Гигиенические проблемы светодиодного освещения и инновационный метод их решения.


Путь развития искусственных источников света –
это тяжелый и сложный путь творческих исканий людей.
Из книги «Основы конструирования электрических источников света»

Качественное и рациональное освещение является одним из главных условий нормальной трудовой и повседневной деятельности человека.

Хорошее освещение способствует высокой продуктивности, внимательности, хорошему самочувствию и здоровью человека в целом.

Плохое освещение – это снижение работоспособности, зрительная утомляемость, негативное воздействие на физиологические процессы, постепенное ухудшение зрительного процесса, развитие глазных болезней.

Назначение искусственного освещения – создать благоприятные условия видимости, сохранить хорошее самочувствие человека и уменьшить утомляемость глаз. При искусственном освещении все предметы выглядят иначе, чем при дневном свете. Это происходит потому, что изменяется положение, спектральный состав и интенсивность источников излучения.

Существует несколько параметров освещенности. Основные единицы измерения люкс и люмен. Их отличие заключается в том, что люкс показывает освещенность единицы площади поверхности, а люмен – это единица измерения всего потока излучения источника света. Таким образом, чем больше величина люкс, тем ярче освещена поверхность, а чем больше люмен, тем ярче осветительный прибор. Данное различие помогает оценить эффективность осветительных устройств различной конструкции.

Однако хороший свет – это вопрос не только люксов и люменов. Важнейшими показателями качества света являются его спектральные характеристики и индекс цветопередачи.

Активное развитие светодиодных (Led) технологий делают светодиодные источники света незаменимыми и привычными во многих областях нашей жизни. Однако, являясь ведущими осветительными технологиями, светодиоды могут нанести существенный вред здоровью и зрению человека.

Электрические источники света появились более века назад, за все эти годы люди использовали два типа источников белого света – тепловые и газоразрядные. Третий тип электрических источников света – светоизлучающие диоды – появился в 1991 году после открытия Сюдзи Накамура, Нобелевского лауреата по физике. Покрыв синий чип желтым люминофором, Сюдзи Накамура получил светодиод, излучающий белый свет. Светодиоды, изготовленные по данной технологии, имеют дискретный спектр света, качественно отличающийся от непрерывного спектра солнечного света, в условиях которого сформирована физиология человеческого зрения. Воздействие на человека светодиодного освещения с дискретным спектром белого света стало целью многочисленных исследований в России, США и странах Европы.

Негативное влияние «синего пика» на зрительную систему человека

Влияние искусственной световой среды, сформированной светодиодными источниками света, может создавать негативный фон для развития серьезных глазных заболеваний. Согласно аналитическому обзору, посвященному профилактике глазных заболеваний, установлено, что, воздействуя на сетчатку глаза, светодиодные источники света могут нанести вред здоровью и зрению человека.

Негативное воздействие оказывают «пик» в области синего света на 460 нм и следующий за ним «провал» в районе 480 нм, которые негативно влияют на зрение. Избыточное излучение синего в спектре светодиодного освещения на 460 нм, при световой температуре 4200 К, будет значительно (на 40%) больше, чем в спектре солнечного света при той же температуре и на 55% больше, чем в спектре лампы накаливания. Необходимо подчеркнуть, что суммарная избыточная доза синего света, складывающаяся из «выброса» в области 460 нм и расширения зрачка при «провале» в области 480 нм, приводит к необратимым дегенеративным процессам, вызывающим раннее ухудшение зрения.

Коротковолновый синий свет может беспрепятственно проходить через роговицу, вызывая воспалительные процессы глаза

Защитные функции сетчатки глаза адаптированы к условиям солнечного света. Человеческий глаз функционирует как естественная диафрагма: большой поток света сужает зрачок, благодаря чему к сетчатке глаза проходит лишь малый поток света. В условиях недостаточного освещения зрачок, наоборот, расширяется.

