تابش لیزر و تعاملات بافتی، خطرات لیزر، و استفاده از لیزر در پزشکی و جراحی متمرکز است. دیوید اسلینی به عنوان عضو، مشاور و رئیس کمیسیون ها و مؤسسات متعددی خدمت کرده است که استانداردهای ایمنی را برای محافظت در برابر تشعشعات غیریونیزان، به ویژه لیزرها و سایر منابع پرتوهای نوری با شدت بالا (ANSI، ISO، ACGIH، IEC، WHO) توسعه داده اند. ، NCRP و ICNIRP).او کتاب راهنمای ایمنی با لیزرها و منابع نوری دیگر، نیویورک، 1980 را تالیف کرد. از سال 2008 تا 2009، دکتر دیوید اسلینی به عنوان رئیس انجمن فوتوبیولوژی آمریکا خدمت کرد.

اصول بنیادی توسعه یافته توسط دیوید اسلینی زیربنای روش مدرن برای ایمنی فوتوبیولوژیکی منابع نور مصنوعی است. این الگوی روش شناختی به طور خودکار به منابع نور LED منتقل می شود. این کهکشان بزرگی از پیروان و دانش‌آموزان را ایجاد کرده است که همچنان این روش‌شناسی را به نورپردازی LED گسترش می‌دهند. آنها در نوشته های خود سعی در توجیه و ترویج روشنایی LED از طریق طبقه بندی خطرات دارند.

کار آنها توسط Philips-Lumileds، Osram، Cree، Nichia و سایر تولید کنندگان نورپردازی LED پشتیبانی می شود. در حال حاضر زمینه تحقیق و تحلیل فشرده امکانات (و محدودیت ها) در زمینه روشنایی LED شامل موارد زیر است:

• سازمان های دولتی مانند وزارت انرژی ایالات متحده، وزارت انرژی روسیه.

• سازمان های عمومی مانند انجمن مهندسی روشنایی آمریکای شمالی (IESNA)، اتحاد برای روشنایی و فناوری های حالت جامد (ASSIST)، انجمن بین المللی آسمان تاریک (IDA) و NP PSS RF.

• بزرگترین تولید کنندگان Philips-Lumileds، Osram، Cree، Nichia و

تولید کنندگان روسی Optogan، Svetlana Optoelectronica؛

• و همچنین تعدادی از موسسات تحقیقاتی، دانشگاه ها، آزمایشگاه ها: مرکز تحقیقات روشنایی در موسسه پلی تکنیک Rensselaer (LRC RPI)، موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST)، موسسه استاندارد ملی آمریکا (ANSI)، و همچنین NIIIS im. AN Lodygin ، VNISI آنها. S. I. واویلف.

از نقطه نظر تعیین دوز اضافی نور آبی، کار "نورپردازی LED ایمنی نوری" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC کاغذ موقعیت CELMA نوری ایمنی نوری LED lighting_Final_July2011) مورد توجه است. این گزارش اروپایی طیف‌های نور خورشید را با منابع نور مصنوعی (لامپ‌های رشته‌ای، فلورسنت و LED) مطابق با الزامات EN 62471 مقایسه می‌کند. از طریق منشور پارادایم مدرن ارزیابی بهداشتی، داده های ارائه شده در این گزارش اروپایی را در نظر بگیرید تا نسبت اضافی نور آبی در طیف منبع نور سفید LED را تعیین کنید. در شکل شکل 1 الگوی طیفی یک LED نور سفید را نشان می دهد که متشکل از یک کریستال است که نور آبی ساطع می کند و یک فسفر زرد که برای تولید نور سفید با آن پوشانده شده است.

در شکل 1. همچنین به نکات مرجعی اشاره شده است که متخصص بهداشت باید هنگام تجزیه و تحلیل طیف نور از هر منبعی به آنها توجه کند. از این منظر، طیف های نور خورشید را در نظر بگیرید (شکل 2).

شکل نشان می دهد که در محدوده دمای رنگ از 4000 کلوین تا 6500 کلوین، شرایط "ملانوپسین متقاطع" مشاهده می شود. در طیف انرژی نور، دامنه (A) در 480 نانومتر باید همیشه بیشتر از دامنه در 460 نانومتر و 450 نانومتر باشد.

