Комнатным растениям не всегда хватает света в домашних условиях. Без этого их развитие будет замедленным или неправильным. Чтобы этого избежать, можно установить светодиоды для растений. Именно такая лампа способна дать необходимый спектр цвета. широко распространены для освещения теплиц, оранжерей, в садах закрытого типа и аквариумах. Они хорошо заменяют солнечный свет, не требуют больших затрат и имеют большой срок службы.

Фотосинтез растений - это процесс, который проходит при достаточном освещении. Также правильному развитию растений, способствуют следующие факторы: окружающая температура, влажность, спектр освещённости, длительность дня и ночи, достаточность углерода.

Определение достаточности света

Если решено установить светильники для растений, то сделать это нужно максимально правильно. Для этого нужно определиться с тем, каким именно растениям не хватает луча, а каким он будет излишним. Если проектируется освещение в теплице, то надо предусмотреть зоны с разным спектром. Дальше следует определить количество самих светодиодов. Профессионалы это делают специальным прибором - люксметром. Своими силами произвести расчёт тоже можно. Но придётся немного покопаться и спроектировать нужную модель.

Если проект делается для теплицы, есть одно универсальное правило для всех видов источников света. Когда высота подвеса увеличивается, то освещённость уменьшается.

Светодиоды

Спектр цветового излучения имеет большое значение. Оптимальным решением будут являться красные и синие светодиоды для растений в пропорции два к одному. Сколько ватт будет иметь устройство, не имеет большого значения.

Но чаще применяют одноваттные. Если будет необходимость устанавливать диоды самостоятельно, то лучше приобрести готовые ленты. Закрепить их можно с помощью клея, кнопок или винтов. Всё зависит от предусмотренных отверстий. Производителей такой продукции очень много, лучше выбирать известного, а не безликого продавца, который не сможет дать гарантии на своё изделие.

Длина световых волн

Спектр естественного солнечного света содержит и синий, и красный цвет. Они позволяют растениям развивать массу, расти и плодоносить. При облучении только синим спектром с длиной волны 450 нм, представитель флоры будет низкорослым. Такое растение не сможет похвалиться большой зелёной массой. Плодоносить оно также будет плохо. При поглощении красного диапазона с длиной волн 620 нм оно будет развивать корни, хорошо цвести и давать плоды.

Плюсы светодиодов

При освещении растения оно проходит весь путь: от ростка до плодов. Одновременно за это время при работе люминесцентного прибора произойдёт только цветение. Светодиоды для растений не нагреваются, поэтому нет необходимости в частом проветривании помещения. Кроме того, отсутствует возможность теплового перегрева представителей флоры.

Незаменимы такие светильники для выращивания рассады. Направленность спектра излучения способствует тому, что побеги крепнут за короткое время. Плюсом является и низкое потребление электроэнергии. Светодиоды уступают только Но они в десять раз экономнее Светодиоды для растений служат до 10 лет. - от 3 до 5 лет. Установив такие светильники, долгое время не придётся беспокоиться об их замене. Такие лампы не имеют в своём составе вредных веществ. Несмотря на это, их применение в теплицах очень предпочтительно. Рынок на сегодняшний день представляет большое количество разнообразных конструкций подобных светильников: их можно подвесить, укрепить на стене или потолке.

Минусы

Для увеличения интенсивности излучения, светодиоды собирают в большую конструкцию. Это является недостатком только для маленьких помещений. В крупных теплицах это несущественно. Недостатком можно считать высокую стоимость по сравнению с аналогами - люминесцентными лампами. Разница может достигать восьмикратного значения. Но диоды себя окупят после нескольких лет службы. На них можно значительно экономить электроэнергию. Снижение свечения наблюдается по истечении гарантийного срока. При большой площади теплицы нужно больше точек освещения по сравнению с другими видами ламп.

Радиатор для светильника

Необходимо, чтобы от устройства отводилось тепло. Лучше это сделает радиатор, который изготовлен из алюминиевого профиля или стального листа. Меньших трудозатрат потребует использование П-образного готового профиля. Рассчитать площадь радиатора несложно. Она должна быть не меньше 20 см 2 на 1 Ватт. После того как подобраны все материалы, можно собрать всё в одну цепь. Светодиоды для роста растений лучше чередовать по цветам. Таким образом, получится равномерное освещение.

