Bagaimana LED mempengaruhi penglihatan?

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Artikel ini membahas kondisi pembentukan dosis berlebih cahaya biru di bawah pencahayaan LED. Ditunjukkan bahwa penilaian keamanan fotobiologis, yang dilakukan sesuai dengan GOST R IEC 62471-2013, perlu diklarifikasi dengan mempertimbangkan perubahan diameter pupil mata di bawah pencahayaan LED dan distribusi spasial cahaya. -menyerap pigmen cahaya biru (460 nm) di makula retina.

Prinsip-prinsip metodologis untuk menghitung kelebihan dosis cahaya biru dalam spektrum pencahayaan LED dalam kaitannya dengan sinar matahari disajikan. Diindikasikan bahwa hari ini di AS dan Jepang konsep pencahayaan LED berubah dan LED cahaya putih sedang dibuat yang meminimalkan risiko kerusakan kesehatan manusia. Di Amerika Serikat khususnya, konsep ini tidak hanya meluas ke penerangan umum, tetapi juga ke monitor komputer dan lampu depan mobil.

Saat ini, pencahayaan LED semakin banyak diperkenalkan di sekolah, taman kanak-kanak dan institusi medis. Untuk menilai keamanan fotobiologis luminer LED, GOST R IEC 62471-2013 “Lampu dan sistem lampu. Keamanan fotobiologis". Itu disiapkan oleh Perusahaan Kesatuan Negara Republik Mordovia “Lembaga Penelitian Ilmiah Sumber Cahaya dinamai A. N. Lodygin "(Perusahaan Kesatuan Negara Republik Mordovia NIIIS dinamai AN Lodygin") berdasarkan terjemahan otentiknya sendiri ke dalam bahasa Rusia dari standar internasional IEC 62471: 2006 "Keamanan fotobiologis lampu dan sistem lampu" (IEC 62471: 2006 "Keamanan fotobiologis lampu dan sistem lampu ") dan identik dengannya (lihat klausul 4. GOST R IEC 62471-2013).

Pengalihan penerapan standar semacam itu menunjukkan bahwa Rusia tidak memiliki sekolah profesionalnya sendiri untuk keamanan fotobiologis. Penilaian keamanan fotobiologi sangat penting untuk memastikan keselamatan anak-anak (generasi) dan mengurangi ancaman terhadap keamanan nasional.

Analisis komparatif pencahayaan matahari dan buatan

Penilaian keamanan fotobiologis dari sumber cahaya didasarkan pada teori risiko dan metodologi untuk mengukur nilai batas paparan cahaya biru berbahaya pada retina. Nilai batas indikator keamanan fotobiologis dihitung untuk batas paparan yang ditentukan dari diameter pupil 3 mm (area pupil 7 mm2). Untuk nilai diameter pupil mata ini, nilai fungsi B (λ) ditentukan - fungsi bahaya spektral tertimbang dari cahaya biru, yang maksimumnya jatuh pada kisaran radiasi spektral 435-440 nm.

Teori risiko efek negatif cahaya dan metodologi untuk menghitung keamanan fotobiologis dikembangkan berdasarkan artikel dasar pendiri keamanan fotobiologis sumber cahaya buatan, Dr. David H. Sliney.

David H. Sliney telah bertahun-tahun menjabat sebagai Manajer Divisi di Pusat Promosi Kesehatan dan Pengobatan Pencegahan Angkatan Darat AS dan telah memimpin proyek keamanan fotobiologis. Pada tahun 2007 ia menyelesaikan dinasnya dan pensiun. Minat penelitiannya berfokus pada subjek yang berkaitan dengan paparan sinar UV pada mata, radiasi laser dan interaksi jaringan, bahaya laser, dan penggunaan laser dalam kedokteran dan pembedahan. David Sleeney telah menjabat sebagai anggota, konsultan dan ketua dari berbagai komisi dan lembaga yang telah mengembangkan standar keselamatan untuk perlindungan terhadap radiasi non-pengion, khususnya laser dan sumber radiasi optik intensitas tinggi lainnya (ANSI, ISO, ACGIH, IEC, WHO, NCRP, dan ICNIRP). Dia ikut menulis Buku Panduan Keselamatan dengan Laser dan Sumber Optik Lainnya, New York, 1980. Dari 2008-2009, Dr. David Sleeney menjabat sebagai Presiden American Society of Photobiology.