Главным механизмом защиты сетчатки от излучения синего света является желтое пятно в центре сетчатки глаза. Адекватное управление зрачком при солнечном свете сокращает диаметр зрачка, и он не превышает площади желтого пятна, тем самым обеспечивая естественную защиту сетчатке глаза. При неадекватном управлении зрачком в условиях светодиодного освещение происходит увеличение площади зрачка, которая будет больше площади желтого пятна, соответственно, лишая глаз его естественной защиты. Соответственно избыточная доза синего света, да еще при увеличенной площади засветки сетчатки глаза, может ускорить в ней нежелательные процессы и увеличить риск развития глазных заболеваний.

Исследователи В.Н. Дейнего и В.А. Капцов выделяют три вида травм, которые коротковолновое излучение (пик в области синего спектра) наносит сетчатке глаза:

  • фотомеханическая (ударная энергия волны световой энергии);
  • фототермическая (при облучении происходит нагревание ткани клетчатки);
  • фотохимическая (фотоны синего и фиолетового света могут вызывать химические изменения в структурах сетчатки).

Ученые лаборатории «Институт биохимической физики имени Н.М. Эмануэля РАН» установили, что процесс повреждения сетчатки глаза повышенным излучением в области синего света – медленная фотохимическая реакция. Последствия и результаты данной реакции накапливаются в течение всей жизни. Катарактогенное коротковолновое излучение негативно воздействует на белки хрусталика глаза, увеличивая вероятность появления и скорость развития катаракты.

Американскими эпидемиологическими исследованиями установлено, что ежедневное воздействие избыточной дозы синего в спектре светодиодного освещения оказывает отрицательное воздействие на зрительную систему, особенно в детском и подростковом возрасте.

Хрусталик детского глаза еще недостаточно защищен от проникновения излучения избыточной дозы синего света. Профессор Франсин Беарн Коэн, офтальмолог парижской больницы «Отель Дьё» объясняет:

«Хрусталики детского глаза до 8-10 лет остаются очень прозрачными и пропускают сквозь себя все синие излучения. Риск, которой представляет собой эта синяя подсветка, можно сказать, достаточно скрытый, так как от неё возникают повреждения сетчатой оболочки глаза на молекулярном уровне, которые с годами будут увеличиваться. Впоследствии они могут повлечь за собой органические повреждения сетчатки и омертвление клеток, которые позволяют видеть. В связи с этим необходимо избегать использования светодиодных ламп с большим процентом содержания синей подсветки, прямого попадания в глаза света от таких ламп и яркого освещения. Иными словами, нужно использовать подобное освещение с большой осторожностью».

Негативное воздействие излучения от светодиодных ламп первого поколения уже к 30 годам вызывает дегенерацию сетчатки глаза, что на 10 лет раньше, чем при естественном освещении. Французское национальное агентство санитарной безопасности питания, окружающей среды и труда (ANSES), особенно подчеркивая опасность «синего пика» для зрительной система детей и подростков и рекомендует в своем отчете, опубликованном в 2010 году, отказаться от использования светодиодных источников света с избыточной дозой синего в спектре для мест, часто посещаемых детьми.

Негативное влияние избыточной дозы синего на физиологические процессы организма

Зрительный анализатор сложный нервный механизм, начинающийся наружным воспринимаемым аппаратом и оканчивающийся в мозге.

Русский ученый и физиолог И.П. Павлов

Российские исследователи В.Н. Дейнего и В.А. Капцов пишут, что состав спектра света, с точки зрения гигиенических норм, влияет на зрительный анализатор человека и его гормональную систему. При создании искусственного света не должно быть выбросов и «провалов» по сравнению со спектром солнечного света, поэтому особенно важно следить за уровнем излучения следующих биорезонансных частот:

  • 460 нм – одна из ведущих частот управления гормональной системой человека;
  • 480 нм – одна из резонансных частот управления диаметром зрачка глаза.