Фитосветодиод

Такая новейшая разработка, как фитосветодиод, способна заменить обычные аналоги, светящие только в одном цвете. Новый аппарат в одном чипе собрал в себе необходимый спектр светодиодов для растений. Он нужен для всех этапов роста. Самая простая фитолампа обычно состоит из блока со светодиодами и вентилятора. Последний, в свою очередь, может регулироваться по высоте.

Лампы дневного света

Люминесцентные лампы долгое время оставались на пике популярности в бытовых садах и огородах. Но такие светильники для растений не подходят по цветовому спектру. Их всё больше заменяют фитосветодиодные или люминесцентные лампы специального назначения.

Натриевый

Такой сильный по насыщенности свет, как у натриевого аппарата, не подойдёт для размещения в квартире. Его применение целесообразно в больших теплицах, садах и оранжереях, в которых производится освещение растений. Минусом таких ламп является их малая производительность. Они две трети энергии преобразовывают в тепло и лишь малая часть идёт на световое излучение. Кроме того, красный спектр такой лампы интенсивнее, чем синий.

Делаем устройство самостоятельно

Самый простой способ изготовить лампу для растений - воспользоваться лентой, на которой расположены светодиоды. Нужна она красного и синего спектров. Они будут подключаться к блоку питания. Последний можно приобрести там же, где и ленты, - в строительном магазине. Также необходимо крепление - панель, размером с площадь освещения.

Изготовление начинать следует с очищения панели. Далее, можно приклеить диодную ленту. Для этого надо удалить защитную плёнку и липкой стороной приклеить к панели. Если придётся резать ленту, то её куски можно соединить при помощи паяльника.

Светодиоды для растений не нуждаются в дополнительной вентиляции. Но если само помещение мало проветривается, то целесообразно установить ленту на металлический профиль (например, из алюминия). Режимы освещения для цветов в комнате могут быть такими:

• для растущих далеко от окна, в затенённом месте достаточно будет 1000-3000 лк;
• для растений, что нуждаются в рассеянном свете, значение будет составлять до 4000 лк;
• представители флоры, которые нуждаются в прямом освещении, - до 6000 лк;
• для тропических и тех, которые плодоносят, - до 12 000 лк.

При желании видеть комнатные растения в здоровом и красивом виде, надо тщательно удовлетворять их потребность в освещённости. Итак, мы выяснили преимущества и недостатки для растений, а также спектр их лучей.

Нас приучают к экономии электроэнергии. Изымаются из обращения лампы накаливания, их место постепенно занимают источники света, потребляющие меньшую мощность при излучении того же светового потока. Казалось бы, использование компактных люминесцентных (КЛЛ) и светодиодных ламп несет очевидную пользу, раз их продвижение на рынке формируется на государственном уровне. Вопрос о целесообразности применения КЛЛ вызывает небезосновательные споры, но есть ли вред от светодиодных ламп?

На сегодняшний день светодиодная лампочка – самый экономичный источник света, обладающий рядом неоспоримых преимуществ перед КЛЛ:

• отсутствие в конструкции хрупких деталей (стеклянной колбы);
• мгновенное зажигание;
• нет нитей накала, являющихся слабым узлом КЛЛ, наиболее часто выходящим из строя;
• перспективы развития, возможность встраивания светодиодов в любые устройства из-за их небольших габаритов;
• низкий потребляемый ток делает экономически целесообразной возможность работы светодиодных источников света от аккумуляторов.

И самое главное – в отличие от КЛЛ светодиодные лампы не содержат в себе вредных веществ. А следовательно, не требуют утилизации, так как не загрязняют окружающую среду. Внутри колбы КЛЛ содержится небольшое количество ртути. А вредны ли светодиодные лампы для здоровья?

История создания светодиодов

Явление излучения света твердотельным диодом первым обнаружил Генри Раунд, британский экспериментатор. Независимо от него прототип светодиода был получен в 1927 году советским ученым Олегом Владимировичем Лосевым. Работу первого светодиода красного цвета, пригодного для промышленного изготовления, продемонстрировал американский изобретатель Ник Холоньяк в 1962 году.

Но светодиоды далеко не сразу стали использовать для освещения. Этому препятствовал их монохромный спектр излучения.