Prinsip-prinsip dasar yang dikembangkan oleh David Sleeney mendasari metodologi modern untuk keamanan fotobiologis dari sumber cahaya buatan. Pola metodologis ini secara otomatis ditransfer ke sumber cahaya LED. Ini telah mengangkat galaksi besar pengikut dan siswa yang terus memperluas metodologi ini ke pencahayaan LED. Dalam tulisan mereka, mereka mencoba untuk membenarkan dan mempromosikan pencahayaan LED melalui klasifikasi risiko.

Pekerjaan mereka didukung oleh Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia dan produsen lampu LED lainnya. Saat ini, bidang penelitian intensif dan analisis kemungkinan (dan keterbatasan) di bidang pencahayaan LED melibatkan:

• lembaga pemerintah seperti Departemen Energi AS, Kementerian Energi RF;

• organisasi publik seperti Illuminating Engineering Society of North America (IESNA), Alliance for Solid-State Illumination and Technologies (ASSIST), International Dark-Sky Assosiation (IDA) dan NP PSS RF;

• produsen terbesar Philips-Lumileds, Osram, Cree, Nichia dan

Pabrikan Rusia Optogan, Svetlana Optoelectronica;

• serta sejumlah lembaga penelitian, universitas, laboratorium: Lighting Research Center di Rensselaer Polytechnic Institute (LRC RPI), National Institute of Standards and Technology (NIST), American National Standard Institute (ANSI), serta NIIIS im. AN Lodygin , VNISI mereka. S. I. Vavilov.

Dari sudut pandang penentuan dosis kelebihan cahaya biru, pekerjaan "Pencahayaan LED keselamatan optik" (CELMA-ELC LED WG (SM) 011_ELC kertas posisi CELMA keselamatan optik pencahayaan LED_Final_July2011) menarik. Laporan Eropa ini membandingkan spektrum sinar matahari dengan sumber cahaya buatan (lampu pijar, neon, dan LED) sesuai dengan persyaratan EN 62471. Melalui prisma paradigma modern penilaian higienis, pertimbangkan data yang disajikan dalam laporan Eropa ini untuk menentukan kelebihan proporsi cahaya biru dalam spektrum sumber cahaya putih LED. dalam gambar. Gambar 1 menunjukkan pola spektral LED cahaya putih, yang terdiri dari kristal yang memancarkan cahaya biru dan fosfor kuning yang dilapisi untuk menghasilkan cahaya putih.

dalam gambar. 1. Juga ditunjukkan titik referensi yang harus diperhatikan oleh ahli kesehatan saat menganalisis spektrum cahaya dari sumber mana pun. Dari sudut pandang ini, pertimbangkan spektrum sinar matahari (Gbr. 2).

Gambar tersebut menunjukkan bahwa dalam kisaran suhu warna dari 4000 K hingga 6500 K, kondisi "persilangan melanopsin" diamati. Pada spektrum energi cahaya, amplitudo (A) pada 480 nm harus selalu lebih besar dari amplitudo pada 460 nm dan 450 nm.

Pada saat yang sama, dosis cahaya biru 460 nm dalam spektrum sinar matahari dengan suhu warna 6500 K adalah 40% lebih tinggi dari sinar matahari dengan suhu warna 4000 K.

Efek "salib melanopsin" terlihat jelas dari perbandingan spektrum lampu pijar dan lampu LED dengan suhu warna 3000 K (Gbr. 3).

Proporsi kelebihan cahaya biru dalam spektrum spektrum LED dalam kaitannya dengan proporsi cahaya biru dalam spektrum lampu pijar melebihi lebih dari 55%.

Mempertimbangkan hal di atas, mari kita bandingkan sinar matahari pada Tc = 6500 K (6500 K adalah suhu warna pembatas untuk retina menurut David Sleaney, dan menurut standar sanitasi kurang dari 6000 K) dengan spektrum lampu pijar Tc = 2700 K dan spektrum lampu LED dengan Tc = 4200 K pada tingkat penerangan 500 lux. (gambar 4).

Gambar tersebut menunjukkan hal berikut:

- Lampu LED (Tc = 4200 K) memiliki pancaran 460 nm lebih besar dari sinar matahari (6500 K);

- dalam spektrum cahaya lampu LED (Tc = 4200 K), penurunan pada 480 nm adalah urutan besarnya (10 kali) lebih besar daripada di spektrum sinar matahari (6500 K);

- dalam spektrum cahaya lampu LED (Tc = 4200 K), penurunannya 480 nm beberapa kali lebih besar daripada dalam spektrum cahaya lampu pijar (Tc = 2700 K).

Diketahui bahwa di bawah pencahayaan LED, diameter pupil mata melebihi nilai batas - 3 mm (area 7 mm2) menurut GOST R IEC 62471-2013 “Lampu dan sistem lampu. Keamanan fotobiologis.