Сравнительно недавно, в 2002 году, было открыто, что глаз, помимо зрительного канала восприятия, имеет незрительный (биологический) канал, сигнал по которому направляется непосредственно в центральную часть мозга. Невизуальное биологическое действие света – влияние источников света на выработку гормона мелатонина и его подавление. Открытый тип фоторецепторов в глазу имеет нервные связи с эпифизом (шишковидной железой мозга), которая и регулирует выработку мелатонина. Секреция мелатонина напрямую зависит от общего уровня освещенности – избыток света тормозит его образование, а снижение освещённости, напротив – повышает синтез мелатонина. Именно под влиянием мелатонина в организме вырабатывается гамма-аминомасляная кислота, которая, в свою очередь, тормозит синтез серотонина. 70% суточной продукции мелатонина приходится на ночные часы.  Мелатонин регулирует суточные ритмы человека, замедляет процесс старения, активизирует работу иммунной системы, препятствует образованию опухолей. Выработка мелатонина подстраивает внутренние биологические ритмы под внешний мир.

В ходе многих научных экспериментов в разных странах мира стало очевидно, что интенсивность излучения в области синего в спектре светодиода (на базе синего кристалла) уменьшает выработку мелатонина в нашем организме. Недостаток мелатонина не позволяет человеку настроиться на отдых и сон в конце дня, ухудшает общее самочувствие, вызывает бессонницу, высокую утомляемость и дискомфорт, провоцирует нервные и гормональные расстройства.

Избыточная доза синего светодиода стимулирует выбросы кортизола, который, в свою очередь, повышает уровень сахар. При подавлении мелатонина высвобождается инсулин, который вместе с повышенным уровнем сахара увеличивает риск возникновения диабета. Уровень кортизола в организме человека также оказывает влияние на протекание множества жизненно важных процессов.

Дополнительное воздействие избыточного уровня синего света в спектре светодиодных ламп на гормональную систему человека, которая создает его индивидуальный гормональный фон, может иметь непредсказуемые последствия для здоровья в целом. Такая гормональная разбалансировка особенно опасна для детей и подростков, что подчеркивают В.А. Капцов и В.Н. Дейнего в своей статье «Свет энергосберегающих и светодиодных ламп и здоровье человека».

Разбалансировка гормональной системы человека может способствовать развитию рака предстательной и молочной желез. К такому выводу пришла группа ученых из Эксетерского университета (Великобритания) и Института глобального здравоохранения (Барселона). Влияние на интенсивность биологических процессов, связанных со сменой дня и ночи, воздействует на гормональные уровни, с колебаниями которых связан риск развития онкологических заболеваний. По данным ученых, исследовавших более 4000 человек из 11 регионов Испании, избыточное излучение в области синего в спектре светодиодного освещения повышает риск развития рака простаты в два раза, а рака груди – в 1,5.

«Поскольку города меняют старое освещение [на светодиодное], мы все подвержены более интенсивному влиянию «синего» света. Он может нарушить наши биологические часы», – отметил один из исследователей, Алехандро Санчес де Мигель.

В отчете ANSES обращается особое внимание на то, что со временем избыточная доза синего в спектре светодиодов первого поколения увеличивается из-за прогрессивного износа слоя люминофора, что приводит к еще бо́льшему выбросу синего света на 460 нм, соответственно усиливая негативное влияние на зрительную и гормональную системы человека.

Таким образом, избыточная доза синего в спектре светодиодного освещения ускоряет деградационные процессы сетчатки глаза, которые могут привести к более раннему ухудшению зрения или даже его потери. Коротковолновое синее излучение оказывает патологическое воздействие на физиологию человека. Влияя на выработку гормона мелатонина, оно нарушает работу гормональной системы в целом, провоцируя ряд серьезных заболеваний. Исходя из этого, следует обратить особое внимание на потенциальный риск источников искусственного освещения, использующих светодиоды первого поколения, для здоровья зрительной системы человека и всего организма в целом.

Индекс цветопередачи светодиодов первого поколения

Еще одной серьезной проблемой светодиодных источников света первого поколения является низкий коэффициент цветопередачи. Световой комфорт – качественная характеристика, которая зависит от таких параметров как: однородная освещенность, оптимальная яркость, высокая цветопередача, отсутствие пульсации света, однородное распределение цветовой температуры. Как видно, высокий индекс цветопередачи является важнейшим критерием для формирования безопасной и комфортной световой среды.

Цветопередача определяется как «влияние света на восприятие цвета объектов при сознательном или подсознательном сравнении его с цветом, наблюдаемым при освещении их естественным источником». Чаще всего, значение цветопередачи определяется Ra (CRI – Color Rendering Index). В качестве эталонного источника света (CRI=100 Ra) принят солнечный свет. Чем ниже этот индекс у лампы, тем хуже ее цветопередающие свойства.

Искусственный свет естественного спектра

Сегодня появилась практическая возможность минимизировать риски воздействия светодиодного освещения первого поколения на здоровье людей и нормализовать зрительные нагрузки за счет применения светодиодных ламп со спектром, максимально близким к солнечному свету. Принципиально другой метод получения белого света воплотили инновационные светодиоды SunLike, созданные по технологии TRI-R, излучающие белый свет, полученный путем полного преобразования фиолетового полупроводникового света в три цвета: красный, синий, зеленый. TRI-R технология от Toshiba Material Co., Ltd – это инновационная технология светодиодного освещения, воспроизводящая солнечный спектр благодаря применению концепции и технологии спектра естественного света.

Доктор Кибум Нам, руководитель научно-исследовательского центра и исполнительный директор по вопросам технологии компании Seoul Semiconductor, выпускающей инновационные светодиоды, говорит:

«Разработав инновационные светодиоды SunLike, мы открываем новую эру здорового освещения, свет которого максимально близок спектру солнечного света, освещающего землю уже много миллионов лет».

Важнейшее преимущество данного способа заключается в том, что спектр излучения светодиодов SunLike максимально близок к солнечному, без «выбросов» в области синего и «провалов» в области сине-бирюзового света.

Светодиоды SunLike имеют сертификат безопасности RG 1 (риск отсутствует при обычном повседневном использовании) Eye Safety. Сертификация Eye Safety построена на анализе спектра излучения. Она определена в международном стандарте CIE S 009:2002 и учитывает факторы воздействия на глаза и кожу, описанные в стандарте IEC/EN 62471. Помимо светобезопасности, к достоинствам светодиодов SunLike следует отнести хорошую цветопередачу.

Светодиоды SunLike обеспечивают высокий индекс цветопередачи – 97 Ra. Результат охватывает весь спектр, включая фиолетовый, голубой, глубокие красные тона и прекрасно передаёт цвета.

Доктор Кибум Нам считает:

«Интерес к воздействию света на здоровье человека заметно вырос после присуждения Нобелевской премии по физиологии и медицине ученым, занимающимся биоритмами. В связи с этим мы получаем много запросов от коммерческих, промышленных и медицинских учреждений по всему миру, а также от простых потребителей о поставках SunLike».

В отличие от привычных светодиодных ламп первого поколения, светодиоды SunLike формируют безопасную и комфортную световую среду, не оказывая негативного воздействия на гормональные и зрительные системы человека. Светодиоды SunLike могут быть использованы во многих областях, незаменимы там, где требуется естественное освещение (в жилых помещениях, офисах, медицинских и учебных заведениях и т.д.). Благодаря своим спектральным характеристикам и высокому индексу цветопередачи они также оптимальны для профессионального использования (музеи, выставки, фотоателье, ювелирные салоны, магазины и т.д.).

Исследователи из Венгерского университета Паннонии утверждают: «Наилучшей точности воспроизведения света можно добиться, если спектральный состав падающего на картину света совпадает с тем, при котором художник создавал свое произведение. Для картин возрастом более ста лет — это естественный свет».

Ничто не может заменить человеку свет. С момента, когда человек впервые научился использовать искусственный свет, прошел колоссальный промежуток времени, за который друг друга сменило огромное количество различных искусственных источников света. Сегодня создана инновационная система освещения помещений, которая излучает свет максимально приближенный к естественному, при этом обладает высокой энергоэффективностью и имеет большой срок службы.

Закажите звонок