Принципиально конструкция светодиода мало отличается от обычного диода. В нем также используются свойства p-n-перехода, возникающего на границе соприкосновения полупроводниковых кристаллов разной проводимости. Но, при добавлении определенных добавок в эти кристаллы, при рекомбинации электронов и дырок излучается квант света. Длина волны излучения (то есть, его цвет) зависит от материала этих добавок. Они подбирались экспериментально, поэтому эволюция цвета излучения этих приборов затянулась на годы.

Вслед за изобретением красного светодиода в разное время были изобретены приборы с желтым, зеленым, оранжевым и инфракрасным светом излучения. Но пока их стоимость была относительно высокой, а интенсивность излучения позволяла использовать только для индикаторных приборов или в устройствах управления на ИК-лучах.

Серьезным шагом на пути к светодиодным лампам стало изобретение синего светодиода японскими учеными в 1990 году, удостоенных за это Нобелевской премии. Прибор обладал несомненным преимуществом – он был дешев. До светодиодных источников света оставалось совсем немного.

Принципы свечения светодиодных ламп

Из чего состоит солнечный свет? Это можно увидеть на примере радуги. В ней видимые цветовые составляющие излучения нашего светила различимы невооруженным глазом.

Светодиод не может заменить свет солнца, так как его свечение эквивалентно лишь небольшой части спектра солнечного излучения. Но с изобретением синего светодиода такое стало возможным. Есть два способа, с помощью которых решают эту задачу.

Вспомним принцип работы люминесцентной лампы или КЛЛ. В ней ультрафиолетовое излучение преобразуется в видимый свет с помощью люминофора, покрывающего внутреннюю стенку колбы. Были изобретены люминофоры, реагирующие не только на ультрафиолетовый, но и на синий цвет. Осталось покрыть ими поверхность светодиода – и лампа почти готова.

Второй способ основан на смешении цветов, когда две светящиеся точки разного цвета воспринимаются глазом как излучение совершенно другого оттенка. На этом принципе работают все телевизионные трубки и мониторы. Это оказалось возможным и при использовании светодиодов. Полупроводниковые кристаллы, излучающие красный, зеленый и синий цвета с одинаковой интенсивностью и помещенные близко друг к другу, воспринимаются глазом как источник белого света.

Но этот способ не так уж и прост. Точно получить нужный оттенок в промышленных масштабах — сложная задача. Поэтому метод смешения используется в основном в устройствах с изменяемым пользователем цветом свечения. С помощью излучения красного, зеленого и синего цвета можно получить любой цвет свечения, существующий в природе.

Питание светодиодных ламп

Но светодиод – это еще не лампа. Напряжение сетей электропитания – 220 В. А напряжение, нужное светодиоду для работы — единицы вольт. Мало того, при небольшом его увеличении относительно номинальной величины ток через прибор возрастает многократно. Поэтому для включения светодиодной лампы в сеть потребовалось применить специальное устройство – драйвер.

Лампа состоит из нескольких светодиодов, соединенных последовательно. Драйвер обеспечивает такое напряжение питания этой цепочки, чтобы ток через нее был номинальным. Но при этом переменное напряжение сети выпрямляется, становится постоянным.

Казалось бы, зачем, ведь светодиод как и диод обычный и так пропускает ток только в одном направлении? Но если заставить его работать от переменного напряжения, свет от лампы будет пульсировать в такт с напряжением сети – с частотой 50 Гц. А теперь мы все ближе и ближе подходим к влиянию светодиодных ламп на зрение.

Откуда берутся пульсации света?

Источники света, работающие от сети 50 Гц, пульсируют все, но каждый по-своему.

Пульсации от лампы накаливания сглаживаются из-за того, что ее нить имеет тепловую инерцию. Она не успевает остыть между полупериодами питающего напряжения.

Люминесцентные лампы с обычным дросселем и лампы ДРЛ четко пульсируют с частотой сети. Избавиться от этого можно, запитав соседние лампы от разных фаз сети или сдвинув между ними фазу напряжения при помощи конденсатора.

Пульсации от источников света, имеющие источники питания с преобразованием переменного тока в постоянный, теоретически имеют минимум пульсаций. Это:

• люминесцентные лампы с полупроводниковыми ПРА (ЭПРА);
• компактные люминесцентные лампы;
• светодиодные лампы.

