Спектр света ламп

Спектр излучения светодиодных ламп

Светодиод создает излучение при рекомбинации в полупроводниках дырок и электронов, благодаря чему излучается фотон света. Частоту излучения определяет химический состав полупроводников. Излучение может быть как в невидимом диапазоне (инфракрасном или ультрафиолетовом), так и в видимом (красном, оранжевом, желтом, зеленом, синем, фиолетовом, белом).

Еще одним недостатком светодиодного освещения является то, что генерируемое излучение когерентно, то есть одинаковой частоты и фиксированного сдвига фаз. Нерассеянный свет светодиода обладает определенной «жесткостью», но производители находят выход, применяя рассеиватели на лампах или плафоны в люстрах. Эти меры существенно снижают «жесткость» его излучения.

Следует отметить, что на настоящее время не существует такого кристалла полупроводника, который бы излучал белый свет, хотя белые светодиоды существуют. Белый цвет можно получить двумя способами:

  • Первый способ — это сочетание свечения трех светодиодов: красного, зеленого и синего. Такие светодиоды существуют, но спектр их излучения очень линейчатый, что сказывается на индексе цветопередачи. Они нашли применение больше в светодиодных дисплеях, где интенсивностью свечения определенного цвета можно регулировать цвет пикселя дисплея. В освещении такие комбинированные светодиоды используются мало.
  • Второй способ – это использовать эффект фотолюминесценции. При облучении специальных веществ – люминофоров, они переизлучают свет, только уже в другом диапазоне. Этот эффект давно используют в люминесцентных лампах, когда ультрафиолетовое свечение газового разряда преобразуют люминофоры, нанесенные на внутреннюю поверхность колбы лампы. И от качества люминофора зависит спектр. В белых светодиодах используются излучатели синего, фиолетового или ультрафиолетового диапазона и люминофор, отвечающий за свет в нужном диапазоне, нужной цветовой температуры и нужным индексом цветопередачи.

Именно от качества и количества люминофора в белых светодиодах зависит спектральный состав, цветовая температура и индекс цветопередачи. Используется комбинирование люминофоров, чем они качественнее и чем больше их, тем богаче спектр, но и тем дороже лампа. И развитие светодиодного освещения происходит параллельно с развитием применения разных люминофоров

Естественно, в излучении белых светодиодов присутствует или синяя, или фиолетовая, или ультрафиолетовая составляющая спектра, несущая в себе определенный вред, поэтому надо соблюдать определенные методы предосторожности, описанные ранее

Любые источники искусственного света имеют тепловое излучение, в том числе и светодиодные лампы. Но если в лампах накаливания свечение спирали происходит за счет высокой температуры спирали, то у светодиодов происходит практически прямое преобразование электрического тока в световую энергию. Естественно, что ток вызывает нагрев кристалла полупроводника, но необходимость его охлаждения больше вызвана в потребности сохранить его свойства и продлить срок службы, так как уже при температурах 60—80°C происходит ускоренная деградация полупроводника.

Любое нагретое тело, как известно из курса физики, излучает инфракрасные лучи, но в случае со светодиодными лампами оно пренебрежимо мало по сравнению с лампами накаливания. Именно поэтому светодиодное освещения сейчас заменяет освещение телевизионных студий и сценических площадок, где ранее использовались галогенные и металлгалогенные лампы.

Влияние светодиодных ламп на здоровье человека

  • Экономичность. Это самый главный плюс led-ламп. По сравнению с обычными лампами, экономическая эффективность этих достигает 3-5 раз. В условиях все дорожающей электроэнергии экономия становится весьма ощутимой.
  • Долговечность. Если срок работы обычной лампы накаливания составляет порядка 1000 часов, то светодиодная лампа прослужит порядка 30000 часов.
  • Безопасность. При производстве led-ламп не используются вредные компоненты, как при производстве других видов электроламп, например, ртуть. Кроме того, внешняя оболочка лампы является не стеклом, как кажется на первый взгляд, а тонким, прозрачным пластиком. Поэтому, даже если она и разобьется, то не окажет вреда для здоровья окружающим людям.

Минусы

  • Влияние на глаза. Использующийся при работе светодиодной лампы источник УФ-излучения может нанести вред зрению человека. Лампы, произведенные по современной технологии, сводят этот риск к минимуму. Но некоторые производители, ради экономии средств, могут использовать устаревшие технологии, которые повышают фактор риска.
  • Пульсация света. При работе любой лампы от электрической сети возникают вспышки света с определенной частотой. Благодаря инерции человеческого зрения, мы эти вспышки обычно не замечаем. Но если технологии производства нарушены, то пульсация лампы может стать заметной и доставить психический дискомфорт.

