LED-мониторы и «синяя опасность»

№ 5(49)’2017
PDF версия
В статье разъясняется проблема опасного влияния синего спектра, излучаемого LED-мониторами, на зрение человека. Пульсации излучения мониторов и другие факторы, также вносящие свой негативный вклад в общую картину, сознательно оставлены за рамками данной публикации. Предлагается решение, позволяющее многократно уменьшить вредоносную энергию синего спектра.

Многим знакомы такие симптомы, как неприятные ощущения в глазах (сухость, покраснение, резь), перенапряжение, утомляемость, стресс, возникающие после нескольких часов, проведенных за компьютером (рис. 1). Это не просто неприятные ощущения, которые бесследно проходят. За ними скрывается серьезная опасность — угроза слепоты от макулодегенерации.

Компьютерный стресс: типичная реакция человека после нескольких часов, проведенных у экрана монитора

Рис. 1. Компьютерный стресс: типичная реакция человека после нескольких часов, проведенных у экрана монитора

 

Пик синего света

Практически все современные мониторы и дисплеи имеют полупроводниковую LED- или OLED-подсветку экрана. То есть они излучают «опасный синий свет» (High Energy Visible Light, HEVL). Это самый высокоэнергетический свет во всем видимом диапазоне, чаще с пиком длины волны в 445–455 нм (рис. 2). Высокие энергии этого света особенно опасны для здоровья человека.

Спектр видимого света

Рис. 2. Спектр видимого света

 

Скрытая опасность белого

Монитор излучает свет, который попадает нам прямо в глаза без отражений от стен или предметов. Поэтому очень важно понимать, какой это свет.

Когда мы смотрим на монитор, часто бόльшая часть экрана имеет белый фон, т. е. он излучает свет белого цвета. Многие считают, что на белом экране монитора нет синего. Это неверно, поскольку белый свет является результатом сложения трех основных цветов — красного, зеленого, синего (Red, Green, Blue — RGB).

Если взять три источника света (красный, зеленый и синий) и спроецировать их излучение в одной точке, то в центре мы получим белое пятно (рис. 3). Для получения света белого цвета должен быть выдержан энергетический цветовой баланс: количества энергий должны быть поданы в определенной пропорции. Если эта пропорция будет нарушена, то белого цвета не получится.

Смешение цветов RGB

Рис. 3. Смешение цветов RGB

Для наглядного подтверждения этого принципа мы провели измерение состава белого света LED-монитора. На экране включили картинку аддитивного смешения света цветов RGB и по очереди устанавливали на все основные цвета датчик спектрометра.

На спектрограмме (рис. 4) света белого цвета наглядно видно, что она является результатом сложения энергий света трех основных цветов RGB. Очевидно, что «чисто» белый экран и полностью синий экран имеют одинаковое количество HEVL.

Спектрограмма состава белого света LED-монитора

Рис. 4. Спектрограмма состава белого света LED-монитора

Офисная работа, в основном, состоит из работы с документами и текстами: белое поле занимает 80–90% экрана. Фактически это означает, что со всего экрана в глаза светит HEVL на полную мощность. Вред от него, как уже говорилось, обозначается как «компьютерный стресс», «офисный синдром», «синдром сухого глаза». Поэтому офисные работники находятся в группе риска по HEVL.

 

Нарастание опасности HEVL синего спектра

На рис. 5 показан типичный спектр белого цвета монитора с LED-подсветкой.

Спектрограмма света белого цвета LED-монитора

Рис. 5. Спектрограмма света белого цвета LED-монитора

Спектр света белого поля наших мониторов имеет узкий высокий пик в синей — самой высокоэнергетичной — части спектра. Ширина синего пика очень маленькая, для LED это примерно 12–20 нм. Высота синего пика (энергетическая светимость) обычно в два-четыре раза выше основного спектра. Говоря о ширине спектра, мы имеем в виду ширину спектральной линии FWHM (полная ширина на половине максимума) — это интервал ширины спектра, измеренный на половине максимальной высоты (энергетической светимости).

Особенно высокий этот пик HEVL у компактных ноутбуков, планшетов и т. д. Это результат повышенной световой отдачи экрана для более экономного энерго­потребления при сохранении необходимой яркости, т. е. погони производителей за увеличением времени автономной работы устройства. На спектрограмме (рис. 6) компактного ноутбука соотношение высоты пика HEVL к основному спектру равно 3,6.

