Спектр излучения белых светодиодов

Светодиоды — инновационный прорыв или скрытая угроза | LED лампы

Спектр излучения белых светодиодов

В наши дни традиционная лампа накаливания конструкции Эдисона-Лодыгина практически уступила место люминесцентным и галогенным лампам, многоцветным и люминофорным светодиодам. Во многих странах приняты законы, стимулирующие использование современных энергосберегающих источников света. Например, был введён запрет на импорт, выпуск и реализацию ламп накаливания мощностью 100 Вт и более. Изменилась элементная база и во всех видах устройств с ЖК-экранами. На смену микрофлуоресцентным лампам в подсветке экрана также пришли светодиоды.

Новомодные LED-светильники, ЖК-телевизоры, мониторы и гаджеты со светодиодной подсветкой экрана, оказывается, не так безобидны, как могло бы показаться на первый взгляд.

Частью потребителей была замечена разница в комфорте световой среды, создаваемой традиционными лампами накаливания и высокотехнологичными источниками света. Пребывание в среде с современным искусственным освещением иногда стало приводить к снижению производительности труда, к повышенной утомляемости и даже к заболеваниям.

Проблемы со здоровьем появились из-за того, что источники света новых поколений были разработаны и начали производиться в то время, когда промышленные стандарты безопасности ещё не стали нормой. Из-за особенности конструкции современных источников света спектр их излучения заметно отличается от спектра естественного дневного света и от света ламп накаливания (рис. 1), хотя субъективно свет от всех источников воспринимается как белый.

Светодиоды и конструктивные особенности

Пик синего цвета в спектре светодиодов обусловлен их конструкцией:
фактически это диоды, испускающие поток синего света, проходящего через жёлтый люминофор, поглощающий синий свет. Человек воспринимает такой свет как белый. Максимум мощности излучения у светодиодов белого света приходится на синюю часть спектра (400-490 нм).

Вредные части светового спектра

Кроме видимого света в глаз человека попадает и невидимое излучение, находящееся за краями радуги: ультрафиолетовое (УФ) и инфракрасное (ИК). Какие диапазоны спектра опасны для глаз?
Прежде всего, это сильное излучение в любой части спектра (рис. 2).

Роговица и хрусталик глаза поглощает большую часть УФ-излучения, проходящего сквозь атмосферу Земли. Избыток УФ-лучей может вызывать воспаление тканей глаза, временную слепоту (снежная слепота) и даже катаракту (помутнение хрусталика). Катаракту может вызывать и длительное интенсивное ИК-излучение (катаракта сталеваров, стеклодувов).

Но выяснилось, что и в видимой части спектра имеется опасный для здоровья глаз диапазон излучения-синий свет.

Эксперименты показали, что воздействие синего света в диапазоне 400-460 нм является максимально опасным – оно приводит к фотохимическому повреждению клеток сетчатки глаза и их гибели. Синий свет в диапазоне 470-490 нм может быть менее вредным для глаз. На (рис.З) видно, что и флуоресцентные лампы также излучают свет во вредоносном диапазоне, но интенсивность излучения его в 2-3 меньше, чем у светодиодов белого света.

Со временем люминофор в светодиодах белого света деградирует, и интенсивность синего света увеличивается. То же происходит и в электронных гаджетах: чем старее экран или монитор со светодиодной подсветкой, тем интенсивное в нем излучение синей части спектра.

Повреждающему воздействию синей части спектра более всего подвержены дети в возрасте до 10 лет (из-за лучшей оптической прозрачности структур глаза) и пожилые люди старше 60 лет (из-за накопления в клетках сетчатки пигмента липофусцина, активно поглощающего свет «синего» спектра, который вызывает гибель клеток).

Повреждающее воздействие синего света обусловлено фотохимическими механизмами: он вызывает накопление в клетках сетчатки пигмента липофусцина (с возрастом его все больше) в виде гранул. Гранулы липофусцина интенсивно поглощают синий свет, в результате чего образуется много свободных кислородных радикалов (активная форма кислорода), повреждающих структуры клеток сетчатки, вызывая их гибель.

Читайте также  Светодиод для уличного прожектора

Кроме повреждающего действия синий свет длиной волны 460 нм, излучаемый светодиодами белого света и флуоресцентными (люминесцентными) лампами способен влиять на синтез фотопигмента меланопсина, регулирующего ритмы и механизмы сна за счет подавления активности гормона мелатонина.

рис.3 Спектр излучения дневного солнечного света и различных искусственных источников света.

Откуда такая информация

Опасность синей части спектра видимого излучения светодиодов белого света подтверждена экспериментами над животными (белых крыс и макака-резус). Различные группы животных помещали в среды, освещаемые светодиодами различной цветовой температуры. Помещения с контрольными группами животных имели освещение либо естественное, либо лампами накаливания.

После эксперимента изучали состояние клеток сетчатки глаз в различные сроки. Даже 24 часов пребывания в среде со светодиодным освещением было достаточно для повреждения и гибели части клеток сетчатки глаз. Сильнее всего пострадали глаза у животных в помещениях с освещением синим и холодным белым светом.

В группах с теплым белым светом наблюдались менее выраженные повреждения глаз.

Французское агентство по продовольственной, экологической и профессиональной безопасности и здоровью (ANSES) в 2010 году опубликовало доклад «Светодиодные системы освещения: последствия для здоровья, с которыми стоит считаться». В нём говорится: «Синий свет… признан вредным и опасным для сетчатки глаза за счёт вызываемого им клеточного окислительного стресса». Синяя часть спектра светодиодного света вызывает фотохимическое повреждение глаз, степень которого зависит от накопленной дозы синего света, в результате совокупности интенсивности освещения и длительности его воздействия.

Научная комиссия Евросоюза по новым и вновь выявленным рискам для здоровья (ЅСЕNІНR) также опубликовала в 2012 году свое мнение по опасности для здоровья светодиодного освещения. Она подтвердила, что синяя часть спектра светодиодного света вызывает фотохимические повреждения клеток сетчатки глаза как при интенсивном кратковременном воздействии (часы), так и при длительном воздействии излучения низкой интенсивности.

Выводы

Исходя из спектрального состава излучения, наиболее безопасными для здоровья человека источниками света являются традиционные лампы накаливания и некоторые галогенные лампы. Их рекомендуется использовать в спальнях, в детских и для освещения рабочих мест.

Для снижения уровня ультрафиолетового облучения рекомендуется отказаться от использования флуоресцентных (люминесцентных) ламп. Либо использовать флуоресцентные лампы с двойной оболочкой или установленные за полимерными рассеивателями. Нельзя пользоваться люминесцентными лампами на расстоянии ближе, чем 20 см до тела человека.

Для снижения повреждения сетчатки излучением в синей части спектра, характерного для светодиодов холодного белого света, следует использовать для освещения источники света другого типа либо использовать светодиоды теплого белого света. При работе в ночное время при искусственном освещении светодиодами или флуоресцентными лампами, рекомендуется использовать очки, блокирующие синий спектр светового излучения.

При использовании устройств с ЖК-экранами, имеющими светодиодную подсветку, рекомендуется сокращать время работы с ними, давать отдых глазам каждые 20 минут работы. Лучше избегать работы в ночное время и заканчивать её как минимум за два часа до сна. В настройке цветовой температуры мониторов и экранов следует отдавать предпочтение теплой цветовой гамме. При работе в темное время суток рекомендуется носить очки, блокирующие синий спектр светового излучения.

Список литературы:

  1. Heflth Effects of Artificial Light Scientific Committee on Emerging and Newly identified Health Risks (SCENIHR) 2012.
  2. Systemes d`eclairage utilisant des diodes electroluminescentes: des effets sanitaires a prendre en comte. ANSES 2010.
  3. Gianluca T.Effects of blue light on the circadian system and eye physiology Mol Vis 2016; 22; 61-72.
  4. Lougheed T.Hidden blue hazard? LED lighting and retinal damage in rats. Environ Health Perspect, 20104 Vol.122; A81.
  5. Yu-Man Sh.et al. White Light-Emitting Diodes (LEDs) at Domestic Lighting Levels and Retinal Injury in a Rat Model Environ Health Perspect, 2014. Vol.122.
  6. Good G.Light and Eye Damage. American optometric association, 2014.

Из доклада А.Демкина. Врач, научный сотрудник ВМедА им С.М. Кирова

Читайте также  Светодиод индикатор сети 220 вольт

Источник: https://remont-plus.com.ua/2017/11/03/svetodiody/

Спектр излучения белых светодиодов

Спектр излучения белых светодиодов

Массовое появление светодиодных ламп на прилавках хозяйственных магазинов, визуально напоминающих лампу накаливания (цоколь Е14, Е27), привело к появлению дополнительных вопросов среди населения о целесообразности их применения.

Рекламодатели заявляют о небывалых энергетических показателях, рабочем ресурсе в несколько десятков лет и мощнейшем световом потоке инновационных источников света. Исследовательские центры, в свою очередь, выдвигают теории и преподносят факты, свидетельствующие о вреде светодиодных ламп.

Как далеко шагнули осветительные технологии, и что скрывает обратная сторона медали под названием «светодиодное освещение»?

Что правда, а что вымысел?

Несколько лет использования светодиодных ламп позволило учёным сделать первые выводы об их истинной эффективности и безопасности. Оказалось, что такие яркие источники света, как светодиодные лампы также имеют свои «тёмные стороны».

Негатива добавили китайские коллеги, которые, в очередной раз, наводнили рынок некачественной продукцией.

Какому освещению отдать предпочтение, чтобы в погоне за энергоэффективностью не ухудшить зрение? В поисках компромиссного решения придётся ближе познакомиться со светодиодными лампами.

В конструкции имеются вредные вещества

Чтобы убедиться в экологичности светодиодной лампы, достаточно вспомнить из каких деталей она состоит. Её корпус выполнен из пластика и стального цоколя. В мощных образцах по окружности расположен радиатор из алюминиевого сплава.

Под колбой закреплена печатная плата со светоизлучающими диодами и радиокомпоненты драйвера. В отличие от энергосберегающих люминесцентных ламп колбу со светодиодами не герметизируют и не заполняют газом.

По наличию вредных веществ, светодиодные лампы можно занести в одну категорию с большинством электронных устройств без аккумуляторов. Безопасная эксплуатация – существенный плюс инновационных источников света.

Белый светодиодный свет вредит зрению

Отправляясь за покупкой LED-ламп, нужно обращать внимание на цветовую температуру. Чем она выше, тем больше интенсивность излучения в синем и голубом спектре. Сетчатка глаза наиболее чувствительна к синему свету, который в течение длительного повторяющегося воздействия приводит к её деградации. Особенно вреден холодный белый свет для детских глаз, структура которых находится в стадии развития.

Чтобы снизить раздражение органов зрения в светильники с двумя и более патронами рекомендуется включать лампы накаливания малой мощности (40–60 Вт), а также использовать светодиодные лампы, излучающие тёплый белый свет.

Применение подобных светильников без высокого коэффициента пульсации не наносит вреда и одобрено министерством здравоохранения РФ.

Цветовая температура (Тс) указывается на упаковке и должна быть в пределах 2700–3200 К Российские производители Оптоган и SvetaLed рекомендуют приобретать осветительные приборы теплых тонов, т. к. их спектр излучения наиболее похож на солнечный свет.

Сильно мерцают

Вред пульсаций от любого искусственного источника света давно доказан. Мерцания частотой от 8 до 300 Гц отрицательно влияют на нервную систему. Как видимые, так и невидимые пульсации проникают через органы зрения в головной мозг и способствуют ухудшению здоровья. Светодиодные лампы не стали исключением. Однако, не всё так плохо.

Если выходное напряжение драйвера дополнительно проходит качественную фильтрацию, избавляясь от переменной составляющей, то величина пульсаций не превысит 1%.Коэффициент пульсаций (Кп) ламп, в которые встроен импульсный блок питания, не превышает 10%, что удовлетворяет санитарным нормам, действующим на территории РФ.

Цена прибора освещения с высококачественным драйвером не может быть низкой, а её производитель должен быть известным брендом.

Подавляют секрецию мелатонина

Мелатонин – гормон, отвечающий за периодичность сна и регулирующий суточный ритм. В здоровом организме его концентрация увеличивается с наступлением темноты и вызывает сонливость. Работая в ночное время, человек подвержен воздействию различных вредных факторов, в том числе и освещения. В результате неоднократных исследований доказано негативное воздействие светодиодного света в ночное время на зрение человека.

Поэтому с наступлением темноты следует избегать яркого светодиодного излучения, особенно в спальных комнатах. Отсутствие сна после длительного просмотра телевизора (монитора) со светодиодной подсветкой также объясняется снижением выработки мелатонина. Систематическое воздействие синего спектра в ночное время провоцирует бессонницу. Кроме регуляции сна мелатонин нейтрализует окислительные процессы, а значит, замедляет старение.

Читайте также  Освещение на складе светодиодами

Для светодиодных ламп не имеется стандартов

Данное утверждение является частично ошибочным. Дело в том, что светодиодное освещение ещё развивается, а значит, обретает новые плюсы и минусы. Индивидуального стандарта для него не существует, но оно включено в ряд действующих нормативных документов, предусматривающих влияние искусственного освещения на человека. Например, ГОСТ Р МЭК 62471–2013 «Светобиологическая безопасность ламп и ламповых систем».

В нём подробно описаны условия и методики измерений параметров ламп, включая светодиодные, приведены формулы для расчёта предельных значений опасного облучения. Согласно МЭК 62471–2013 все лампы непрерывной волны классифицируют по четырём группам опасности для глаз.

Определение группы риска для конкретного типа ламп проводят экспериментально на основании замеров опасного УФ и ИК излучения, опасного синего света, а также теплового воздействия на сетчатку глаза.

СП 52.13330.2011 устанавливает нормативные требования ко всем видам освещения. В разделе «Искусственное освещение» светодиодным лампам и модулям уделено должное внимание.

Их рабочие параметры не должны выходить за рамки допустимых значений, предусмотренных настоящим сводом правил. Например, п.7.

4 указывает на применение в качестве источников искусственного освещения ламп с цветовой температурой 2400–6800 К и максимально допустимым УФ-излучением 0,03 Вт/м2. Кроме этого, нормируется значение коэффициента пульсаций, освещённости и световой отдачи.

Излучают много света в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне

Чтобы разобраться с данным утверждением, нужно проанализировать два способа получения белого света на базе светодиодов. Первый способ предполагает размещение в одном корпусе трёх кристаллов – синего, зеленого и красного. Излучаемая ими длина волны не выходит за пределы видимого спектра. Следовательно, такие светодиоды не генерируют световой поток в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне.

Чтобы получить белый свет вторым способом на поверхность синего светодиода наносят люминофор, который формирует световой поток с преобладающим желтым спектром. В результате их смешения можно получить разные оттенки белого. Присутствие УФ излучения в данной технологии ничтожно и безопасно для человека.

Интенсивность ИК излучения в начале длинноволнового диапазона не превышает 15%, что несоизмеримо мало с аналогичным значением для лампы накаливания. Рассуждения о нанесении люминофора на ультрафиолетовый светодиод вместо синего небезосновательны. Но, пока, получение белого света таким методом является дорогостоящим, имеет низкий КПД и много технологических проблем.

Поэтому до промышленных масштабов белые лампы на УФ светодиодах ещё не дошли.

Имеют вредное электромагнитное излучение

Высокочастотный модуль драйвера является самым мощным источником электромагнитного излучения в LED-лампе.

Испускаемые драйвером ВЧ импульсы, могут влиять на работу и ухудшать передаваемый сигнал радиоприёмников, WIFI передатчиков, расположенных в непосредственной близости.

Но вред от электромагнитного потока светодиодной лампы для человека на несколько порядков меньше вреда от мобильного телефона, СВЧ печи или WIFI роутера. Поэтому влиянием электромагнитного излучения от LED ламп с импульсным драйвером можно пренебречь.

Дешёвые китайские лампочки безвредны для здоровья

Частично ответ на это утверждение уже дан выше. Относительно китайских светодиодных ламп принято считать: дешево – значит некачественно. И к сожалению, это действительно так. Анализируя товар в магазинах, можно отметить, что все LED лампы стоимостью менее 200 рублей за штуку имеют некачественный модуль преобразования напряжения.

Внутри таких ламп вместо драйвера ставят бестрансформаторный блок питания (БП) с полярным конденсатором для нейтрализации переменной составляющей. Из-за малой ёмкости с возложенной функцией конденсатор справляется лишь частично. Как следствие – коэффициент пульсаций может достигать до 60%, что может негативно повлиять на зрение и здоровье человека в целом. Минимизировать вред от таких светодиодных ламп можно двумя способами.

Первый предусматривает замену электролита на аналог ёмкостью около 470 мкФ (если позволит свободное пространство внутри корпуса). Такие лампы можно будет использовать в коридоре, туалете и прочих комнатах с низким зрительным напряжением. Второй – более дорогостоящий и предполагает замену некачественного БП на драйвер с импульсным преобразователем.

Источник: https://1000eletric.com/spektr-izlucheniya-belyh-svetodiodov/