Пульсация светодиодной лампы

В условиях повышения тарифов на электроэнергию, большинство владельцев частных домов и квартир заменили лампы накаливания на светодиодные. Данная проблема вызвала массу споров на тему «вредны ли светодиодные лампы для здоровья человека»? Не секрет, что такую продукцию используют во многих государственных и общественных заведениях, устанавливают на лестничных площадках. Чтобы разобраться в вопросе безопасности, нужно углубиться в строение и механику действия ламп.

В настоящее время светодиодные лампы считаются наиболее перспективным способом осуществить искусственное освещение помещений. Они потребляют мало энергии, не содержат ртути. Постепенно светодиоды вытесняют даже компактные люминесцентные лампы. Однако некоторые люди задаются вопросом о том, как же воздействуют светодиодные лампы на зрение человека.

Исследования показали, что главный недостаток светодиодов, используемых при освещении, в высокой интенсивности волнового излучения с большим показателем энергии фиолетового и синего спектра, которые вредят зрительной системе. Эксперименты, которые провели испанские ученые, показали, что вред такого воздействия может быть непоправимым.

Предлагаем ознакомиться  Разновидности дримиопсиса и уход в домашних условиях

От светодиодного освещения повреждается сетчатка человеческого глаза. Научно доказано, что именно синий цвет негативно сказывается на зрении. Травмы, производимые таким излучением, традиционно делятся на фототермические, фотохимические и фотомеханические. Последние создают эффект ударной световой волны. Фототермические возникают в результате местного повышения температуры. Фотохимические травмы проявляются из-за изменения макромолекул в структуре.

Немаловажную роль в работе зрительной системы играют клетки пигментного эпителия сетчатки. Их нарушение чревато проблемами со зрением. В некоторых случаях может даже развиться слепота. Под воздействием светодиодного освещения количество погибших клеток эпителия увеличивается, а вот рост новых подавляется.

Синий свет снижает число этих клеток. Белый и зеленый же имеют высокую фототоксичность. Красный свет значительного эффекта не имеет. Но использовать в течение суток освещение, где красный спектр преобладает, тоже неверно. Более продуктивной работе способствует коротковолновое излучение, имеющее синий спектр.

Никакое искусственное освещение не сможет заменить солнечный свет

Поэтому каждому человеку важно периодически находиться при солнечном ярком свете на улице. Для баланса кортизола в организме нужно ежедневно гулять по улице при дневном свете не менее двадцати минут в день — для взрослых, и не менее двух часов — для детей

Существуют определенные стандарты, классифицирующие источники освещения согласно их фототоксичности, то есть от ультрафиолетового и до инфракрасного излучения. Стандартно выделяют четыре группы риска воздействия на зрение человека:

  • нулевая (отсутствие риска);
  • первая группа (низкий риск);
  • вторая (риск умеренный);
  • третья (высокий риск).

Согласно этому стандарту синий светодиод, имеющий интенсивность выше 15 Вт, относят к третьей группе. Если же интенсивность света — 0,07 Вт, то риск низкий.

Светодиодное освещение, применяемое для повседневного использования, классифицируют как вторую (умеренную) группу риска. Традиционные источники освещения при этом принадлежат к группе с низким риском или вовсе его отсутствием.

Спектр света ламп

Невзирая на широкий перечень достоинств светодиодных ламп, большинство ученых советует избегать применение светодиодного освещения, в особенности перед сном или просто в темное время суток. Современные исследования выявили связь между влиянием света ночью и возникновением рака простаты или молочной железы, болезней сердца, диабета, ожирения.

Светодиоды подавляют секрецию мелатонина, то есть гормона, влияющего на цикл ночи и дня. Однако освещение является «опасным», лишь если оно подвергается воздействию тогда, когда человек находится в темноте. То есть немаловажную роль играет продолжительность и интенсивность работы светодиодных ламп.

Свет любого спектра подавляет секрецию мелатонина, однако синий это делает в максимальной степени. Поэтому целесообразно использовать тусклое освещение с красным спектром, не смотреть за два-три часа до сна на яркий экран, работая в ночное время с электронными устройствами, использовать специальные очки, которые блокируют синий спектр. Это поможет не нарушить режим ночи и дня и сохранить зрение на прежнем уровне.

Коллективом ученых из Израиля, США и Италии было проведено исследование влияния различных искусственных источников света на выработку важного гормона – мелатонина, который вырабатывается у человека и высших животных в эпифизе. Этот гормон отвечает за периодичность сна, кровяное давление, участвует в работе клеток головного мозга

Учеными за образец был принят свет натриевых ламп высокого давления, имеющих теплый желтый цвет. Было выяснено, что галогенные лампы, имеющие более высокую цветовую температуру, подавляет секрецию мелатонина в три раза. При исследовании замечено, что угнетение секреции происходит в пять раз сильнее, при одинаковой мощности натриевых и светодиодных ламп.

Оказалось, что такое пагубное воздействие больше всего оказывает именно яркий свет синего спектра. Итальянский физик Фабио Фалчи утверждает, что воздействие любого мощного источника света в вечернее время, когда организм должен готовиться ко сну, противопоказано и особенно люминесцентных и светодиодных ламп, в спектре которых есть синяя и фиолетовая составляющая спектра.

Учеными был дан ряд рекомендаций:

  • Для освещения спален лучше применять лампы накаливания.
  • Не смотреть на любые яркие источники света за 2-3 часа перед сном.
  • При работе за компьютером в темное время суток применять специальные очки, которые блокируют синий спектр ламп.
  • В качестве ночной подсветки лучше применять освещение красного цвета.
  • Использовать только качественные светодиодные лампы известных производителей, имеющие цветовую температуру «теплого» белого цвета и высокий индекс цветопередачи.
  • Использовать люстры и светильники, специально предназначенные для светодиодных ламп. Об этом подробнее в этой статье.

Ученые выяснили, что вредное воздействие на органы зрения оказывает не все излучение светодиода в целом, а только синяя и фиолетовая составляющая спектра, имеющее наименьшую длину волны и соответственно большую частоту и большую энергию. Испанские ученые, проводившие такие исследования, опубликовали свои отзывы в журнале Seguridad y Medio Ambiente. Основными результатами этой исследовательской работы являются следующие утверждения:

  • Светодиодные источники света могут нанести непоправимый вред здоровью человека и животных, воздействуя на сетчатку глаза.
  • Вред наносит коротковолновый синий и фиолетовый свет.
  • Излучение наносит сетчатке глаза травмы трех типов: фотомеханические (ударная энергия волны световой энергии), фототермические (при облучении происходит нагревание ткани клетчатки) и фотохимические (фотоны света могут вызывать химические изменения в макромолекулах).
  • Зеленый и белый свет имеет гораздо меньшую фототоксичность, а при воздействии на сетчатку красным светом каких-либо негативных изменений не обнаружено.
Предлагаем ознакомиться  Редька с медом от кашля: как приготовить и как принимать ребенку или взрослому

Но это правило безопасности можно отнести и к другим источникам яркого света: лампам накаливания и люминесцентным лампам. Таким образом, вред энергосберегающих ламп для глаз состоит в негативном воздействии на сетчатку глаза. Однако большинство ведущих производителей снабжают лампы рассеивателями, либо хорошие люстры имеют плафоны, которые дают мягкий рассеянный свет, польза которого намного выше.

При изготовлении светодиодов, также как и любых других изделий, их параметры имеют определенные отклонения от номинальных значений, это относится и к цветовой температуре. Допустимые отклонения регламентируются стандартами, например, стандарт цветности C78.377A, разработанный Американским национальным институтом стандартов (ANSI) (таблица 2), определяет 8 номинальных значений цветовой температуры. Светодиоды, цвет которых соответствует указанному номинальному значению Тцв и цветовому диапазону, соответствуют стандарту.

Таблица 2. Стандарт ANSI C78.377A для Тцв

Стандарт ANSI C78.377A для Тцв

Номинальная Тцв, К Диапазон Тцв, К
2700 2725±145
3000 3045±175
3500 3465±245
4000 3985±275
4500 4503±243
5000 5028±283
5700 5665±355
6500 6530±510

Разница в цвете для светодиодов, соответствующих стандарту хорошо заметна, поэтому на практике производители разбивают каждый диапазон на несколько бинов (подклассов).

Одной из основных задач производителей светотехники является такое деление светодиодов на бины, которое сводит к минимуму различие цветов между отдельными осветительными приборами или между партиями такой продукции.

Негативные факторы

Спектр света ламп

Существует комплекс негативных воздействий на человеческий организм, причиной которых являются светодиодные осветительные приборы.

Корпуса светодиодных ламп выполняются из экологически безопасных материалов — качественного пластика и стали. В устройствах высокой мощности радиатор производится из сплава алюминия. В отличие от люминесцентных ламп, в светодиодных изделиях не используются колбы с газом.

В данном случае значение имеет так называемая цветовая температура — показатель интенсивности излучения источника света. Чем выше температурный показатель, тем сильнее излучение в синем и голубом спектре. Для глазной сетчатки наиболее опасен слишком сильный синий свет, под воздействием которого она начинает деградировать. Холодный белый свет несет опасность для детей, поскольку структура их глаз еще недостаточно развита и возможно получение травмы.

Чтобы уменьшить раздражающее воздействие света, рекомендуется «разбавлять» свет от LED-источников лампами накаливания небольшой мощности (до 60 Вт). Также можно задействовать светодиодные устройства, дающие теплый белый свет. Такие световые источники (без повышенного коэффициента пульсации) не причиняют вреда здоровью.

Уровень цветовой температуры указывается на упаковке товара. Температурная норма находится в пределах 2500-3200 К.

Мерцание

Вред светодиодных ламп может выражаться в их мерцании с определенной частотой. Поражающее влияние на психику человека оказывают частоты в диапазоне 8-300 Гц. Причем такие мерцания незаметны и, тем не менее, могут отрицательно влиять на нервную систему.

Необходимо, однако, заметить, что в качественной продукции выходное напряжение драйвера тщательно фильтруется, в результате чего переменная составляющая сводится на нет. Так удается снизить уровень пульсаций до менее чем 1 %. Если в лампу вмонтирован импульсный блок питания, то коэффициент пульсаций может доходить до 10 %, не причиняя вреда человеку.

За качество сна, его ритм и периодичность, отвечает гормон под названием мелатонин. Также мелатонин стабилизирует окислительные процессы на безопасном уровне, что замедляет процессы старения. У здорового человека этот гормон достигает максимальной концентрации с наступлением темного времени суток. В результате появляется желание поспать.

Исходя из вышесказанного, рекомендуется избегать слишком яркого освещения светодиодными источниками. Прежде всего, следует ограничить такой тип освещения в детских комнатах и спальнях.

Вред светодиодных ламп, связанный с электромагнитным излучением, считается преувеличенным. Высокочастотные импульсы действительно ухудшают сигналы радиоаппаратуры и Wi-Fi приемников, находящихся поблизости. Однако для человеческого организма LED-лампы значительно менее ощутимы по сравнению с мобильными телефонами или микроволновыми печами.

Чтобы получить ответ на вопрос о вреде ультрафиолета и инфракрасных лучей, необходимо провести анализ двух вариантов получения белого светодиодного света. В первом случае в корпус помещаются три кристалла — белый, красный и зеленый. Эксперимент показывает, что длина волн не покидает пределов видимого спектра, а значит, светодиоды не создают поток света в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах.

Второй вариант предусматривает получение белого света нанесением люминофора на синий светодиод. В результате смешения белого потока, создаваемого люминофором, и желтого — от светодиода – получаются разнообразные оттенки белого. Результаты опыта показывают очень незначительное ультрафиолетовое излучение, безопасное для человеческого организма.

Восприятие человеком цветовой температуры в зависимости от освещенности.

От выбора правильной цветовой температуры источников зависит, как будет эмоционально влиять на человека окружающее пространство, восприниматься внешний вид объектов и их цвета. Большое значение имеет то, что разные источники света ассоциируются с определенной обстановкой. Например, теплый свет свечи оказывает расслабляющее действие, белое освещение ламп дневного света создает рабочую атмосферу, холодное освещение создает больший контраст, применяется при необходимости работ с высоким цветоразличением.

Предлагаем ознакомиться  Реставрация мебели декупаж своими руками

Существует нормативный документ, в котором содержатся рекомендации по подбору цветовой температуры в помещении различного назначения: СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение». В нем, в частности, для жилых помещений рекомендуется теплый свет, в помещениях, где выполняется зрительная работа – дневной 3000-4000К, в помещениях с высокими требованиями к цветоразличению более холодный свет до 5000-6000К.

Также там упоминается, что при большом количестве в освещаемом пространстве зеленых и синих объектов следует применять источники с цветовой температурой более 4000К, с большим количеством красных и желтых цветов – не более 3500К. Конечно, когда создавался данный нормативный документ применение светодиодных источников света было весьма ограничено, тем не менее, содержащаяся там информация может быть полезна и при их выборе.

Например, осветительные диоды холодного света содержат большую долю синей части спектра, т.е. подчеркивают синие цвета, а в светодиодах теплого белого света синяя составляющая подавляется большим количеством желтого люминофора. Кроме этого, нужно учитывать индекс цветопередачи светодиодных источников, т.к. он не всегда на высоте в отличие от галогенных ламп, например, а только у отдельных более дорогих моделей.