Спектрограмма света белого цвета ноутбука

Рис. 6. Спектрограмма света белого цвета ноутбука

Многие люди отмечают, что при старых ламповых мониторах (рис. 7) глазам было намного легче. Да, это так. Ламповые мониторы имели менее контрастную картинку, меньшее разрешение (четкость), но глаза при работе за ними действительно уставали меньше.

Монитор на основе ЭЛТ

Рис. 7. Монитор на основе ЭЛТ

Современные мониторы имеют более яркую и более красивую картинку, но мы ощущаем больший дискомфорт для глаз. Почему? Причина заключается в технической проблеме. В старых мониторах с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) применялся синий люминофор, который облучался потоком электронов, создаваемых электронными пушками. Это была сложная, громоздкая, тяжелая, энергетически неэффективная конструкция. Только ЭЛТ с диагональю 23–26” весила 30–40 кг (рис. 8).

Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ)

Рис. 8. Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ)

В современных LED-мониторах для получения света синего цвета используют свечение светодиодов. Сравним ширину их спектра излучения:

  • LED-кристаллы синего цвета свечения — 12–20 нм;
  • OLED — 20–25 нм;
  • люминофор в мониторах с ЭЛТ — 60–80 нм.

Ширина синего спектра люминофора в мониторах с ЭЛТ намного больше (рис. 9). Поэтому спектр старых мониторов с ЭЛТ получался более ровный, без явного пика синего.

Спектрограмма ЭЛТ-монитора

Рис. 9. Спектрограмма ЭЛТ-монитора

Большая ширина спектра позволяла добиться энергетического баланса для получения белого цвета при небольшой высоте синего пика (энергетической светимости) относительно других цветов (зеленого и красного).

Ширина спектра света синего цвета современных LED-мониторов в несколько раз уже, чем у мониторов с ЭЛТ. Поэтому для сохранения энергетического баланса цветов (получения света белого цвета) уменьшение ширины синего спектра приходится компенсировать высотой пика.

 

Реакции глаза на естественный спектр

Все реакции глаз сформированы под воздействием естественного спектра, который всегда достаточно равномерен. Зрачок меняет свой размер в соответствии с уровнем освещенности (рис. 10).

Реакция глаза на естественное освещение

Рис. 10. Реакция глаза на естественное освещение

Дневной свет содержит довольно много синего света, но в спектре количество цветов пропорционально, и установка чувствительности зрительной системы происходит в нормальном режиме. Глаз правильно воспринимает этот уровень синего, поэтому при обычном освещении он не опасен. Угрозой зрению синий становится, только когда присутствует в очень больших количествах, т. е. когда возможности природной защиты глаза недостаточно. Поэтому при очень ярком солнечном свете следует надевать солнцезащитные очки. Но, как уже было показано, спектр LED-мониторов имеет пикообразный характер. Глаз человека не может правильно воспринять мощность синего пика этого спектра.

Глаз человека регулирует чувствительность не только с помощью зрачка, участие в этом процессе принимают и другие, химические и биологические, регулировки. Они очень эффективны, но бессильны против пика HEVL синей полосы. Глаза реагируют в соответствии со средней (интегральной) мощностью излучения. Пикообразный спектр не позволяет глазу правильно отрегулировать свою чувствительность. В результате на сетчатку глаза попадает чрезвычайно много HEVL, ее уровень превышает предел допустимого порога чувствительности, разрушая в итоге фоторецепторы и подавляя выработку мелатонина (рис. 11).

Опасное влияние HEVL на человека

Рис. 11. Опасное влияние HEVL на человека

 

Макулодегенерация

В многочисленных научных исследованиях установлено, что длительное воздействие синего света приводит не только к болезненным ощущениям в глазах и перенапряжению, но также может привести к серьезным нарушениям зрения, таким как слепота от макуло­дегенерации.

Макулодегенерация — болезнь, связанная с потерей зрения. Это хроническое, прогрессирующее заболевание глаз, вызванное накоплением липофусциновых гранул в клетках пигментного эпителия сетчатки. Липофусцин накапливается в течение всей жизни. На рис. 12 схематично показан прогресс заболевания.