Но радоваться рано: от их пульсаций владелец экономичного источника света вовсе не застрахован. Светодиодные лампы – самый дорогой продукт. И тут в действие вступают законы рынка: больше покупают товары, цена которых ниже. А себе в убыток производители работать не станут.

Удешевление светодиодных ламп возможно только за счет уменьшения количества электронных компонентов в схеме драйвера. За сглаживание пульсаций отвечает электролитический конденсатор, фильтрующий выпрямленное напряжение. С удешевлением драйвера его емкость уменьшается. Может устанавливаться конденсатор худшего качества, очень быстро теряющий свои свойства при работе. А еще он может и вовсе отсутствовать.

Понять, что лампа излучает пульсирующий свет, при ее покупке и в эксплуатации невозможно. Для этого нужны специальные приборы, которые есть даже не во всех СЭС.

Влияние пульсаций на здоровье

А вредны ли пульсирующие светодиодные лампы для здоровья? Да, пульсации света негативно сказываются на самочувствии людей. Они приводят к повышенной утомляемости, воздействуя на фоторецепторные элементы сетчатки. Мы этого не ощущаем, но наши органы зрения пытаются скорректировать полученное изображение так, чтобы оно воспринималось равномерно освещенным, без пульсаций. Естественно, что решать эту задачу в течение длительного времени им непросто, в итоге при постоянном воздействии такого освещения зрение неизбежно начнет ухудшаться.

Этот факт доказан и отечественными, и зарубежными исследователями. Особенно опасно воздействие пульсаций на детский организм, у которого органы зрения еще развиваются и формируются. Наиболее подвержены влиянию этого вредного фактора подростки в возрасте 13-14 лет.

Цветовая температура

Ощущаемый глазом цвет свечения источников света характеризуют параметром, называемый цветовой температурой. Значения этого параметра и из обозначения перекочевали к светодиодным лампам от люминесцентных и КЛЛ, в конструкции которых тоже есть люминофор. Цветовой оттенок источников света тоже влияет на здоровье человека.

Теплый свет почти эквивалентен свету от лампы накаливания. Человеческий организм инстинктивно считает его похожим на свет от солнца во время восхода, и настраивается на активную деятельность. Лампочки именно такого, желтоватого цвета свечения рекомендуются для жилых помещений, они создают ощущение уюта.

Но многие люди все-таки предпочитают использовать лампы белого цвета. Теплый свет мрачноват и создает ощущение нехватки освещенности.

В спектре холодного и дневного света начинается преобладание синих оттенков. Визуально кажется, что осветительные приборы, снабженные такими лампочками, светят ярче.

Но в быту применять лампочки холодного и белого света не рекомендуется. Синий цвет характерен для сумерек, наступающих после заката солнца. Поэтому и настраивает человеческий организм соответствующим образом, готовя ко сну. Длительная работа при освещении с соответствующей цветовой температурой приводит к повешенной утомляемости, потере концентрации. Поэтому эти лампы советуют использовать только для наружного и декоративного освещения.

Что нам скажет медицина?

Вред светодиодных ламп синего спектра излучения изучался и продолжает исследоваться учеными. Отрицательное воздействие его на сетчатку глаза уже доказано.

К примеру, испанские ученые проводили эксперименты с двумя группами одинаковых клеток сетчатки, выращенными в лабораторных условиях в питательной среде. Одна группа, контрольная, не подвергалась излучению и находилась в комфортных для развития условиях. Другую подвергали облучению светодиодами разных спектров свечения. Затем определяли и сравнивали количество погибших клеток в тестовых группах.

Наибольший процент гибели клеток наблюдался при облучении синими светодиодами. Хотя источники света с другими цветовыми температурами вызывали тот же эффект, но в меньшей степени.

Однако сами ученые сделали вывод, что эксперименты нужно продолжать для получения более конкретных данных. Из чего следует сделать вывод, что окончательного заключения, приносят ли светодиодные лампы вред, пока нет. Ведь лабораторные исследования не учитывают тот факт, что клетки сетчатки способны к регенерации. Нужны четкие рекомендации: сколько времени в течение суток человек может находиться и работать под воздействием светодиодного излечения, а сколько – находиться на улице при естественном освещении или спать.

Медики, наблюдающие за учащимися в школьных учреждениях, отмечают снижение зрения у подростков. Но эти данные тоже нельзя четко связать с воздействием освещения, особенно светодиодного. Не стоит забывать, что подавляющее большинство учащихся все свое свободное время проводят за компьютерами. И световое воздействие от их мониторов вполне может оказаться более губительным для зрения, чем освещение школьного класса.

Светодиодные лампочки – относительно молодой вид осветительных приборов. Статистики по воздействию света от них на здоровье глаз накоплено пока недостаточно, а результатов исследований пока мало. Да и качество лампочек, как уже отмечалось, не всегда высокое.

Поэтому в 2010 году вышли дополнения к «Санитарным правилам и нормам», касающихся искусственного и совмещенного освещения. Вот дополнения, коснувшиеся светодиодного освещения:

• цветовая температура используемых для освещения ламп 2400˚К — 6800˚К;
• ультрафиолетовое излучение в спектре длин волн 320-400 нм не должно превышать 0,03 Вт/м 2 ;
• светильники, в которых применяются светодиодные лампочки, должны исключать прямое попадание света на сетчатку глаза (для исключения такого явления, как ослепление);
• в детских и образовательных учреждениях рекомендуется использовать лампы накаливания и люминесцентные источники света.

Про светодиодные лампы в школах – ни слова. И никак не оговорен тот факт, что люминесцентные лампы создают пульсации светового потока, с которыми требуется серьезная борьба. Полностью лишены этого недостатка только лампы с полупроводниковыми ПРА, выпускаемые серьезными фирмами. Но кто будет покупать в школу дорогое электрооборудование?

) 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...

Технический прогресс шагает семимильными шагами. Всё новые и новые технологии прочно входят в жизнедеятельность людей. Кто бы мог подумать, что лет тридцать – сорок тому назад, дома не нужно будет покупать лампы накаливания, имеющие вольфрамовые нити в своей основе.

О достоинствах LED-светильников (от англ. Light-Emitting Diode) уже сказано много. Это малая потребляемая мощность, длительный срок эксплуатации, безопасность и экологическая чистота. Стоит подробней изучить вопрос, вредно ли светодиодное освещение? Может быть это миф? А если это реальность, как это влияет на здоровье человека, и может ли организм противостоять нежелательным факторам.

Первые светодиоды созданы ещё в 20-х годах прошлого века, но применение началось в 1962 году. А настоящий бум начался в последние годы. Некоторые считают, что за ними будущее.

Устройство светодиодной лампы

Светодиодная лампа включает в себя полусферический рассеиватель, светодиоды на основе чипов, теплопроводящую печатную плату, драйвер, обеспечивающий бесперебойную работу, полимерное основание, которое служит для защиты от пробоя и латунный цоколь с покрытием из никеля, создающий соединение с патроном

В качестве освещения чаще используются белые светодиоды. Есть предположения, что на смену лампочкам вскоре придёт подобное LED – освещение. Так за последние годы возросший спрос увеличил предложение, светоотдача повысилась в 1,5 раза, а цена упала в три раза. Наша промышленность начала производство светодиодных ламп, используя новейшие технологии. Внешне они уже мало чем отличаются от традиционных «лампочек Ильича», но принцип действия совершенно иной.

Вредное воздействие ламп и возможности его уменьшения

Цветовое воздействие

В чём же может заключаться вред светодиодных ламп. Для зрения не очень хорошей составляющей является интенсивность излучения в синем спектре. Доказано, что синие тона негативно действуют на сетчатку. А находящиеся на этапе развития детские глаза подвержены влиянию . Чтобы уменьшить влияние светодиодных лампочек на органы зрения, есть рекомендация, «разбавлять» их маломощными лампами накаливания (около 60 Вт), то есть не использовать чисто LED – освещение, а делать его комбинированным, а также предпочитать использование тёплых тонов.

Обычно цветовую температуру указывают на упаковке. Наиболее приятным для восприятия глаз считается жёлтый оттенок. Это соответствует 2700 К. Чем выше этот показатель, тем холоднее оттенок. Но находиться целый день в помещении с преобладанием ламп красного спектра — тоже неверный метод выбора осветительной системы. Излучение синего спектра благоприятствует эффективной работе. При нём концентрируется внимание, поэтому в производственных и учебных помещениях лучше использовать светильники холодных тонов.