Dari data yang ditunjukkan pada Gambar 2, dapat dilihat bahwa dosis cahaya biru 460 nm dalam spektrum sinar matahari untuk suhu warna 4000 K jauh lebih kecil daripada dosis cahaya biru 460 nm dalam spektrum sinar matahari pada suhu warna 6500 K.

Dari sini dapat disimpulkan bahwa dosis cahaya biru 460 nm dalam spektrum pencahayaan LED dengan suhu warna 4200 K akan secara signifikan (sebesar 40%) melebihi dosis cahaya biru 460 nm dalam spektrum sinar matahari dengan suhu warna 4000 K pada tingkat iluminasi yang sama.

Perbedaan antara dosis ini adalah kelebihan dosis cahaya biru di bawah pencahayaan LED relatif terhadap sinar matahari dengan suhu warna yang sama dan tingkat pencahayaan tertentu. Tetapi dosis ini harus dilengkapi dengan dosis cahaya biru dari efek kontrol pupil yang tidak memadai dalam kondisi pencahayaan LED, dengan mempertimbangkan distribusi pigmen yang tidak merata yang menyerap cahaya biru 460 nm dalam volume dan area. Ini adalah dosis cahaya biru yang berlebihan yang mengarah pada percepatan proses degradasi yang meningkatkan risiko gangguan penglihatan dini dibandingkan dengan sinar matahari, semua hal lain dianggap sama (tingkat pencahayaan tertentu, suhu warna dan kerja efektif retina makula)., dll.)

Fitur fisiologis struktur mata, yang memengaruhi persepsi cahaya yang aman

Sirkuit perlindungan retina terbentuk di bawah sinar matahari. Dengan spektrum sinar matahari, ada kontrol yang memadai dari diameter pupil mata untuk menutup, yang mengarah pada penurunan dosis sinar matahari yang mencapai sel-sel retina. Diameter pupil pada orang dewasa bervariasi dari 1,5 hingga 8 mm, yang memberikan perubahan intensitas cahaya yang mengenai retina sekitar 30 kali.

Penurunan diameter pupil mata menyebabkan penurunan area proyeksi cahaya gambar, yang tidak melebihi area "titik kuning" di tengah retina. Perlindungan sel retina dari cahaya biru dilakukan oleh pigmen makula (dengan penyerapan maksimum 460 nm) dan pembentukannya memiliki sejarah evolusinya sendiri.

Pada bayi baru lahir, area makula berwarna kuning muda dengan kontur yang tidak jelas.

Sejak usia tiga bulan, refleks makula muncul dan intensitas warna kuning berkurang.

Pada satu tahun, refleks foveolar ditentukan, pusatnya menjadi lebih gelap.

Pada usia tiga sampai lima tahun, warna kekuningan pada area makula hampir menyatu dengan warna merah muda atau merah pada area retina sentral.

Area makula pada anak-anak usia 7-10 tahun dan lebih tua, seperti pada orang dewasa, ditentukan oleh area retina sentral avaskular dan refleks cahaya. Konsep "titik makula" muncul sebagai hasil pemeriksaan makroskopik mata kadaver. Pada preparasi planar retina, bintik kuning kecil terlihat. Untuk waktu yang lama, komposisi kimia pigmen yang menodai area retina ini tidak diketahui.

Saat ini, dua pigmen telah diisolasi - lutein dan lutein isomer zeaxanthin, yang disebut pigmen makula, atau pigmen makula. Tingkat lutein lebih tinggi di tempat-tempat dengan konsentrasi sel batang yang lebih tinggi, tingkat zeaxanthin lebih tinggi di tempat-tempat dengan konsentrasi kerucut yang lebih tinggi. Lutein dan zeaxanthin milik keluarga karotenoid, sekelompok pigmen tumbuhan alami. Lutein diyakini memiliki dua fungsi penting: pertama, menyerap cahaya biru yang berbahaya bagi mata; kedua, ini adalah antioksidan, memblokir dan menghilangkan spesies oksigen reaktif yang terbentuk di bawah pengaruh cahaya. Kandungan lutein dan zeaxanthin di makula tidak merata di seluruh area (maksimum di tengah, dan beberapa kali lebih sedikit di tepi), yang berarti perlindungan terhadap cahaya biru (460 nm) minimal di tepinya. Seiring bertambahnya usia, jumlah pigmen berkurang, mereka tidak disintesis dalam tubuh, mereka hanya dapat diperoleh dari makanan, sehingga efektivitas keseluruhan perlindungan dari cahaya biru di pusat makula tergantung pada kualitas nutrisi.

Efek dari kontrol pupil yang tidak memadai

dalam gambar. 5. adalah skema umum untuk membandingkan proyeksi titik cahaya lampu halogen (spektrum dekat dengan spektrum matahari) dan lampu LED. Dengan lampu LED, area iluminasi lebih besar dibandingkan dengan lampu halogen.

Perbedaan dalam area iluminasi yang dialokasikan digunakan untuk menghitung dosis tambahan cahaya biru dari efek kontrol pupil yang tidak memadai dalam kondisi pencahayaan LED, dengan mempertimbangkan distribusi pigmen yang tidak merata yang menyerap cahaya biru 460 nm dalam volume dan area. Penilaian kualitatif dari kelebihan proporsi cahaya biru dalam spektrum LED putih ini dapat menjadi dasar metodologis untuk penilaian kuantitatif di masa depan. Meskipun dari sini jelas keputusan teknis tentang perlunya mengisi celah di wilayah 480 nm ke tingkat penghapusan efek "silang melanopsin". Solusi ini diformalkan dalam bentuk sertifikat penemu (sumber cahaya putih LED dengan gabungan konvektor photoluminescent jarak jauh. Paten No. 2502917 tanggal 2011-12-30.). Ini memastikan prioritas Rusia di bidang penciptaan sumber cahaya putih LED dengan spektrum biologis yang memadai.

Sayangnya, para ahli dari Kementerian Perindustrian dan Perdagangan Federasi Rusia tidak menyambut arah ini, yang menjadi alasan untuk tidak membiayai pekerjaan ke arah ini, yang tidak hanya menyangkut penerangan umum (sekolah, rumah sakit bersalin, dll.), tetapi juga juga lampu latar monitor dan lampu depan mobil.

Dengan pencahayaan LED, kontrol diameter pupil mata yang tidak memadai terjadi, yang menciptakan kondisi untuk memperoleh dosis cahaya biru yang berlebihan, yang secara negatif mempengaruhi sel-sel retina (sel ganglion) dan pembuluhnya. Efek negatif dari dosis berlebih cahaya biru pada struktur ini dikonfirmasi oleh karya Institut Fisika Biokimia. N. M. Emanuel RAS dan FANO.

Efek yang diidentifikasi di atas dari kontrol diameter pupil mata yang tidak memadai berlaku untuk lampu fluoresen dan lampu hemat energi (Gbr. 6). Pada saat yang sama, ada peningkatan proporsi sinar UV pada 435 nm ("Keamanan optik pencahayaan LED" CELMA - ELC LED WG (SM) 011_ELC kertas posisi CELMA keselamatan optik pencahayaan LED_Final_July2011)).

Selama eksperimen dan pengukuran yang dilakukan di sekolah-sekolah AS, serta di sekolah-sekolah Rusia (Lembaga Penelitian Kebersihan dan Perlindungan Kesehatan Anak-anak dan Remaja, SCCH RAMS), ditemukan bahwa dengan penurunan suhu warna berkorelasi buatan sumber cahaya, diameter pupil mata meningkat, yang menciptakan prasyarat untuk paparan negatif cahaya biru pada sel dan pembuluh darah retina. Dengan peningkatan suhu warna berkorelasi dari sumber cahaya buatan, diameter pupil mata berkurang, tetapi tidak mencapai nilai diameter pupil di bawah sinar matahari.

Dosis sinar UV biru yang berlebihan menyebabkan percepatan proses degradasi yang meningkatkan risiko gangguan penglihatan dini dibandingkan dengan sinar matahari, semua hal lain dianggap sama.

Peningkatan dosis biru dalam spektrum pencahayaan LED mempengaruhi kesehatan manusia dan fungsi penganalisa visual, yang meningkatkan risiko kecacatan penglihatan dan kesehatan pada usia kerja.

Konsep menciptakan sumber cahaya semikonduktor dengan cahaya biologis yang memadai

Berbeda dengan konservatisme para ahli dari Kementerian Perindustrian dan Perdagangan Federasi Rusia dan Pusat Inovasi Skolkovo, konsep menciptakan sumber cahaya putih semikonduktor dengan cahaya yang memadai secara biologis yang dikembangkan oleh penulis artikel mendapatkan dukungan di seluruh dunia. dunia. Misalnya, di Jepang, Toshiba Material Co., LTD telah membuat LED menggunakan teknologi TRI-R (Gbr. 7).