در عین حال، دوز نور آبی 460 نانومتر در طیف نور خورشید با دمای رنگ 6500 کلوین، 40 درصد بیشتر از نور خورشید با دمای رنگ 4000 کلوین است.

اثر "صلیب ملانوپسین" از مقایسه طیف لامپ های رشته ای و لامپ های LED با دمای رنگ 3000 کلوین به وضوح قابل مشاهده است (شکل 3).

نسبت بیش از حد نور آبی در طیف طیف LED نسبت به نسبت نور آبی در طیف یک لامپ رشته ای بیش از 55٪ است.

با توجه به موارد فوق، اجازه دهید نور خورشید را در Tc = 6500 K (6500 K دمای رنگ محدود کننده برای شبکیه چشم از نظر دیوید اسلینی و طبق استانداردهای بهداشتی کمتر از 6000 K است) با طیف یک لامپ رشته ای Tc = 2700 مقایسه کنیم. K و طیف یک لامپ LED با Tc = 4200 K در سطح روشنایی 500 لوکس. (شکل 4).

شکل زیر را نشان می دهد:

- لامپ LED (Tc = 4200 K) دارای انتشار 460 نانومتر بیشتر از نور خورشید (6500 K) است.

- در طیف نور یک لامپ LED (Tc = 4200 K)، شیب در 480 نانومتر مرتبه بزرگی (10 برابر) بیشتر از طیف نور خورشید (6500 K) است.

- در طیف نور یک لامپ LED (Tc = 4200 K)، شیب 480 نانومتر چندین برابر بیشتر از طیف نور یک لامپ رشته ای (Tc = 2700 K) است.

مشخص است که در زیر نور LED، قطر مردمک چشم از مقادیر حدی فراتر می رود - 3 میلی متر (مساحت 7 میلی متر مربع) مطابق با GOST R IEC 62471-2013 "لامپ ها و سیستم های لامپ. ایمنی فوتوبیولوژیکی ".

از داده های نشان داده شده در شکل 2، می توان دریافت که دوز 460 نانومتر نور آبی در طیف نور خورشید برای دمای رنگ 4000 کلوین بسیار کمتر از دوز نور آبی 460 نانومتر در طیف نور خورشید است. دمای رنگ 6500 کلوین

از این نتیجه می شود که دوز نور آبی 460 نانومتری در طیف نورپردازی LED با دمای رنگ 4200 کلوین به طور قابل توجهی (40 درصد) از دوز نور آبی 460 نانومتری در طیف نور خورشید با دمای رنگی فراتر خواهد رفت. 4000 K در همان سطح روشنایی.

این تفاوت بین دوزها، دوز اضافی نور آبی در نور LED نسبت به نور خورشید با دمای رنگ یکسان و سطح مشخصی از روشنایی است. اما این دوز باید با یک دوز نور آبی ناشی از اثر کنترل ناکافی مردمک در شرایط نور LED، با در نظر گرفتن توزیع ناهموار رنگدانه‌هایی که نور آبی 460 نانومتری را در حجم و مساحت جذب می‌کنند، تکمیل شود. این یک دوز بیش از حد نور آبی است که منجر به تسریع فرآیندهای تخریب می شود که خطر نقص بینایی اولیه را در مقایسه با نور خورشید افزایش می دهد، همه چیزهای دیگر برابر هستند (سطح مشخصی از روشنایی، دمای رنگ و کار موثر شبکیه ماکولا). ، و غیره.)

ویژگی های فیزیولوژیکی ساختار چشم، بر درک ایمن نور تأثیر می گذارد

مدار محافظ شبکیه در نور خورشید تشکیل شد. با طیف نور خورشید، کنترل کافی بر روی قطر مردمک چشم برای بسته شدن وجود دارد که منجر به کاهش دوز نور خورشید به سلول های شبکیه می شود. قطر مردمک در یک فرد بالغ از 1.5 تا 8 میلی متر متغیر است که باعث ایجاد تغییر در شدت تابش نور به شبکیه تا حدود 30 برابر می شود.

کاهش قطر مردمک چشم منجر به کاهش ناحیه پرتاب نور تصویر می شود که از ناحیه "نقطه زرد" در مرکز شبکیه تجاوز نمی کند. محافظت از سلول های شبکیه در برابر نور آبی توسط رنگدانه ماکولا (با حداکثر جذب 460 نانومتر) انجام می شود و تشکیل آن تاریخچه تکاملی خاص خود را دارد.

در نوزادان، ناحیه ماکولا به رنگ زرد روشن با خطوط نامشخص است.

از سه ماهگی، رفلکس ماکولا ظاهر می شود و از شدت رنگ زرد کاسته می شود.

تا یک سال، رفلکس فوئولار مشخص می شود، مرکز تیره تر می شود.

در سن سه تا پنج سالگی، رنگ زرد رنگ ناحیه ماکولا تقریباً با رنگ صورتی یا قرمز ناحیه مرکزی شبکیه ترکیب می شود.

ناحیه ماکولا در کودکان 7-10 سال و بالاتر، مانند بزرگسالان، توسط ناحیه مرکزی شبکیه بدون عروق و رفلکس های نور تعیین می شود. مفهوم "لکه ماکولا" در نتیجه بررسی ماکروسکوپی چشم جسد بوجود آمد. در آماده سازی های مسطح شبکیه، یک لکه زرد کوچک قابل مشاهده است. برای مدت طولانی، ترکیب شیمیایی رنگدانه ای که این ناحیه از شبکیه را لکه دار می کند ناشناخته بود.

در حال حاضر، دو رنگدانه جدا شده است - لوتئین و ایزومر لوتئین زآگزانتین که به آنها رنگدانه ماکولا یا رنگدانه ماکولا می گویند. سطح لوتئین در مکان هایی که غلظت میله ها بیشتر است، سطح زآگزانتین در مکان هایی با غلظت بیشتر مخروط ها بیشتر است. لوتئین و زآگزانتین از خانواده کاروتنوئیدها، گروهی از رنگدانه های گیاهی طبیعی هستند. اعتقاد بر این است که لوتئین دو عملکرد مهم دارد: اول اینکه نور آبی را که برای چشم مضر است جذب می کند. دوم اینکه یک آنتی اکسیدان است، گونه های فعال اکسیژن را که تحت تأثیر نور تشکیل شده اند را مسدود و حذف می کند. محتوای لوتئین و زآگزانتین در ماکولا به طور نابرابر در سطح توزیع شده است (حداکثر در مرکز و چندین برابر کمتر در لبه ها)، که به این معنی است که محافظت در برابر نور آبی (460 نانومتر) در لبه ها حداقل است. با افزایش سن، مقدار رنگدانه ها کاهش می یابد، آنها در بدن سنتز نمی شوند، آنها را فقط می توان از غذا به دست آورد، بنابراین اثربخشی کلی محافظت از نور آبی در مرکز ماکولا به کیفیت تغذیه بستگی دارد.

تأثیر کنترل ناکافی مردمک

در شکل 5. یک طرح کلی برای مقایسه پیش بینی نقطه نور یک لامپ هالوژن (طیف نزدیک به طیف خورشیدی) و یک لامپ LED است. با نور LED، منطقه روشنایی بزرگتر از یک لامپ هالوژن است.

تفاوت در مناطق اختصاص داده شده روشنایی برای محاسبه دوز اضافی نور آبی از اثر کنترل ناکافی مردمک در شرایط نور LED، با در نظر گرفتن توزیع نابرابر رنگدانه هایی که نور آبی 460 نانومتر را در حجم و مساحت جذب می کنند، استفاده می شود.. این ارزیابی کیفی نسبت اضافی نور آبی در طیف LED های سفید می تواند به مبنای روش شناختی برای ارزیابی های کمی در آینده تبدیل شود. اگرچه از اینجا تصمیم فنی در مورد نیاز به پر کردن شکاف در منطقه 480 نانومتر تا سطح از بین بردن اثر "ملانوپسین متقاطع" واضح است. این محلول در قالب یک گواهی مخترع (منبع نور سفید LED با کنوکتور فوتولومینسنت ترکیبی از راه دور. ثبت اختراع شماره 2502917 مورخ 2011-12-30.) رسمیت یافت. این امر اولویت روسیه را در زمینه ایجاد منابع نور سفید LED با طیف بیولوژیکی مناسب تضمین می کند.

متأسفانه کارشناسان وزارت صنعت و تجارت فدراسیون روسیه از این جهت استقبال نمی کنند که دلیل آن عدم تأمین مالی کار در این راستا است که نه تنها به روشنایی عمومی (مدارس، زایشگاه ها و غیره) مربوط می شود، بلکه به این دلیل است. همچنین نور پس زمینه مانیتورها و چراغ های جلوی خودرو.

با نور LED، کنترل ناکافی قطر مردمک چشم رخ می دهد، که شرایطی را برای به دست آوردن دوز اضافی نور آبی ایجاد می کند، که بر سلول های شبکیه (سلول های گانگلیونی) و عروق آن تأثیر منفی می گذارد. اثر منفی دوز بیش از حد نور آبی بر این ساختارها توسط کار موسسه فیزیک بیوشیمیایی تایید شد. N. M. امانوئل RAS و FANO.

اثرات شناسایی شده در بالا مربوط به کنترل ناکافی قطر مردمک چشم در مورد لامپ های فلورسنت و کم مصرف اعمال می شود (شکل 6). در همان زمان، نسبت نور UV در 435 نانومتر افزایش یافته است ("ایمنی نوری روشنایی LED" CELMA - ELC LED WG (SM) 011_ELC CELMA کاغذ موقعیت نوری ایمنی نوری LED lighting_Final_July2011)).

در جریان آزمایش‌ها و اندازه‌گیری‌های انجام شده در مدارس ایالات متحده و همچنین در مدارس روسیه (موسسه تحقیقاتی بهداشت و حفاظت از سلامت کودکان و نوجوانان، SCCH RAMS)، مشخص شد که با کاهش دمای رنگ همبسته مصنوعی منابع نوری، قطر مردمک چشم افزایش می یابد، که این امر زمینه را برای قرار گرفتن در معرض منفی نور آبی روی سلول ها و رگ های خونی شبکیه ایجاد می کند. با افزایش دمای رنگ مرتبط منابع نور مصنوعی، قطر مردمک چشم کاهش می یابد، اما به مقادیر قطر مردمک در نور خورشید نمی رسد.

دوز بیش از حد نور آبی UV منجر به تسریع فرآیندهای تخریب می شود که خطر آسیب دیدگی اولیه را در مقایسه با نور خورشید افزایش می دهد و همه چیزهای دیگر برابر هستند.

افزایش دوز آبی در طیف نور LED بر سلامت انسان و عملکرد آنالایزر بصری تأثیر می گذارد که خطر ناتوانی در بینایی و سلامت در سن کار را افزایش می دهد.

مفهوم ایجاد منابع نور نیمه هادی با نور بیولوژیکی کافی

برخلاف محافظه کاری کارشناسان وزارت صنعت و تجارت فدراسیون روسیه و مرکز نوآوری Skolkovo، مفهوم ایجاد منابع نور سفید نیمه هادی با نور بیولوژیکی کافی که توسط نویسندگان مقاله پرورش داده شده است، در سراسر جهان طرفدارانی پیدا می کند. جهان به عنوان مثال، در ژاپن، Toshiba Material Co.، LTD LED ها را با استفاده از فناوری TRI-R ایجاد کرده است (شکل 7).

چنین ترکیبی از کریستال های بنفش و فسفر اجازه می دهد تا LED ها را با طیف های نزدیک به طیف نور خورشید با دمای رنگ های مختلف سنتز کرده و کمبودهای فوق را در طیف LED (کریستال آبی پوشیده شده با فسفر زرد) برطرف کنیم.

در شکل هشتمقایسه ای از طیف نور خورشید (TK = 6500 K) با طیف LED ها با استفاده از فناوری و فناوری TRI-R (کریستال آبی پوشیده شده با فسفر زرد) ارائه می کند.

از تجزیه و تحلیل داده های ارائه شده، می توان دریافت که در طیف نور سفید LED ها با استفاده از فناوری TRI-R، شکاف در 480 نانومتر حذف شده و دوز آبی اضافی وجود ندارد.

بنابراین، انجام تحقیقات برای شناسایی مکانیسم های تأثیر نور یک طیف خاص بر سلامت انسان یک وظیفه دولتی است. نادیده گرفتن این مکانیسم ها منجر به میلیاردها دلار هزینه می شود.

نتیجه گیری

قوانین بهداشتی هنجارها را از اسناد هنجاری فنی روشنایی با ترجمه استانداردهای اروپایی ثبت می کند. این استانداردها توسط متخصصانی شکل می گیرد که همیشه مستقل نیستند و سیاست فنی ملی خود را (کسب و کار ملی) انجام می دهند که اغلب با سیاست فنی ملی روسیه مطابقت ندارد.

با روشنایی LED، کنترل ناکافی قطر مردمک چشم اتفاق می‌افتد، که صحت ارزیابی‌های فوتوبیولوژیکی مطابق با GOST R IEC 62471-2013 را مورد تردید قرار می‌دهد.

دولت تحقیقات پیشرفته در مورد تأثیر فناوری بر سلامت انسان را تأمین نمی کند، به همین دلیل است که بهداشتکاران مجبور هستند هنجارها و الزامات را با فناوری هایی که توسط تجارت فناوری انتقال ترویج می شود، تطبیق دهند.

راه حل های فنی برای توسعه لامپ های LED و صفحه نمایش رایانه شخصی باید اطمینان از ایمنی چشم و سلامت انسان را در نظر بگیرد، اقداماتی را برای از بین بردن اثر "ملانوپسین متقاطع"، که برای همه منابع نوری موجود در حال حاضر صرفه جویی در انرژی و نور پس زمینه رخ می دهد، در نظر بگیرد. دستگاه های نمایش اطلاعات

تحت نور LED با LED های سفید (کریستال آبی و فسفر زرد)، که دارای شکاف در طیف در 480 نانومتر هستند، کنترل ناکافی قطر مردمک چشم وجود دارد.

برای زایشگاه ها، موسسات کودکان و مدارس، لامپ هایی با طیف نور کافی از نظر بیولوژیکی، با در نظر گرفتن ویژگی های بینایی کودکان، باید توسعه یافته و تحت گواهینامه بهداشتی اجباری قرار گیرند.

نتیجه گیری مختصر از سردبیر:

1. ال ای دی ها در آبی و نزدیک به UV بسیار روشن و در آبی بسیار ضعیف ساطع می کنند.

2. چشم روشنایی را اندازه گیری می کند تا مردمک را با سطح رنگ آبی نه آبی، بلکه آبی که عملاً در طیف LED سفید وجود ندارد، باریک کند، بنابراین، چشم "فکر می کند" که تیره است و مردمک را گسترده تر می کند، که منجر به این واقعیت می شود که شبکیه چندین برابر نور (آبی و UV) نسبت به نور خورشید دریافت می کند و این نور سلول های حساس به نور چشم را "سوزاند" می کند.

3. در این حالت، نور آبی بیش از حد در چشم منجر به بدتر شدن وضوح تصویر می شود. تصویری با هاله روی شبکیه تشکیل می شود.

4. چشم کودکان تقریباً نسبت به سالمندان شفاف تر از آبی است، بنابراین فرآیند "سوختن" در کودکان چندین برابر شدیدتر است.

5. و فراموش نکنید که LED ها نه تنها روشنایی، بلکه در حال حاضر تقریبا تمام صفحه نمایش.

اگر یک تصویر بیشتر ارائه دهیم، آسیب چشم ناشی از LED ها شبیه کوری در کوهستان است که از انعکاس UV از برف رخ می دهد و فقط در هوای ابری خطرناک تر است.

این سوال پیش می آید که برای کسانی که قبلاً طبق معمول از LED های ناشناخته نورپردازی LED دارند چه باید کرد؟

دو گزینه به ذهن می رسد:

1. نور آبی اضافی (480 نانومتر) را اضافه کنید.

2. یک فیلتر زرد روی لامپ ها قرار دهید.

من گزینه اول را بیشتر دوست دارم، زیرا نوارهای LED آبی (آبی روشن) با تابش 475 نانومتر در فروش وجود دارد. چگونه می توانید بررسی کنید که طول موج واقعی چقدر است؟

گزینه دوم بخشی از نور را "می خورد" و لامپ کم نور می شود، و علاوه بر این، همچنین مشخص نیست که چه بخشی از رنگ آبی را حذف خواهیم کرد.