Вредны ли светодиодные лампы для здоровья? Отзывы специалистов. Вредны ли светодиодные лампы для нашего здоровья

Сейчас светодиодные лампы в магазинах уже не редкость и цены на них на довольно низком уровне. Но как выбрать правильную лампу? Каковы основные параметры, по которым их надо сравнить? Почему мы считаем, что лампы, предлагаемые нами лучше, чем большинство ламп, которые вы найдете в магазине?

Для начала перечислим основные характеристики ламп и разберемся, на что они влияют в реальной эксплуатации.

Питание

Основная масса светодиодных ламп представленных на рынке требует питание 220В для работы. Это означает, что в лампу встроен блок питания, который преобразует напряжение 220В в ток для работы светодиодов, так как светодиоду для работы требуется не постоянное напряжение, а именно постоянный ток. Если вам это непонятно не беда, главное, чтобы вы знали, то блок питания в лампе очень уязвимый узел. Проблема с ним в том, что он очень мал и может сильно греться, причем нагрев идет как он самого блока питания, так и от светодиода. При некачественном исполнении блока питания, использовании дешевых компонентов, не очень хорошей схемы, плохого теплоотвода, низкоэффективного светодиода блок питания выходит из строя в относительно короткий срок. Замене он не подлежит. Обычная история: купили китайскую лампу, проработала полгода, сгорела. Сгорел не светодиод, это очень редко происходит. Сгорел именно блок питания. Наши лампы даже во включенном состоянии может держать в руке маленький ребенок и не жаловать на «гояча».

Так же есть лампы для питания напряжением 12В. Вам может показаться, что вы можете их без проблем использовать с обычным трансформатором для галогенных ламп, но это не так. Дело в том, что трансформаторам для галогенок требуется минимальная нагрузка, чтобы правильно работать, иначе они или вообще не включаются или издают ужасные звуки. Светодиодные лампы слишком маломощны, чтобы обеспечивать эту минимальную нагрузку. Для питания 12В светодиодных ламп требуются специальные источники питания. Именно поэтому мы и не предлагаем такие лампы.

Также есть специализированные лампы, в которых нет встроенного источника питания, и они должны быть подключены к специальному драйверу светодиодов. Это профессиональное решение, которое обеспечивает очень долгий срок службы лампы, отличное управление лампой и экономит место за потолком. При этом сама лампа стоит дешевле (так как нет БП). Этот вариант мы вскоре планируем предложить.

Радиатор охлаждения

Основной вес светодиодной лампы приходится на радиатор охлаждения. Он исключительно важен для нормальной и долговечной работы лампы. Если он слишком мал, неправильно сделан или имеет плохой контакт со светодиодом, то такая лампа выходит из строя в течение 6-12 месяцев.

Светодиод

Светодиод светоизлучающий элемент лампы. Сейчас используется несколько компоновок светодиодов в лампах: несколько белых светодиодов, несколько белых SMD светодиодов, один сверхмощный белый светодиод, один или несколько синих светодиодов покрытые фосфором, который преобразует синий свет в белый. В наших лампах используется последняя компоновка. Она позволяет получать хороший непрерывный спектр излучения, а также легко варьировать цветовую температуру. Кроме этого, используемый синий светодиод имеет более высокую эффективность и долговечность, чем дешевые белые светодиоды, обычно используемые в лампах. Говоря грубо, первые две компоновки сразу же указывают на несерьезную продукцию.

Цветовая температура

Цветовая температура - это оттенок белого, как воспринимает его человек. Первые светодиодные лампы прославились своим синюшных оттенком. Их цветовая температура было в районе 6000 Кельвинов, это оттенок света солнца в яркий летний полдень. На улице он воспринимается нормально на фоне синего неба, но для помещений он не подходит. Большая часть китайских дешевых ламп имеют цветовую температуру именно в этом районе. Обычная лампа накаливания имеет цветовую температуру в районе 2600К (свет солнца ближе к закату). Но многие находят такой свет слишком желтым и депрессивным, особенно зимой. Поэтому мы предлагаем лампы с температурой в диапазоне 2600-3200К (теплый белый) и 3700-4200К (естественный белый). Разброс обусловлен технологией производства, но на глаз вы его не отличите.

Спектр излучения

Белый свет состоит из синего, зеленого и красного цветов. Точнее из бесконечного множества световых частот (цветов) от синего до красного. Мы все существуем под Солнцем и все наши процессы и органы адаптированы к солнечному спектру света. Поэтому чем больше спектр лампы похож на спектр солнца, тем правильные вы воспринимаем цвета. Спектр дешевых ламп может быть прерывист (большие пики на определенных цветах с провалами между) или перекошен в какую-то одну стороны. Наши лампы, благодаря фосфору, обладают сплошным спектром близким к солнечному. Под нашими лампами будут хорошо расти растения и ими даже можно освещать аквариум.

Качество цветопередачи

Качество цветопередачи определяет, насколько правильными вы будете видеть цвета при этом освещение. Понятно, что если лампа красная, то все цвета в комнате будут искажены. От правильности спектра зависит, насколько правильными вы увидите цвета. Как правило, у дешевых ламп спектр сильно отличается от естественного света. Цветопередача определяется в единицах CRI (color rendering index) и может быть от 0 до 100. Для галогенных ламп он всегда 100. В этой области их никто не может превзойти, так как спектр их излучения совпадает с солнечным. Старые люминесцентные лампы и старые или дешевые светодиодные лампы имеют CRI в районе 60 или даже меньше. Современные самые дорогие светодиодные и люминесцентные лампы имеют CRI 90+. Наши лампы имеют CRI от 70+ до 80+, что обеспечивает нормальный уровень цветопередачи, при котором надо имею специальную таблицу перед глазами, чтобы найти разницу. Разница в 5 единиц CRI не видна глазу вообще.

Срок жизни

Срок жизни лампы важен покупателю, как экономический параметр. Понятно, что светодиодные лампы намного дороже обычных ламп накаливания. Покупая такую лампу, вы надеетесь сэкономить в будущем на оплате за электроэнергию. Основные два параметра влияющие на фактический (писать горазды все) срок жизни лампы: качество блока питания и качество охлаждения. Слишком дешевая лампа не может иметь качественные компоненты в блоке питания или достаточно массивный, но эстетически приятный, радиатор, поэтому не ожидайте от нее долгой жизни. Также обратите внимание, что не стоит серьезно относиться к заявлениям о сроке жизни в 60000-100000 часов. Это глупости. 60000 часов это 7 лет непрерывной работы, т.е. 14 лет реальной эксплуатации. Если посмотреть на 14 лет назад на светодиоды, то вы увидите, какой прогресс был сделан. И через 5-6 лет с этого момента у вас просто появится желание поменять свои лампы на более экономные, более яркие с более качественной цветопередачей, чем те, которые есть сейчас. И это будет экономически оправдано. Технологии развиваются слишком быстро, чтобы планировать на 10 лет вперед.

Кроме этого, чтобы писать такое время работы необходимо сертифицировать по всем правилам блок питания на такой срок службы. Разумеется, производители не могу провести тесты в течение 7 лет. 7 лет назад не было этих светодиодов. По правилам тестирования они делают тестовую партию на 2000 штук, включают и выясняют, что через 1000 часов из 2000 штук вышло из строя, например, 2 штуки. Из этих данных они экстраполируют среднее время наработки на отказ. Это позволяет рассчитать затраты на гарантию, но к реальному времени жизни это не имеет отношения. В таком тесте не учтены эффекты лавинообразного старения после некоторого срока, не учтены разные условия эксплуатации.

Посмотрите, на какой срок дает гарантию производитель. Если написано 40000 часов и гарантия 1 год, то это смех, да и только. Срок жизни наших ламп 20000 часов и гарантия 2 года, т.е. почти весь срок службы покрыт гарантией при круглосуточной эксплуатации. Это и есть критерий уверенности в качестве своей продукции.

Угол светового конуса

Для классических грушевидных ламп этот параметр не актуален, так как свет расходился сферой во все стороны равномерно. Однако, светодиод излучает свет только в одном направлении и его необходимо или рассеять или собрать. В лампах с цоколем E27/E14 происходит равномерное рассеивание света. Часть света теряется при этом, но только совсем немного. Мы тестировали все предлагаемые лампы рассев очень равномерный, свечение яркое, равномерное.

Для точечных светильников, чем шире угол, тем равномернее освещение в комнате. Обычные дешевые лампы имеют угол около 15-30 градусов. Это же верно и для галогенок. Это сделано из-за того, что интенсивность светодиодов недостаточна, чтобы дать хороший свет на широком конусе. Такой узкий конус высвечивает ярко на полу небольшой круг, и чтобы сделать нормальное освещение надо ставить их много и плотно. Наши точечные лампы имеют угол в 60 градусов, как лучшие галогенные лампы. Это позволяет легко создать равномерное освещение в помещении.

Яркость

Яркость это количество света, которое выдает лампа всей своей поверхность. Измеряется в люменах. Наши лампы хороши тем, что если их разместить на место обычных или галогенных ламп, то они создадут освещенность как минимум не хуже, чем была (обычно намного лучше), при этом сократив затраты на электроэнергию в разы.

Мощность и эффективность

Мощность лампы количество энергии, которое потребляет лампа, чтобы создать своей световой поток. А эффективность - это количество потребляемой энергии (ватт) на 1 люмен выдаваемого света. Знание мощности позволит вам посчитать затраты на электричество. А знание эффективности позволяет сравнивать лампы и выбрать лучшую, конечно, учитывая и другие параметры.

Скорость деградации

К сожалению, у светодиодов есть своя ложка дегтя. Они и не перегорают, но они постепенно теряют свою яркость из-за квантовых процессов внутри самого диода и фосфора. Скорость деградации - очень важный параметр. Может оказаться, что через год лампа потеряет больше половины свой яркости. Дешевые светодиоды или вообще не тестируют на этот параметр или он настолько плох, что его никому не показывают. Наши лампы обладают скоростью деградации обеспечивающей свечение на уровне 70% к концу срока службы. Впрочем, тесты компактных люминесцентных ламп, известных в народе как "энергосберегайки" показывают, что они тоже страдают этой проблемой. Через год их светимость падает на 20-25%.

Теперь вы знаете все основные характеристики светодиодных ламп.

Как же выбрать правильную светодиодную лампу? Да просто попросите сообщить эти характеристики для интересующих вас ламп. Если вам их дадут (в чем есть сомнения), то вы можете объективно сравнить лампы, и понять какая вам подходит. А если их не дадут, то это однозначно не вариант для покупки вы только потеряете деньги.

) мне сразу хочется его разобрать и заглянуть внутрь, увидеть, как это всё устроено и работает. Видимо, это и отличает учёных от обывателей. Согласитесь, какой нормальный человек будет разбирать лампочку за 1000 рублей, но что поделать - партия сказала: надо!

Часть теоретическая

Как Вы думаете, почему все так озабочены заменой ламп накаливания , которые стали символом целой эпохи, на газоразрядные и светодиодные ?

Конечно, во-первых, это энергоэффективность и энергосбережение. К сожалению, вольфрамовая спираль больше излучает «тепловых» фотонов (т.е. свет с длинной волны более 700-800 нм), чем даёт света в видимом диапазоне (300-700 нм). С этим трудно спорить - график ниже всё расскажет сам за себя. С учётом того, что потребляемая мощность газоразрядных и светодиодных ламп в несколько раз ниже, чем у ламп накаливания при той же освещённости, которая измеряется в люксах . Таким образом, получаем, что для конечного потребителя это действительно выгодно. Другое дело - промышленные объекты (не путать с офисами): освещение пусть и важная часть, но всё-таки основные энергозатраты связаны как раз с работой станков и промышленных установок. Поэтому все вырабатываемые гигаватты уходят на прокатку труб, электропечи и т.д. То есть реальная экономия в рамках всего государства не так уж и велика.

Во-вторых, срок службы ламп, пришедших на замену «лампочкам Ильича», выше в несколько раз. Для светодиодной лампы срок службы практически неограничен, если правильно организован теплоотвод.

В-третьих, это инновации/модернизации/нанотехнологии (нужное подчеркнуть). Лично я ничего инновационного ни в ртутных, ни в светодиодных лампах не вижу. Да, это высокотехнологичное производство, но сама идея - это всего лишь логичное применение на практике знания о полупроводниках, которому лет 50-60, и материалов, известных около двух десятилетий.

Так как статья посвящена светодиодным лампам, то я более подробно остановлюсь на их устройстве. Давно известно, что проводимость освещённого полупроводника выше, чем проводимость неосвещённого (Wiki). Каким-то неведомым образом свет заставляет электроны бегать по материалу с меньшим сопротивлением. Фотон, если его энергия больше ширины запрещённой зоны полупроводника (E g), способен выбить электрон из так называемой валентной зоны и закинуть в зону проводимости.

Схема расположения зон в полупроводнике. E g - запрещённая зона, E F - энергия Ферми, цифрами указано распределение электронов по состояниям при T>0 ()

Усложним задачу. Возьмём два полупроводника с разным типом проводимости и и соединим вместе. Если в случае с одним полупроводником мы просто наблюдали увеличение тока, протекающего через полупроводник, то теперь мы видим, что этот диод (а именно так по-другому называется p-n-переход, возникающий на границе полупроводников с различным типом проводимости) стал мини-источником постоянного тока, причём величина тока будет зависеть от освещённости. Если выключить свет, то эффект пропадёт. Кстати, на этом основан принцип работы солнечных батарей .

Теперь вернёмся к светодиодам. Получается, что можно провернуть и обратное: подключить полупроводник p-типа к плюсу на батарейке, а n-типа - к минусу, и… И ничего не произойдёт, никакого излучения в видимой части спектра не будет, так как наиболее распространенные полупроводниковые материалы (например, кремний и германий) - непрозрачны в видимой области спектра. Всему виной то, что Si или Ge являются не прямозонными полупроводниками . Но есть большой класс материалов, которые обладают полупроводниковыми свойствами и одновременно являются прозрачными. Яркие представители - GaAs (арсенид галия), GaN (нитрид галлия).

Итого, чтобы получить светодиод нам надо всего-то сделать p-n-переход из прозрачного полупроводника. На этом я, пожалуй, остановлюсь, ибо, чем дальше, тем сложнее и не понятнее становится поведение светодиодов.

Позволю себе лишь несколько слов о современных технологиях производства светодиодов. Так называемый активный слой представляет собой очень тонкие 10-15 нм толщиной перемежающиеся слои полупроводников p- и n-типа, которые состоят из таких элементов как In, Ga и Al. Такие слои эпитаксиально выращивают с помощью метода MOCVD (metal-oxide chemical vapor deposition или химическое осаждение из газовой фазы).

Для заинтересованных читателей могу предложить познакомиться с физикой , лежащей в основе работы светодиодов. Помимо этой интересной работы, выполненной в стенах родного МГУ, у Светланы и Оптогана есть прекрасная плеяда научных коллективов в самом Санкт-Петербурге. Например, ФизТех . А ещё можно почитать .

Часть методическая

Все измерения спектров ламп были сделаны в течение 30 минут (т.е. фоновый сигнал менялся слабо) в затемнённой комнате с помощью спектрометра Ocean Optics QE65000. можно почитать об устройстве спектрометра. Помимо 10 зависимостей на каждый вид ламп был измерен темновой спектр, который затем вычитали из спектров лампочек. Все 10 зависимостей для каждого образца суммировались и усреднялись. Дополнительно каждый итоговый спектр был нормирован на 100%.

SEM-изображение отдельных светодиодов на подложке после удаления полимерного слоя

Сам же полимерный слой имеет довольно интересную структуру. Он состоит из маленьких (диаметр ~10 мкм) шариков:

Оптические микрофотографии «изнанки» полимерного слоя

Случайно получилось так, что один разрезанный микротомом диод остался в полимерном слое. Стоит отметить, что сам диод действительно прозрачен и сквозь него видны контакты на другой стороне чипа:

Оптические микрофотографии светодиода с тыльной стороны: отличная прозрачность для такого рода изделий

Полимерный слой настолько прочно приклеен как к самой медной подложке, так и к отдельным чипам, что после его удаления на поверхности диодов всё равно остаётся тонкий слой полимера. Ниже на изображениях, полученных с помощью электронного микроскопа можно во всей красе увидеть «скол» того самого активного слоя диода, в котором электроны «перерождаются» в фотоны:

SEM-изображения светоизлучающего слоя отдельного светодиода (стрелками указано расположение активного слоя)

А вот и текстурированный буферный слой, внимательно присмотритесь к правому нижнему изображению - оно нам ещё пригодится (стрелками указан буферный слой)

После неаккуратного обращения с чипом некоторые контакты повредились, а некоторые остались целыми

И последняя лампа - «СветаLED». Первое, что удивляет, - подложка со светодиодными модулями - внимание! - прикручена на здоровенный болтик к остальной лампе (прям как в Китае делали). Когда разбирал, думал, что может мешать «оторвать» её от остальной лампы, а потом увидел болтик… Кстати, на обороте этой алюминиевой подложки маркером! написан какой-то номер. Такое создаётся ощущение, что на заводе Светланы под Питером работают гастарбайтеры, которые собирают эти лампы вручную. Хотя нет, погодите, ведь лампочки производят военные… …

На заметку: удалось разглядеть, как соединены отдельные чипы в модуле от «Светланы». Последовательно, к моему великому разочарованию. Таким образом, если «перегорит» хотя бы 1 светодиод, то весь модуль перестанет работать.

SEM-изображения светоизлучающего диода от компании Светлана (стрелочками показана активная область). На левом верхнем рисунке добавлено изображение предполагаемых контактов так, как они должны были быть проложены в модуле (4 x3 диода).

1 лампочке. Модуль у «Светланы» имеет размеры 5 на 5 мм, 2 уголка на «крышке» срезаны под 45 градусов и т.д. - многое совпадает со спецификацией «Оптогана». Продолжающийся эффект déjà vu не мучает?! А может просто всё закупается на Тайване?!

И, конечно же, выводы

Готов ли быть патриотом и назвать лампу «отечественного» (например, у «Оптогана» чипы производятся в Германии) производства лучшей по совокупности всех факторов?! Пожалуй, что нет. Честно, светодиодная лампа китайского производства меня приятно порадовала: относительная простота схемы питания диодов, простые материалы, удачное размещение светодиодов на подложке. Проблема с цветовой температурой решаема, а вот единственный минус, который меня как покупателя смущает, это долговечность лампочки из Поднебесной.

Лампы «отечественного» производства, а в особенности, «Оптоган» как всегда «радуют» своей ценой. Я больше, чем уверен, что можно было бы начать с «кустарного» дизайна, дешёвых материалов (стекло вместо поликарбоната) и заполнить нишу бюджетных источников света (вроде как богачей в России не так уж много, или я чего-то не знаю?!). Но даже не это главное, готовых вложить 1000 рублей в лампочку и не думать об их покупке в течение нескольких лет найдётся не мало. Оставим внешнее поразительное сходство между модулями, меня больше заботит другое - сходство между отдельными светодиодными чипами (геометрические размеры, расположение, контакты и т.д.). Такое ощущение, что изготавливали их на оборудовании одной и той же фирмы, только версии этого оборудования отличаются как v.1.0 и v.1.1. Конечно, я понимаю, что самое главное в светодиоде - внутренняя структура активной зоны, но, согласитесь, трудно достать 1 чип размером 160 на 500 мкм (толщина человеческого волоса 50-80 мкм) и сравнить эмиссионные спектры у чипов «Оптогана» и «Светланы».

Тем не менее, если компании «Оптоган» доработает цоколь, уберёт дорогие материалы (поликарбонат), уменьшит размеры, заменит 1 мощный чип на несколько более простых и оптимизирует драйвер (короче, вы поняли - полностью переделает лампу), то у такой лампочки будут все шансы завоевать российский рынок, так как помимо указанных недостатков, есть и масса плюсов таких, как грамотное соединение диодов в модуле, умный «драйвер» и т.д. Спасибо технической документации.

Что же касается «Светланы», то кроме простейшего драйвера, который должен влиять на цену в сторону понижения, расположения светоизлучающих модулей на подложке, плюсов-то практически и нет. Техническая документация мутная, светодиоды соединены последовательно, что при «перегорании» 1 диода выводит целый модуль из строя (т.е. в нашем случае снижает световой поток на 12,5%), размазанная повсюду термопаста - всё это уверенности не добавляет. Но, это был всего лишь прототип, может быть, промышленные образцы будут лучше.

Данная статья не имеет целью очернение или наоборот превознесение продукции одних производителей над другими. Привожу только факты, а уж вывод делать вам! Как говорится, думайте сами, решайте сами…

Видео раздел

Спасибо большое OSRAM, что подготовил столь подробное видео о том, как производит светодиоды (правда, эта компании делает светодиоды по несколько иной технологии, нежели все нами изученные лампочки):

Если есть энтузиасты готовые помочь с написанием русских субтитров - с радостью приму помощь

Процесс переноски светодиодных чипов внутрь пластикового корпуса:

А так на Тайване «фасуют» светодиодные чипы по пластиковым модулями с нанесением красителя и упаковкой в бобины:

P.S. В среду (26.10) начнётся , на нём будет широко представлена компания «Оптоган». Надеюсь, что мой микрофон на пресс-конференции не выключат и мне удастся задать неудобные вопросы… Главное, потом живым выбраться...
P.P.S. В свете последних личных проблем я не уверен, что найду в себе силы доделать начатую работу. А именно расквитаться с flash-памятью и дисплеями (E-Ink и ЖК). Ещё были планы и публикацию по биологическим объектам написать, но видимо и их придётся задвинуть в долгий ящик...

СПАСИБО! Всем за то, что читали и комментировали...

Еще совсем недавно лампы на основе диодов в наших домах были редкостью. Буквально лет пять назад повсеместно рекламировались энергосберегающие люминесцентные светильники, которые казались очень хорошим вариантом освещения для экономии электроэнергии и замены ламп накаливания в быту и на производстве. Были разработаны даже программы перехода на энергосберегающее освещение, причем в масштабе страны. Вплоть до того, что лампы накаливания грозились вот-вот запретить. Помню, примерно в 2011 году, в одной из телепередач демонстрировались различные виды энергосберегающих ламп для дома и были показаны, в том числе, диодные светильники. Но их изготовители объясняли, что такие лампы, хотя и экологичные, но маломощные и очень дорогие, и вряд ли смогут в ближайшее десятилетие конкурировать с люминесцентными энергосберегающими лампами в быту.

Жизнь опровергла этот прогноз. Стремительный прогресс в светодиодном освещении действительно удивляет. Мощность ламп растет, стоимость снижается. Сейчас лампочку на 11 Вт (эквивалент лампы накаливания 75 Вт) можно купить за 100 - 150 руб. При этом срок службы, заявленный для лампы - 50000 часов. Лампы стали по форме неотличимы от привычных ламп накаливания, белый свет может быть холодного и теплого оттенка. Этот новый осветительный прибор теперь есть почти в каждом доме.

Но, как и все новые приборы, светодиодная лампа вызывает вопросы и настороженность. Не принесет ли она вред здоровью, зрению? Какие недостатки, возможно, скрывает производитель, стараясь получить прибыль? Мы опубликовали уже на нашем сайте ряд статей о новых приборах (Вредно ли разогревать пищу в микроволновке? Вред и польза инфракрасного нагревателя . Вред и польза индукционной плиты .) Сейчас очередь бытовой светодиодной лампы.

Прежде всего, небольшое разъяснение о принципе работы светодиодной лампы. Международное название такой лампы LED (light-emitting diode).Стандартный светоизлучающий диод содержит три слоя полупроводниковых материалов. Электрическое напряжение заставляет электроны от анода (n-слоя) и дырки от электрода (p-слоя) двигаться в промежуточный слой, где они рекомбинируют с излучением фотонов. Промежуточный слой представляет собой специальный кристалл с определенной шириной запрещенной зоны. Ширина этой зоны, а также примеси в кристалле определяют цвет излучения. В начале 1960-х созданы первые промышленные образцы светодиодов на основе фосфорида и арсенида галлия, излучающие красный свет, а потом и зеленый. Уже тогда эти устройства были эффективнее обычных ламп накаливания. Применялись они в качестве разнообразных цветовых индикаторов. Однако получить дешевый и яркий синий светодиод долго не удавалось. А без добавления синего цвета, как известно, невозможно получить белый свет, необходимый для освещения домов.

Не удивительно, что нобелевская премия по физике в 2014 году была вручена японским ученым Исаму Акасаки (Isamu Akasaki), Хироси Амано (Hiroshi Amano) и Сюдзи Накамура (Shuji Nakamura) за разработку «принципиально новых экологически чистых источников света», а именно за изобретение синих светодиодов, которые в комбинации с красными и зелеными могут дать прекрасный белый источник света. Главная трудность в изобретении синего светодиода заключалась в поиске хорошего кристалла для промежуточного слоя. Чтобы он излучал синий свет, необходим материал с большой шириной запрещенной зоны. Решение было найдено, когда предложили использовать светодиод с кристаллом из нитрида галлия (GaN) на сапфировой подложке. Промежуточный слой подвергался специальной термообработке и получал примеси не только магния, но и цинка, а потом — и индия. Хотя изобретение японских ученых было сделано еще в середине 90-х годов 20 века, его практическую значимость оценили и стали повсеместно использовать в 21 веке. В 2001 г. была впервые доказана возможность применения в светодиоде кварцевой подложки, вместо сапфировой, что открыло дорогу для производства более дешевых ламп.

Сейчас множество компаний выпускают бытовые светодиодные лампы и светильники. Крупнейшими производителями светодиодов в России и Восточной Европе являются компании «Оптоган» и «Светлана-Оптоэлектроника» (г. Санкт-Петербург).

Рассмотрим сначала преимущества таких ламп. Их не так мало и они довольно убедительны.

1. Высокая световая отдача, достигающая 146 люмен на ватт.
2. Высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие нити накаливания, хрупкого стекла)
3. Длительный срок службы — от 30000 до 100000 часов (при работе 8 часов в день — 34 года). Срок службы лампы сильно зависит от температуры. При эксплуатации при температурах выше комнатных срок службы сокращается.
4. Малая инерционность — включаются сразу на полную яркость, в то время как у ртутно-фосфорных (люминесцентных-экономичных) ламп время включения от 1 с до 1 мин, а яркость увеличивается от 30 % до 100 % за 3-10 минут, в зависимости от температуры окружающей среды.
5. Количество циклов включения-выключения не оказывают существенного влияния на срок службы светодиодов (в отличие от традиционных источников света — ламп накаливания, газоразрядных ламп). Безопасность — не требуются высокие напряжения, низкая температура светодиода или арматуры, обычно не выше 60 °C.
6. Нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.
7. Экологичность — отсутствие ртути и фосфора внутри лампы.

Технология постоянно совершенствуется, для того, чтобы сделать лампы более экологичными, приносящими только пользу нашим глазам. Однако, как и в случае с другими приборами, есть дешевые и дорогие варианты. Производители порой не указывают на коробке всех характеристик. Рассмотрим кратко, какие проблемы могут волновать людей при использовании ламп со светодиодами.

1. Это, прежде всего, спектр излучения. В 2013 Интернет облетела информация о вреде LED-освещения, со ссылкой на исследование испанских ученых из Университета Комплутенсе, которое показало, что свет, который излучают светодиодные лампы, может существенно повредить сетчатку человеческого глаза. Более того, эти повреждения могут быть настолько сильными, что никакие медикаментозные и операционные процедуры уже не смогут помочь. Иногда встречаются заметки о том, что якобы в спектре светодиодных ламп присутствует жесткая синяя и даже ультрафиолетовая составляющая, вредная для наших глаз. Действительно, существуют санитарные нормы УФ облучения сетчатки, которые рекомендуется не превышать. Заметим, что самый сильный источник УФ излучения - это Солнце. Все эксперименты для подтверждения вредности УФ излучения проводились на животных и вредное влияние на сетчатку было отмечено только при длительной облучении очень ярким светом.

На следующем рисунке показан спектр четырех ламп - одной лампы накаливания и трех светодиодных ламп. Рисунок взят из публикации 2011 г. на сайте http://geektimes.ru/post/253792/ .

Самый низкий пик кривой спектра в диапазоне 400-500 нм. - у лампы Оптоган. Поэтому у этой лампы самая низкая цветовая температура, она равна 3050 °С. (Интересно, что стоимость такой лампы была в 2011 г. равна 995 руб.!) Как мы уже говорили, прогресс достигнут огромный. Сейчас уже большинство бытовых осветительных ламп имеют цветовую температуру 2700-3000 К, которая далека от УФ области. И все же, выбирая лампу в магазине, обратите внимание на ее цветовую температуру. Этот параметр всегда есть на коробке.

Что касается выводов, сделанных испанскими учеными, то они относятся к излучению всевозможных экранов на светодиодах, таких как дисплеи всяческих гаджетов, компьютеров, телевизоров и т.д. Ученые доказали, что если долго, без всякой защиты глаз смотреть на такие экраны, то это действительно может привести к постепенным изменениям сетчатки глаза. Поэтому рекомендуется защищать глаза при долгой работе с компьютером специальными очками. Делать частые перерывы. На осветительные приборы мы долго и пристально не смотрим, поэтому вреда от них нет.

2. Мерцание света. Частота мерцания лампы зависит от принципа работы и конструкции. Мерцание света может отрицательно сказываться на здоровье, поэтому здесь тоже есть санитарные нормы. Пульсации светового потока (амплитуда колебания яркости) в жилой комнате или в рабочем офисном помещении не должны быть более 20%. Пульсации света очень характерны для старых люминесцентных ламп. Для хороших светодиодов они минимальны - менее 1%. Хотя есть более дешевые экземпляры ламп с пульсациями более 60%. Этот параметр обычно не указывают в описании на коробке с лампой. Можно посоветовать просто покупать не самые дешевые современные лампы. В них питание идет через специальные драйверы, а не через конденсаторы. В Интернете есть советы, как самостоятельно оценить пульсации света. Предлагается смотреть на лампу через камеру мобильного телефона.

3. Еще одна проблема, связанная со спектром диодной лампы, которая иногда упоминается в Интернете - вред яркого белого цвета на здоровье человека. Имеется в виду уже не влияние на зрение, а влияние на нервную систему, подавление выработки гормона сна - мелатонина. Рекомендуется вечером за пару часов до сна снижать яркость ламп, использовать более теплый свет. В отличие от люминесцентных ламп, некоторые светодиодные лампы, подобно лампам накаливания, поддерживают функцию регулирования яркости с помощью регуляторов мощности «диммеров», это должно указываться производителем на упаковке.

4. Проблема с насекомыми. Они любят яркий свет, причем лампы накаливания их притягивают меньше, чем диодные, в том числе из-за их сильного нагрева. Диодные лампы, которые ярче ламп накаливания и при этом не греются, порой собирают вокруг себя тучи летающих насекомых. Эта проблема особенно актуальна при освещении больших южных городов, где происходит порой «нашествие» разнообразных комаров, мух, цикад.

Светодиодная лампа - одно из самых нужных и важных изобретений нашего времени. Оно не только улучшает качество света в наших домах, а также помогает решить проблему экономии энергии - одну из самых актуальных проблем на Земле.

В идеале для оценки качества спектра излучения лампы необходим спектрофотометр. В крайнем случае можно использовать спектрофотометры для профилирования/калибровки мониторов (например, ColorMunki) - если такое устройство у вас есть. Покупать же спектрофотометры домой для оценки ламп нет никакого смысла, они стоят от сотен до десятков тысяч долларов.

Тем не менее, для нужд геологов и ювелиров выпускают простейшие спектроскопы на основе диффракционной решетки. Их стоимость от 1200 до 2500 руб. И это забавная и полезная штука.

Выглядит спектроскоп так:

В окуляр (слева, где конус) нужно смотреть, при этом объектив (справа) должен быть направлен на источник излучения.

Диффракционная решетка разлагает свет на спектр (как радуга или оптическая призма).

Прежде чем вникать в спектры реальных ламп, напомню общую информацию. (Достаточно подробно это рассмотрено в книге в главе «Качество света»).

Здесь я покажу два спектра СДЛ с исключительно высоким индексом цветопередачи 97:

Холодный свет:

Можно видеть, что цветовая температура 5401 К, индекс 97. Главное же - можно видеть из каких видимых глазами цветов состоит спектр.

Теплый свет:

Температура 3046 К, индекс также 97.

Спектрофотометр - в отличие от спектроскопа - показывает не просто, какие цвета образуют спектр, но и дает их интенсивность. Хорошо видно, что в спектрах обеих ламп есть все цвета, составляющие белый («каждый охотник желает знать где сидит фазан», т.е. красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый). Различие в цветовой температуре достигается за счет относительного вклада холодных (синий-голубой) и теплых (желтый-красный) компонентов.

Вынужден упомянуть о том, что данный спектроскоп предназначен для мобильного использования с помощью глаз. Фиксировать картинку крайне неудобно, поскольку окуляр маленький и устройств для фиксации на камере нет. Поэтому одной рукой нужно удерживать камеру, другой спектроскоп, а голосом управлять съемкой. При этом еще нужно удерживать направление на источник света, небольшие отклонения от нормали приводят к искажению цветов спектра. Из почти десятка разноообразных камер, что есть у меня дома, лучшим оказался планшет «Самсунг». Камера там всего 5 мп, но хороший софт, а размер и положение объектива на корпусе устройства позволяют более-менее удобно пристроить спектроскоп. Баланс белого был зафиксирован как «дневной», ИСО 400. Снимки не обрабатывались, лишь выравнивались и обрезались. Цифры справа обозначают индекс цветопередачи источника (100 - дневной свет в облачную погоду, 99 - лампа накаливания). Качество фотографий меня не очень устраивает - но лучше я сделать не смог.

Итак, начнем сверху вниз и на конкретных примерах попытаемся понять, на что нужно обращать внимание в таких спектрах.

Дневной свет и лампа накаливания: идеальный спектр, в котором представлены все вышеперечисленные цвета.

СДЛ с индексами цветопередачи 87 и 84 также демонстрируют практически полный спектр. Проблемой обычно становится красная часть - если желтого и оранжевого, как правило, достаточно, то глубокие красные оттенки чаще всего отсутствуют. Не видно их и здесь. Также можно предположить (например, по количеству голубого в спектрах), что производители используют разные светодиоды 5736SMD. Т.е. мы имеем дело не с одной и той же лампой, приобретенной у разных продавцов - а с различными производителями.

СДЛ с индексом 78 (ее разбор приведен в главе «Пример оценочного тестирования» в книге) наряду с урезанной красной частью демонстрирует и малое количество голубого. (Может показаться, что в сравнении со спектром лампы с индексом 84 это не так. Но тут нужно вспомнить, что 84 - это теплая лампа, Т=2900. А 78 - холодная, Т=5750 К, там синего по определению намного больше). Именно в этом главные недостатки простых бюджетных СДЛ, которые формируют якобы белый свет за счет синего или пурпурного излучения светодиода и желто-оранжевого света люминофора. Справа от синего лежит голубой - но из описанной комбинации он «не получается». Поэтому в спектре СДЛ там обычно провал. За счет этого (плюс дефицит глубокого красного) и падает индекс цветопередачи.

Самый нижний спектр - это высококачественная компактная люминесцентная лампа (КЛЛ, Т=2700 К, ресурс 12000 часов, заявленный индекс цветопередачи не менее 80). И вот здесь хорошо видно, за счет чего достигается эта формально достаточно высокая величина. Сам производитель называет это «система Tricolor». Т.е. он использует люминофор из 3 компонентов, каждый из которых излучает свет в виде узкой полосы. (Конечно, и такую лампу сделать совсем непросто, т.к. требуется тщательный подбор комбинации люминофоров.) Именно наличие таких вертикальных полос (например, фиолетовая, зеленая, желтая) - признак низкокачественных источников света. Вторым следствием линейчатого спектра источника является физическое отсутствие некоторых цветов в принципе (на рисунке, например, практически нет желтого и очень мало голубого). Очевидно, что свет таких ламп для глаз малополезен несмотря на формально достаточно высокие показатели. Использовать такие лампы нужно в светильниках с качественными рассеивателями (хотя, конечно, спектра лампы это не изменит).

Вывод: в спектрах источников света с высоким индексом цветопередачи должны присутствовать все цвета спектра и отсутствовать интенсивные узкие полосы.

Отдельно хочу предостеречь от поспешности в анализе спектров. По роду деятельности я много общался со спектроскопистами и заметил железную закономерность: чем более квалифицированный и профессиональный специалист - тем более он осторожен и уклончив в своих выводах. От лучшего из них, профессора, заведующего лабораторией спектроскопии вообще в принципе было невозможно добиться внятного заключения (что меня вначале по молодости дико раздражало). Глаз, безусловно, лучший оптический прибор из существующих. Но анализ и интерпретация спектров - бесконечно сложная тема. Там действует огромное количество разных факторов. Поэтому настоятельно рекомендую только простейшую качественную оценку спектров глазами, без попыток хитрых умопостроений и далеко идущих выводов. Лучше всего попеременно смотреть на спектр оцениваемой лампы и на идеальный спектр дневного света или ЛН. Т.е. наглядное сравнение между собой. опубликовано

На сегодняшний день потребитель светодиодного освещения в РФ привык оценивать осветительные приборы со светодиодными источниками света в сравнении с более привычными источниками света, например, с лампами накаливания. Оценка соответствия обычно производится только по одному критерию — яркости получаемого освещения.

Светодиодные лампы представленные на рынке РФ, в основной своей массе, имеют энергоэффективность 80Лм/Вт и выше, что позволяет без потери яркости заменять лампы накаливания и галогенные лампы. Но, при этом мало кто задумывается о потере в качестве «освещения», в то время как фактор качества света даже более важен, чем фактор яркости освещения.

Наиболее часто качество освещения оценивают по пульсациям освещенности от источника света и по спектру излучаемого света.

Подробно вопрос пульсаций освещенности рассмотрен в статье «Пульсации освещенности: какой вред и как себя уберечь» , найти которую вы можете, пройдя по ссылке:

В этой статье будет рассматриваться вопрос качества спектра излучения светодиодов и может ли светодиодное освещение приносить вред.

Наиболее существенным для человека участком оптического спектра является видимый свет.

Границы длин волн видимого излучения согласно ГОСТ Р МЭК 62471-2013 «Лампы и ламповые системы. Светобиологическая безопасность», находятся в диапазоне от 360-400 нм до 760-830 нм. Точных пределов не существует, так как это зависит от мощности достигаемого сетчатки глаза излучения и чувствительности наблюдателя.

Свет в этом диапазоне длин вол улавливается зрительным органом человека — глазом и позволяет получать до 90% информации об окружающем мире.

Основные фоторецепторы сетчатки глаза — нервные клетки, чувствительные к свету, — так называемые «палочки» (различают свет) и «колбочки» (различают цвет и форму предметов). Информация от сетчатки глаза в виде нервных импульсов передается в кору больших полушарий головного мозга. Но свет воспринимается не только палочками и колбочками, но и иными элементами сетчатки, не участвующими в формировании зрительного восприятия. Эти элементы передают энергию света в незрительные отделы головного мозга, которые регулируют нейроэндокринную систему организма, определяют циркадные биоритмы (периоды бодрствования и сна), влияют на общее ощущение бодрости, трудоспособности, что в конечном итоге определяет психологическое состояние человека и влияют на его здоровье.

Прежде всего, освещение влияет на синтез «гормона сна» — мелатонина. Установлено, что незрительные фоторецепторы максимально чувствительны к коротковолновым излучениям видимого света — т.е. к синему и УФ спектру излучения. Под воздействием света происходит подавление активности мелатонина, что провоцирует синтез «гормона стресса» — кортизола.

Снижение уровня гормона мелатонина и увеличение уровня гормона кортизола в крови может привести к следующим последствиям:

1. расстройство сна;
2. снижение как умственной так и физической работоспособности;
3. снижение активности иммунной системы;
4. снижается устойчивость к стрессовым ситуациям;
5. риск возникновения депрессии;
6. риск обострения хронических заболеваний.

Излучение светодиодов белого света представляет собой «сумму» двух излучений: излучение синего светодиода и излучение желтого люминофора, который высвечивает часть световой энергии светодиода. Линейчатый спектр синего светодиода дает ярко выраженную полосу излучения в сине-голубой области спектра 440-460 нм. На рисунке ниже спектр излучения белого светодиода 5000К:

В статье «О биологическом эквиваленте излучения светодиодных и традиционных источников света с цветовой температурой 1800–10000 K» были проанализированы особенности биологического воздействия излучения различных источников света на степень биологической активности по мелатонину в крови человека.

Чем ниже биологический эквивалент, тем ниже воздействие источника света на секрецию гормона мелатонина. По этим результатам можно судить, что компактные люминисцентные лампы и светодиодные лампы с цветовой температурой 2700К и индексом цветопередачи выше 80 имеют даже меньшую активность к мелатонину чем лампы накаливания. Светодиодные лампы с цветовой температурой 3000-3200К имеют чуть большую биологическую активность. А вот любителям холодного цвета свечения не повезло: биологическая активность таких ламп в 2,3 раза превышает активность лампы накаливания.

Помимо подавления активности мелатонина, также существует опасность повреждения сетчатки глаза коротковолновым видимым излучением (длины волн 440-460 нм). Особенно такая опасность касается детских глаз, у которых хрусталик практически вдвое прозрачнее в сине-голубой области спектра, чем у взрослых людей. По результатам исследований наименее опасными для зрения представляются светодиоды с цветовой температурой не выше 4000К, у которых уровень излучения в сине-голубой области спектра не превышают уровень в желто-оранжевой области.

Повреждение сетчатки глаза излучением сине-голубой области спектра — это длительный процесс, результаты которого накапливаются в течение всей жизни. Возможные последствия — медленное необратимое падение зрения.

Способы предотвращения негативного влияния искусственного освещения:

1. Не использовать в помещениях с продолжительным пребыванием людей осветительных приборов со светодиодами с цветовой температурой выше 3000К (лучше 2700К). Индекс цветопередачи должен быть не ниже 80 (лучше Ra>85).
2. Отдавать предпочтение источникам света с матовым рассеивателем, чтобы снизить слепимость от источника света.
3. В детских лучше устанавливать галогенные лампы или лампы накаливания они обеспечивают комфортный непрерывный спектр излучения и высокий индекс цветопередачи — приняты за эталонный источник света.
4. Избегать яркого освещения в конце рабочего дня, это позволит более легко и плавно отойти ко сну. В быту для понижения яркости можно использовать лампы, подходящие для работы с диммером (только они должны быть с качественным источником питания, чтобы не было пульсаций освещенности).
5. Никогда не смотрите на работающую лампу.

Всем здоровых глаз и хорошего самочувствия.

В статье использовались материалы из источников:

1. Б.Ю. Айзенберг – «Справочная книга по светотехнике», 3-е издание, 2006г.
2. ГОСТ Р 62471-2013 «Лампы и ламповые системы.Светобиологическая безопасность», Стандартинформ, 2014.
3. П.П. ЗАК, М.А. ОСТРОВСКИЙ: «Потенциальная опасность освещения светодиодами для глаз детей и подростков», журнал «Светотехника» №3, 2012г.
4. А.В. АЛАДОВ, А.Л. ЗАКГЕЙМ, М.Н. МИЗЕРОВ, А.Е. ЧЕРНЯКОВ: «О биологическом эквиваленте излучения светодиодных и традиционных источников света с цветовой температурой 1800–10000 K», журнал «Светотехника» №3, 2012г.