Kombinasi kristal ungu dan fosfor seperti itu memungkinkan untuk mensintesis LED dengan spektrum yang dekat dengan spektrum sinar matahari dengan suhu warna yang berbeda, dan untuk menghilangkan kekurangan di atas dalam spektrum LED (kristal biru dilapisi dengan fosfor kuning).

dalam gambar. delapan.menyajikan perbandingan spektrum sinar matahari (TK = 6500 K) dengan spektrum LED menggunakan teknologi dan teknologi TRI-R (kristal biru dilapisi fosfor kuning).

Dari analisis data yang disajikan, dapat dilihat bahwa pada spektrum cahaya putih LED menggunakan teknologi TRI-R, celah pada 480 nm dihilangkan dan tidak ada dosis biru berlebih.

Jadi, melakukan penelitian untuk mengidentifikasi mekanisme efek cahaya spektrum tertentu pada kesehatan manusia adalah tugas negara. Mengabaikan mekanisme ini menyebabkan biaya miliaran dolar.

kesimpulan

Aturan Sanitasi mencatat norma dari dokumen normatif teknis pencahayaan, dengan menerjemahkan standar Eropa. Standar-standar ini dibentuk oleh spesialis yang tidak selalu independen dan menjalankan kebijakan teknis nasional mereka sendiri (bisnis nasional), yang seringkali tidak sesuai dengan kebijakan teknis nasional Rusia.

Dengan pencahayaan LED, kontrol diameter pupil mata yang tidak memadai terjadi, yang meragukan kebenaran penilaian fotobiologis menurut GOST R IEC 62471-2013.

Negara tidak mendanai penelitian lanjutan tentang dampak teknologi pada kesehatan manusia, itulah sebabnya ahli kesehatan terpaksa menyesuaikan norma dan persyaratan dengan teknologi yang dipromosikan oleh bisnis transfer teknologi.

Solusi teknis untuk pengembangan lampu LED dan layar PC harus mempertimbangkan untuk memastikan keselamatan mata dan kesehatan manusia, mengambil langkah-langkah untuk menghilangkan efek "salib melanopsin", yang terjadi untuk semua sumber cahaya dan lampu latar hemat energi yang ada saat ini. dari perangkat tampilan informasi.

Di bawah pencahayaan LED dengan LED putih (kristal biru dan fosfor kuning), yang memiliki celah dalam spektrum pada 480 nm, ada kontrol yang tidak memadai terhadap diameter pupil mata.

Untuk rumah sakit bersalin, institusi anak dan sekolah, lampu dengan spektrum cahaya yang memadai secara biologis, dengan mempertimbangkan karakteristik penglihatan anak, harus dikembangkan dan menjalani sertifikasi higienis wajib.

Kesimpulan singkat dari editor:

1. LED memancarkan sangat terang di daerah biru dan dekat UV dan sangat lemah di biru.

2. Mata "mengukur" kecerahan untuk mempersempit pupil dengan tingkat warna bukan biru, tetapi biru, yang praktis tidak ada dalam spektrum LED putih, oleh karena itu, mata "berpikir" bahwa itu gelap dan membuka pupil lebih lebar, yang mengarah pada fakta bahwa retina menerima lebih banyak cahaya (biru dan UV) daripada ketika diterangi oleh matahari, dan cahaya ini "membakar" sel-sel peka cahaya mata.

3. Dalam hal ini, kelebihan cahaya biru di mata menyebabkan penurunan kejernihan gambar. gambar dengan lingkaran cahaya terbentuk di retina.

4. Mata anak-anak kira-kira lebih transparan ke biru daripada mata orang tua, oleh karena itu, proses "kelelahan" pada anak-anak berkali-kali lebih intens.

5. Dan jangan lupa bahwa LED tidak hanya penerangan, tetapi sekarang hampir semua layar.

Jika kita beri satu gambar lagi, maka kerusakan mata akibat LED sama dengan kebutaan di pegunungan, yang terjadi dari pantulan UV dari salju dan lebih berbahaya hanya dalam cuaca mendung.

Timbul pertanyaan, apa yang harus dilakukan bagi mereka yang sudah memiliki lampu LED, seperti biasa, dari LED yang tidak diketahui asalnya?

Dua opsi muncul di pikiran:

1. Tambahkan penerangan cahaya biru (480nm) tambahan.

2. Pasang filter kuning pada lampu.

Saya lebih suka opsi pertama, karena ada strip LED biru (biru muda) yang dijual dengan radiasi 475nm. Bagaimana Anda bisa memeriksa berapa panjang gelombang sebenarnya?

Opsi kedua akan "memakan" bagian dari cahaya dan lampu akan lebih redup, dan, apalagi, tidak diketahui bagian biru mana yang akan kita hapus.