Таблица 3. Эффект, атмосфера и область применения в зависимости от цветовой температуры

Эффект, атмосфера и область применения в зависимости от цветовой температуры

Цветовая
температура
Теплый свет
2700 К
Белый свет
3000 К
Нейтральный
3500 К
Холодный свет
4100 К
Дневной свет
5000-6500 К
Эффекты и атмосфера Теплая
Уютная
Открытая
Дружеская
Интимная
Индивидуальная
Дружеская
Располагающая
Безопасная
Ясная
Чистая
Продуктивная
Яркая
Тревожная
Подчеркивающая цвета
Области применения Рестораны
Вестибюли гостиниц
Бутики
Жилы помещения
Библиотеки
Офисные помещения
Магазины
Выставочные залы
Книжные магазины
Офисные помещения
Офисные помещения
Классные комнаты
Супермаркеты
Больницы
Галереи
Музеи
Ювелирные магазины
Помещения для медицинских осмотров

Исследования зависимости между освещенностью и цветовой температурой проводились Круитхофом (Kruithof). Эмпирическим путем им был составлен график – кривая комфорта Круитхофа – на котором определены области высоких и низких уровней освещенности для различных цветовых температур, являющиеся наиболее комфортными для наблюдателей. Цветовая температура, находящаяся в диапазоне комфорта, воспринимается как «белый» свет.

Именно по этой причине свет неба воспринимается человеком как комфортный белый свет, хотя источник с такой же цветовой температурой в помещении будет явно отдавать синевой: освещенность неба очень высока по сравнению с любым искусственным источником.

Кривая комфорта (номограмма) Круитхофа.

Если Вам понадобиться помощь или консультация в выборе светодиодных источников света, Вы можете обратиться к нашим специалистам по телефону горячей линии 8 (800) 700-80-91. Звонок бесплатный по всей территории Российской Федерации.

Или позвоните нам в один клик прямо с сайта (кнопка расположена справа вверху).

Присутствие вредных элементов

Минусы

Как уже было сказано выше, светодиодные лампы не содержат опасную ртуть, но в 2010 в научном журнале Environmental Science and Technology были опубликованы данные, указывающие на присутствие в некоторых LED-осветительных устройствах других веществ высокой степени вредности. В этот раз опасность обнаружили в красных светодиодах, которые часто применяются в разнообразных технических устройствах, начиная от новогодних гирлянд и заканчивая автомобильными фарами.

Спектр света ламп

Группа учёных из Университета Калифорнии под предводительством профессора Оладеле Огунсейтана (Oladele Ogunseitan) нашла в таких осветительных устройствах значительные концентрации мышьяка, свинца и нескольких других опасных веществ. Помимо того, что они являются известными нейротоксинами, при длительном воздействии на организм эти компоненты могут спровоцировать образование злокачественных опухолей.

Также было обнаружено, что некоторые производители при создании современных белых LED-ламп применяют никель, могущий вызвать сильную аллергическую реакцию. И самой «безопасной» на этом фоне выглядит медь, которая хоть и не наносит прямой вред организму человека, однако может спровоцировать локальную экологическую катастрофу, если такие устройства будут утилизированы вблизи рек или озёр.

Конечно, концентрация этих веществ в одной лампе не опасна для человека, но 10,50,100 разбитых «грязных» светодиодов скорее всего приведут к токсическому отравлению. Особенно актуальна эта проблема для дорожных рабочих, которым нередко приходиться убирать разбитые фары или ламы уличного/дорожного освещения.

При этом стоит отметить, что в большинстве случае такие «добавки» необходимы лишь для удешевления процесса производства. Поэтому при правильном законодательном регулировании с этой негативной тенденцией вполне можно бороться, сделав экономичное LED-освещение значительно безопаснее.

Технология светодиодов является действительно важным технологическим прорывом. И, как и любое новое открытие, оно может наряду с явными преимуществами таить в себе скрытые угрозы. Но на основании уже существующих данных можно сделать вывод, что безопасность LED-устройств во многом зависит от производителя, и качественная светодиодная лампа не намного опаснее традиционной лампы накаливания.

Светодиодные лампы только недавно стали покорять быт людей, поэтому споры об их пользе или вреде пока не утихли. Чтобы разобраться в этом вопросе, проводилось множество масштабных исследований, а их результаты порой были диаметрально противоположными. Поэтому, давайте попробуем собрать воедино всю информацию и сделать выводы.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector