Светодиодные лампы – польза или вред?

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.