Макулодегенерация

Рис. 12. Макулодегенерация

Постепенно липофусцин накапливается и выделяется во внеклеточное пространство и мембрану Бруха. Там образуются друзы, главным компонентом которых является липофусцин. В результате увеличения количества друз и их размера происходит отделение сетчатки от питающего ее нижнего слоя. Фоточувствительные элементы сетчатки, лишенные питания, гибнут и перестают подавать зрительную информацию в головной мозг.

В многочисленных научных работах установлена связь между воздействием HEVL синего спектра и накоплением липофусцина, количество которого зависит от суммарной (интегральной) световой нагрузки на глаза.

Ученые заявляют, что у детей и молодых людей процесс накопления липофусцина от воздействия HEVL идет намного быстрее, чем у взрослых (рис. 13). Это связано с тем, что с возрастом оптическая система глаза «желтеет» и начинает работать как защитный фильтр от синего.

Влияние HEVL на детей

Рис. 13. Влияние HEVL на детей

Ричард Функ (профессор, доктор медицины, директор института анатомии медицинского факультета Технического университета Дрездена) является одним из ведущих мировых исследователей сетчатки глаз. Он заявляет о нарастании угрозы макулодегенерации. Остро ставят проблему опасности светодиодного освещения для детей и российские ученые: доктор биологических наук, профессор, академик РАН М. А. Островский, доктор биологических наук, профессор П. П. Зак [1–3] и др.

 

Статистические данные

Статистика офтальмологических заболеваний, накопленная в Германии, подтверждает актуальность проблемы. Сейчас в стране около 2 млн человек уже страдают от макулодегенерации (это сопоставимо с населением таких крупных городов, как Мюнхен или Франкфурт-на-Майне). Ежегодно заболевает около 50 000 человек. При этом ежегодно слепнут только от макулодегенерации 5 000 человек, что сопоставимо с населением средней немецкой деревни.

Особую опасность представляет тот факт, что макулодегенерация «молодеет». Так, уже сегодня 8 000 молодых людей в Германии страдают от болезни Штатгардта — начальной формы макулодегенерации. Раньше эти болезни появлялись только в возрасте 80–90 лет! Ученые полагают, что это плата за увеличение присутствия опасного HEVL синего спектра в нашей жизни.

 

Профилактика

Что же делать? В описанной ситуации есть два варианта реакции — «Бегство» (рис. 14а) или «Защита» (рис. 14б).

Реакция на проблему

Рис. 14. Реакция на проблему:
а) «Бегство»;
б) «Защита»

 

Способы защиты

В целях защиты можно предпринять следующие меры:

  • Минимизировать попадание опасного синего света в глаза:
    • применять защитный фильтр на монитор, вырезающий пик синего;
    • правильно настроить монитор;
    • пользоваться компьютерными очками.
  • Адаптировать чувствительность глаза:
    • организовать правильное освещение;
    • делать паузы в работе.
  • Усилить защитные механизмы организма:
    • принимать специальные биодобавки для поддержания здоровья глаз;
    • делать гимнастику для глаз;
    • организовать правильное питание;
    • отказаться от курения.

Лучший способ минимизировать попадание опасного синего света на сетчатку глаза — применить комплексную защиту (рис. 15).

Комплексная защита

Рис. 15. Комплексная защита

 

Фильтры

Исследования, проведенные с различными светофильтрами, показали следующее. Если установить на монитор стандартные (например, желтые или оранжевые) фильтры, они «вырежут» синий, но нарушится цветовой баланс, цвета на мониторе будут сильно искажены, глаза будут напрягаться и сильно уставать. Фильтр ML RV1.1 компании Mitra Licht в диапазоне 420–470 нм «вырезает» 40–60% синего, а в самой опасной части диапазона — 450 нм — HEVL синего снижается на 55–57%. При этом сохраняется цветовой баланс, картинка на мониторе смотрится немного приглушенно, спокойно.

В комплекте с фильтром прилагаются рекомендации по настройке монитора и эффективные приемы работы. Для наглядности и правильного понимания все проиллюстрировано спектрограммами.

 

Применение программ

Сегодня есть много программ, создатели которых утверждают, что они регулируют цветовую температуру дисплея. Наиболее популярные из них: F.lux, Iris software, Redshift, SunsetScren, Twilight, LiveDisplay.

Следует обратить внимание на что, что подобные программы предназначены для предотвращения нарушения циркадных ритмов. Зрение от HEVL они защищают только в вечернее время, после заката солнца. А при работе на компьютере в светлое время суток они абсолютно бесполезны.


Результаты научных исследований показывают, что современные мониторы и дисплеи, имеющие LED- и OLED-подсветку, излучают HEVL с пиком длины волны 445–455 нм. Нужно понимать, что белый экран излучает столько же HEVL, сколько и синий. Это опасно для здоровья, особенно детей. Статистические исследования, проведенные в Германии, наглядно демонстрируют актуальность «опасности синего света». Однако в обществе «опасность синего света» пока еще не осознается в должной степени.

Правильная настройка монитора позволяет снизить пик опасного синего в 3–3,5 раза. Инструкцию по настройке монитора вы можете скачать на нашем сайте по ссылке http://mitralicht.de/artikeln/ /ссылка утрачена/

Литература
  1. П. П. Зак, М. А. Островский. Потенциальная опасность освещения светодиодами для глаз детей и подростков // Светотехника. 2012. № 3.
  2. Федорович И. Б., Зак П. П., Островский М. А. Повышенное пропускание хрусталика глаза в раннем детстве и его возрастное пожелтение // Доклады Академии наук. 1994. Т. 336. № 6.
  3. Островский М. А. Молекулярные механизмы повреждающего действия света на структуры глаза и системы защиты от такого повреждения // Успехи биологической химии. 2005. Т. 45.
  4. Зак П. П., Егорова Т. С., Розенблюм Ю. З., Островский М. А. Спектральная коррекция зрения: научные основы и практические приложения. М.: Научный мир, 2005.
  5. Дейнего В. Н., Капцов В. А., Балашевич Л. И., Светлова О. В., Макаров Ф. Н., Гусева М. Г., Кошиц И. Н. Профилактика глазных заболеваний у детей и подростков в учебных помещениях со светодиодными источниками света первого поколения // Российская детская офтальмология. 2016. № 2.
  6. Зак П. П., Зыкова А. В., Трофимова Н. Н. и др. Экспериментальная модель для исследования механизмов возрастных и дегенеративных изменений в сетчатке глаза человека (японский перепел C. japonica) // Доклады Академии наук. 2010. Т. 434. № 2.
  7. Зак П. П., Зыкова А. В., Трофимова Н. Н., Островский М. А. Японский перепел Coturnix japonica как модель ускоренного старения сетчатки глаза человека. Сообщение 1. Зависимость накопления липофусцина в клетках ретинального пигментного эпителия от уровня содержания ретинальных оксикаротиноидов // Офтальмохирургия. 2013. № 1.
  8. Roehlecke C., Schaller A., Knels L., Funk RH. The influence of sublethal blue light exposure on human RPE cells. Mol Vis. 2009 Sep 21;15:1929-38; PubMed PMID: 19784391; PubMed Central PMCID: PMC2751800.
  9. Knels L., Valtink M., Roehlecke C., Lupp A., de la Vega J., Mehner M., Funk RH. Blue light stress in retinal neuronal (R28) cells is dependent on wavelength range and irradiance. Eur J Neurosci. 2011 Aug;34(4):548-58. doi: 10.1111/j.1460-9568.2011.07790.x. PubMed PMID: 21781192.
  10. Roehlecke C., Schumann U., Ader M., Brunssen C., Bramke S., Morawietz H., Funk RH. Stress reaction in outer segments of photoreceptors after blue light irradiation. PLoS One. 2013 Sep 11;8(9):e71570. doi: 10.1371/journal.pone.0071570. eCollection 2013. PubMed PMID: 24039718; PubMed Central PMCID: PMC3770596.

Комментарии на “LED-мониторы и «синяя опасность»

  1. Правильная настройка монитора позволяет снизить пик опасного синего в 3–3,5 раза. Инструкцию по настройке монитора вы можете скачать на нашем сайте по ссылке http://mitralicht.de/artikeln/ /ссылка утрачена/

    Так где инструкцию найти?

    • Михаил, здравствуйте!

      Авторская ссыкла не работает, так что видимо поиском в интернете.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *