Como os LEDs afetam a visão?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

O artigo discute as condições para a formação de uma dose excessiva de luz azul sob iluminação LED. É mostrado que as avaliações de segurança fotobiológica, realizadas de acordo com GOST R IEC 62471-2013, precisam ser esclarecidas levando em consideração a mudança nos diâmetros da pupila do olho sob iluminação LED e a distribuição espacial da luz -absorvendo luz azul (460 nm) pigmento na mácula da retina.

São apresentados os princípios metodológicos de cálculo do excesso de dose de luz azul no espectro da iluminação LED em relação à luz solar. É indicado que hoje nos EUA e no Japão o conceito de iluminação LED está mudando e LEDs de luz branca estão sendo criados para minimizar os riscos de danos à saúde humana. Nos Estados Unidos em particular, esse conceito se estende não apenas à iluminação geral, mas também a monitores de computador e faróis de automóveis.

Hoje em dia, a iluminação LED está sendo introduzida cada vez mais em escolas, creches e instituições médicas. Para avaliar a segurança fotobiológica das luminárias LED, GOST R IEC 62471-2013 “Lâmpadas e sistemas de lâmpadas. Segurança fotobiológica ". Foi elaborado pela Empresa Unitária Estadual da República da Mordóvia “Instituto de Pesquisa Científica de Fontes de Luz em homenagem a A. N. Lodygin "(Empresa Estatal Unitária da República da Mordóvia NIIIS nomeada em homenagem a AN Lodygin") com base em sua própria tradução autêntica para o russo da norma internacional IEC 62471: 2006 "Segurança fotobiológica de lâmpadas e sistemas de lâmpadas" (IEC 62471: 2006 "Segurança fotobiológica de lâmpadas e sistemas de lâmpadas") e é idêntico a ela (consulte a cláusula 4. GOST R IEC 62471-2013).

Essa transferência da implementação padrão sugere que a Rússia não tem sua própria escola profissional para segurança fotobiológica. A avaliação da segurança fotobiológica é extremamente importante para garantir a segurança das crianças (geração) e reduzir as ameaças à segurança nacional.

Análise comparativa da iluminação solar e artificial

A avaliação da segurança fotobiológica de uma fonte de luz baseia-se na teoria dos riscos e numa metodologia de quantificação dos valores-limite de exposição à luz azul perigosa na retina. Os valores limites dos indicadores de segurança fotobiológica são calculados para o limite de exposição especificado do diâmetro da pupila de 3 mm (área da pupila de 7 mm2). Para esses valores do diâmetro da pupila ocular, os valores da função B (λ) são determinados - a função de risco espectral ponderada da luz azul, cujo máximo cai na faixa de radiação espectral de 435-440 nm.

A teoria dos riscos dos efeitos negativos da luz e a metodologia de cálculo da segurança fotobiológica foram desenvolvidas com base nos artigos fundamentais do fundador da segurança fotobiológica de fontes de luz artificiais, Dr. David H. Sliney.

David H. Sliney serviu por muitos anos como Gerente de Divisão no Centro de Promoção da Saúde e Medicina Preventiva do Exército dos EUA e liderou projetos de segurança fotobiológica. Em 2007 ele completou seu serviço e se aposentou. Seus interesses de pesquisa se concentram em assuntos relacionados à exposição aos raios ultravioleta dos olhos, radiação laser e interações com tecidos, riscos do laser e o uso de lasers em medicina e cirurgia. David Sleeney atuou como membro, consultor e presidente de várias comissões e instituições que desenvolveram padrões de segurança para proteção contra radiação não ionizante, em particular lasers e outras fontes de radiação óptica de alta intensidade (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO, NCRP e ICNIRP). Ele foi coautor do The Safety Handbook with Lasers and Other Optical Sources, Nova York, 1980. De 2008 a 2009, o Dr. David Sleeney atuou como Presidente da Sociedade Americana de Fotobiologia.

Os princípios fundamentais desenvolvidos por David Sleeney fundamentam a metodologia moderna para a segurança fotobiológica de fontes de luz artificiais. Este padrão metodológico é automaticamente transferido para fontes de luz LED. Isso gerou uma grande galáxia de seguidores e alunos que continuam a estender essa metodologia para a iluminação LED. Em seus escritos, procuram justificar e promover a iluminação LED por meio da classificação de riscos.

Seu trabalho é apoiado pela Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia e outros fabricantes de iluminação LED. Atualmente, o campo de intensa pesquisa e análise das possibilidades (e limitações) no campo da iluminação LED envolve:

• agências governamentais, como o Departamento de Energia dos EUA, Ministério da Energia de RF;

• organizações públicas, como a Sociedade de Engenharia de Iluminação da América do Norte (IESNA), a Aliança para Iluminação e Tecnologias de Estado Sólido (ASSIST), Associação Internacional de Dark-Sky (IDA) e NP PSS RF;

• os maiores fabricantes Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia e

Os fabricantes russos Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• bem como vários institutos de pesquisa, universidades, laboratórios: Lighting Research Center no Rensselaer Polytechnic Institute (LRC RPI), Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), American National Standard Institute (ANSI), bem como NIIIS im. AN Lodygin , VNISI eles. SI. Vavilov.

Do ponto de vista da determinação de uma dose excessiva de luz azul, o trabalho "Iluminação LED de segurança óptica" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC papel de posição CELMA iluminação LED de segurança óptica_Final_July2011) é de interesse. Este relatório europeu compara os espectros da luz solar com fontes de luz artificial (lâmpadas incandescentes, fluorescentes e LED) de acordo com o requisito da EN 62471. Pelo prisma do paradigma moderno da avaliação higiênica, considere os dados apresentados neste relatório europeu para determinar o excesso de proporção de luz azul no espectro da fonte de luz branca do LED. Na fig. 1 mostra o padrão espectral de um LED de luz branca, que consiste em um cristal que emite luz azul e um fósforo amarelo com o qual é revestido para produzir luz branca.

Na fig. 1. Também são indicados os pontos de referência aos quais o higienista deve prestar atenção ao analisar o espectro de luz de qualquer fonte. Deste ponto de vista, considere os espectros da luz solar (Fig. 2).

A figura mostra que na faixa de temperatura de cor de 4000 K a 6500 K, são observadas as condições do "cruzamento de melanopsina". No espectro de energia da luz, a amplitude (A) em 480 nm deve ser sempre maior do que a amplitude em 460 nm e 450 nm.

Ao mesmo tempo, a dose de luz azul 460 nm no espectro da luz solar com temperatura de cor de 6500 K é 40% maior do que a da luz solar com temperatura de cor de 4000 K.

O efeito do "cruzamento de melanopsina" é claramente visível na comparação dos espectros de lâmpadas incandescentes e lâmpadas LED com temperatura de cor de 3000 K (Fig. 3).

O excesso de proporção de luz azul no espectro do espectro do LED em relação à proporção de luz azul no espectro de uma lâmpada incandescente ultrapassa mais de 55%.

Considerando o acima, vamos comparar a luz do sol em Tc = 6500 K (6500 K é a temperatura de cor limite para a retina de acordo com David Sleaney, e de acordo com os padrões sanitários é inferior a 6000 K) com o espectro de uma lâmpada incandescente Tc = 2700 K e o espectro de uma lâmpada LED com Tc = 4200 K a um nível de iluminação de 500 lux. (fig. 4).

A figura mostra o seguinte:

- a lâmpada LED (Tc = 4200 K) emite 460 nm a mais que a luz solar (6500 K);

- no espectro de luz de uma lâmpada LED (Tc = 4200 K), a queda em 480 nm é uma ordem de magnitude (10 vezes) maior do que no espectro da luz solar (6500 K);

- no espectro de luz de uma lâmpada LED (Tc = 4200 K), o mergulho é 480 nm várias vezes maior do que no espectro de luz de uma lâmpada incandescente (Tc = 2700 K).

Sabe-se que sob iluminação LED, o diâmetro da pupila do olho excede os valores limite - 3 mm (área 7 mm2) de acordo com GOST R IEC 62471-2013 “Lâmpadas e sistemas de lâmpadas. Segurança fotobiológica.

A partir dos dados mostrados na Fig. 2, pode-se observar que a dose de luz azul de 460 nm no espectro da luz solar para uma temperatura de cor de 4000 K é muito menor do que a dose de luz azul de 460 nm no espectro de luz solar em uma temperatura de cor de 6.500 K.

Disto se segue que a dose de luz azul de 460 nm no espectro de iluminação LED com uma temperatura de cor de 4200 K irá exceder significativamente (em 40%) a dose de luz azul de 460 nm no espectro de luz solar com uma temperatura de cor de 4000 K no mesmo nível de iluminação.

Essa diferença entre as doses é o excesso de dose de luz azul sob iluminação LED em relação à luz do sol com a mesma temperatura de cor e um determinado nível de iluminação. Mas essa dose deve ser complementada por uma dose de luz azul a partir do efeito do controle inadequado da pupila sob condições de iluminação LED, levando em consideração a distribuição desigual dos pigmentos que absorvem 460 nm de luz azul em volume e área. É uma dose excessiva de luz azul que leva a uma aceleração dos processos de degradação que aumentam os riscos de deficiência visual precoce em comparação com a luz solar, todas as outras coisas sendo iguais (um determinado nível de iluminação, temperatura de cor e trabalho eficaz da retina macular, etc.)

Características fisiológicas da estrutura do olho, afetando a percepção segura da luz

O circuito de proteção da retina foi formado à luz do sol. Com o espectro da luz solar, há um controle adequado do diâmetro da pupila do olho a fechar, o que leva a uma diminuição da dose de luz solar que atinge as células da retina. O diâmetro da pupila em um adulto varia de 1,5 a 8 mm, o que proporciona uma mudança na intensidade da luz incidente na retina em cerca de 30 vezes.

Uma diminuição do diâmetro da pupila do olho leva a uma diminuição da área de projeção da luz da imagem, que não ultrapassa a área da "mancha amarela" no centro da retina. A proteção das células retinianas da luz azul é feita pelo pigmento macular (com absorção máxima de 460 nm) e cuja formação tem história evolutiva própria.

Em recém-nascidos, a área da mácula é de cor amarelo claro com contornos indistintos.

A partir dos três meses de idade, surge um reflexo macular e a intensidade da coloração amarela diminui.

Em um ano, o reflexo foveolar é determinado, o centro fica mais escuro.

Na idade de três a cinco anos, o tom amarelado da área macular quase se funde com o tom rosa ou vermelho da área central da retina.

A área macular em crianças de 7 a 10 anos de idade ou mais, assim como em adultos, é determinada pela área central da retina avascular e pelos reflexos de luz. O conceito de "mancha macular" surgiu como resultado do exame macroscópico de olhos de cadáveres. Em preparações planas da retina, uma pequena mancha amarela é visível. Por muito tempo, a composição química do pigmento que mancha essa região da retina era desconhecida.

Atualmente, dois pigmentos foram isolados - a luteína e o isômero de luteína zeaxantina, que são chamados de pigmento macular ou pigmento macular. O nível de luteína é maior nos locais com maior concentração de bastonetes, o nível de zeaxantina é maior nos locais com maior concentração de cones. A luteína e a zeaxantina pertencem à família dos carotenóides, um grupo de pigmentos naturais de plantas. Acredita-se que a luteína tenha duas funções importantes: primeiro, ela absorve a luz azul que é prejudicial aos olhos; em segundo lugar, é um antioxidante, bloqueia e remove as espécies reativas de oxigênio formadas sob a influência da luz. O conteúdo de luteína e zeaxantina na mácula está distribuído de forma desigual na área (máximo no centro e várias vezes menos nas bordas), o que significa que a proteção contra a luz azul (460 nm) é mínima nas bordas. Com a idade, a quantidade de pigmentos diminui, eles não são sintetizados no corpo, só podem ser obtidos a partir dos alimentos, portanto, a eficácia geral da proteção contra a luz azul no centro da mácula depende da qualidade da nutrição.

O efeito do controle inadequado da pupila

Na fig. 5. é um esquema geral para comparar as projeções do ponto de luz de uma lâmpada halógena (o espectro é próximo ao espectro solar) e uma lâmpada LED. Com a luz LED, a área de iluminação é maior do que com uma lâmpada halógena.

A diferença nas áreas de iluminação alocadas é usada para calcular uma dose adicional de luz azul a partir do efeito do controle inadequado da pupila sob condições de iluminação LED, levando em consideração a distribuição desigual de pigmentos que absorvem luz azul de 460 nm em volume e área. Esta avaliação qualitativa da proporção excessiva de luz azul no espectro de LEDs brancos pode se tornar uma base metodológica para avaliações quantitativas no futuro. Ainda assim fica clara a decisão técnica sobre a necessidade de preencher a lacuna na região de 480 nm até o nível de eliminação do efeito do "cruzamento de melanopsina". Esta solução foi formalizada na forma de um certificado de inventor (fonte de luz branca LED com convector fotoluminescente remoto combinado. Patente nº 2502917 datada de 2011-12-30.). Isso garante a prioridade da Rússia no campo da criação de fontes de luz branca LED com um espectro biologicamente adequado.

Infelizmente, os especialistas do Ministério da Indústria e Comércio da Federação Russa não acolhem bem esta orientação, razão pela qual não se financiam trabalhos neste sentido, que se referem não apenas à iluminação geral (escolas, maternidades, etc.), mas também a retroiluminação de monitores e faróis de automóveis.

Com a iluminação LED, ocorre o controle inadequado do diâmetro da pupila do olho, o que cria condições para a obtenção de uma dose excessiva de luz azul, que afeta negativamente as células da retina (células ganglionares) e seus vasos. O efeito negativo de uma dose excessiva de luz azul nessas estruturas foi confirmado pelos trabalhos do Instituto de Física Bioquímica. N. M. Emanuel RAS e FANO.

Os efeitos identificados acima de controle inadequado do diâmetro da pupila ocular se aplicam a lâmpadas fluorescentes e de baixo consumo de energia (Fig. 6). Ao mesmo tempo, há um aumento da proporção de luz UV em 435 nm ("Segurança óptica da iluminação LED" CELMA - ELC LED WG (SM) 011_ELC papel de posição CELMA segurança óptica LED lighting_Final_July2011)).

No decorrer de experimentos e medições realizadas em escolas dos Estados Unidos, bem como em escolas russas (Instituto de Pesquisa de Higiene e Proteção à Saúde de Crianças e Adolescentes, SCCH RAMS), verificou-se que com uma diminuição na temperatura de cor correlacionada de artificiais fontes de luz, o diâmetro da pupila aumenta, o que cria as condições para uma exposição negativa à luz azul nas células e vasos sanguíneos da retina. Com o aumento da temperatura de cor correlacionada das fontes de luz artificial, o diâmetro da pupila do olho diminui, mas não atinge os valores do diâmetro da pupila à luz do sol.

Uma dose excessiva de luz ultravioleta azul leva a uma aceleração dos processos de degradação que aumentam os riscos de deficiência visual precoce em comparação com a luz solar, se todas as outras coisas forem iguais.

Um aumento da dose de azul no espectro da iluminação LED afeta a saúde humana e o funcionamento do analisador visual, o que aumenta os riscos de deficiência visual e de saúde em idade produtiva.

O conceito de criar fontes de luz semicondutoras com luz biologicamente adequada

Em contraste com o conservadorismo de especialistas do Ministério da Indústria e Comércio da Federação Russa e do Centro de Inovação Skolkovo, o conceito de criação de fontes de luz branca semicondutoras com luz biologicamente adequada cultivada pelos autores do artigo está ganhando apoio em todo o mundo. Por exemplo, no Japão, a Toshiba Material Co., LTD criou LEDs usando a tecnologia TRI-R (Fig. 7).

Essa combinação de cristais violetas e fósforos permite sintetizar LEDs com espectros próximos ao espectro da luz solar com diferentes temperaturas de cor e eliminar as deficiências acima no espectro do LED (cristal azul revestido com fósforo amarelo).

Na fig. oito.apresenta uma comparação do espectro da luz solar (TK = 6500 K) com os espectros dos LEDs que utilizam a tecnologia TRI-R e a tecnologia (cristal azul revestido com fósforo amarelo).

A partir da análise dos dados apresentados, pode-se verificar que no espectro de luz branca dos LEDs com tecnologia TRI-R, o gap em 480 nm é eliminado e não há excesso de dose de azul.

Assim, realizar pesquisas para identificar os mecanismos do efeito da luz de um determinado espectro na saúde humana é tarefa do Estado. Ignorar esses mecanismos acarreta bilhões de dólares em custos.

conclusões

As Normas Sanitárias registram as normas de documentos normativos técnicos de iluminação, traduzindo as normas europeias. Esses padrões são formados por especialistas que nem sempre são independentes e executam sua própria política técnica nacional (negócios nacionais), que muitas vezes não coincide com a política técnica nacional da Rússia.

Com a iluminação LED, ocorre o controle inadequado do diâmetro da pupila ocular, o que lança dúvidas sobre a exatidão das avaliações fotobiológicas de acordo com GOST R IEC 62471-2013.

O estado não financia pesquisas avançadas sobre o impacto da tecnologia na saúde humana, por isso os higienistas são obrigados a adaptar as normas e requisitos às tecnologias que estão sendo promovidas pelo negócio de transferência de tecnologia.

Soluções técnicas para o desenvolvimento de lâmpadas LED e telas de PC devem levar em conta a garantia da segurança dos olhos e da saúde humana, tomar medidas para eliminar o efeito do "cruzamento de melanopsina", que ocorre para todas as fontes de luz e retroiluminação economizadoras de energia existentes de dispositivos de exibição de informações.

Sob iluminação LED com LEDs brancos (cristal azul e fósforo amarelo), que possuem uma lacuna no espectro a 480 nm, há controle inadequado do diâmetro da pupila ocular.

Para maternidades, instituições infantis e escolas, lâmpadas com espectro de luz biologicamente adequado, levando em consideração as características da visão das crianças, devem ser desenvolvidas e submetidas a certificação higiênica obrigatória.

Conclusões resumidas do editor:

1. Os LEDs emitem muito intensamente em azul e próximo às regiões de UV e muito fracamente em azul.

2. O olho "mede" o brilho para estreitar a pupila ao nível da cor não azul, mas azul, que está praticamente ausente no espectro de um LED branco, portanto, o olho "pensa" que está escuro e abre mais a pupila, o que leva ao fato de que a retina recebe muitas vezes mais luz (azul e UV) do que quando iluminada pelo sol, e essa luz "queima" as células do olho sensíveis à luz.

3. Neste caso, um excesso de luz azul no olho leva a uma deterioração na clareza da imagem. uma imagem com um halo é formada na retina.

4. O olho das crianças é cerca de uma ordem de magnitude mais transparente ao azul do que o dos idosos, portanto, o processo de "queimar" nas crianças é muitas vezes mais intenso.

5. E não se esqueça que os LEDs não são apenas iluminação, mas agora quase todas as telas.

Se dermos mais uma imagem, o dano aos olhos causado pelos LEDs será semelhante à cegueira nas montanhas, que ocorre pelo reflexo dos raios ultravioleta da neve e é mais perigoso apenas em tempo nublado.

Surge a pergunta: o que fazer para quem já tem iluminação LED, como de costume, a partir de LEDs de origem desconhecida?

Duas opções vêm à mente:

1. Adicione iluminação de luz azul adicional (480nm).

2. Coloque um filtro amarelo nas lâmpadas.

Eu gosto mais da primeira opção, porque Existem à venda faixas de LED azuis (azul claro) com radiação de 475 nm. Como você pode verificar qual é o comprimento de onda real?

A segunda opção "comerá" parte da luz e a lâmpada ficará mais fraca e, além disso, também não se sabe que parte do azul iremos remover.