Важно помнить, что никогда не заменит естественное. Поэтому в течение светового дня обязательно надо бывать на улице, особенно в солнечную погоду. Чтобы поддерживать уровень кортизола, взрослым людям необходимо пребывать на улице в дневное время 30-40 мин. в сутки. Детям для профилактики близорукости нужно гулять 2-3 часа в день.

Пульсации и их влияние на органы зрения

Доказан также вред пульсаций, который есть у источников искусственного освещения. Мерцания даже бывают невидимые глазом, но они действуют на головной мозг и ЦНС, что приводит к ухудшению самочувствия. Влияние не исключение. Но в лампах надежных производителей выходное напряжение драйвера имеет хорошую фильтрацию. В результате переменная составляющая сводится к минимуму, и величина пульсаций менее 1%. Поэтому выбирая качественные товары, предпочтение лучше отдать проверенным фирмам, чтобы снизить вред от светодиодных ламп. Дешёвым китайским подделкам не место в квартире.

Электромагнитное воздействие

Вредны ли светодиодные лампы с точки зрения магнитного излучения? Ответ однозначен. Импульсы от высокочастотного драйвера могут давать помехи ухудшить работу радиоприёмников, телевизоров, которые находятся вблизи, но на человека не может нанести существенного влияния.

Мобильный телефон, микроволновая печь или роутер опасней на порядок выше, поэтому ничтожно малым излучением драйвера стоит пренебречь.

УФ и ИК излучения

Следует развеять миф о том, что существует большое инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Изучив внимательно спектральный анализ, а также технологию изготовления, можно прийти к выводу, что вредное влияние нежелательных лучей не выходит за пределы нужного диапазона. Исследования показали, что в этом случае они мизерны и неопасны.

Гормональное воздействие

Есть рекомендации ограничить светодиодное освещение перед сном, так как свет негативно влияет на секрецию гормона, под названием мелатонин. Нарушения его выработки приводит к ухудшению общего состояния, слабости, заболеваниям внутренних органов вплоть до онкологических.

Особенно опасным является синий свет. Чтобы не было нарушений режима и сбоя организма следует в спальную комнату устанавливать неяркое освещение тёплых тонов.

Как исправить дешёвый модуль низкого качества

Следует обратить внимание, что в дешёвых лампах китайского происхождения ставят модуль преобразования напряжения низкого качества. Вместо драйвера там ставится бестрансформаторный блок питания с конденсатором, имеющим полярность. Он служит для сведения к нулю переменной составляющей. Но малая ёмкость не позволяет справиться с задачей стопроцентно, и выполняет свою функцию не в полной мере. Коээффициент пульсации при этом может быть 60%. Качество света снижается, может резко ухудшить зрение и повлиять на безопасность здоровья.

Специалисты советуют заменить данный тип конденсатора на аналогичный, имеющий ёмкость 470 мкФ, если позволяют габариты корпуса лампы.

Вывод

Всё вышесказанное о вреде и пользе светодиодов позволяет сделать вывод, что страх перед негативным воздействием является необоснованным, и все слухи о вреде явно преувеличены. Однако, при выборе типа освещения следует внимательно изучить ассортимент и принять во внимание цветовую температуру. Для освещения квартир следует приобретать светильники с величиной Т=3000 К, для спальных комнат от 2500 до 3000 К с преобладанием тёплых тонов. Переходить к лампочкам подобного типа или придерживаться традиционных ламп дневного света — это индивидуальное желание каждого человека. Взвешивая все за и против, отдавая предпочтение тому или иному виду световых источников, следует помнить, что некоторые учёные требуют ужесточить нормы по применению ярких источник, например, для белого светодиода. Использование лампочек соответствующего всем стандартам качества — прежде всего залог хорошего зрения. Не нужно экономить на своём здоровье, покупая дешёвую продукцию.

И в заключении ещё одно дополнение: в некоторых типах светодиодов, которые используются в ёлочных гирляндах, автомобильных фарах, содержится свинец и мышьяк, очень вредные как для человека, так и для окружающей среды. Но, всё- таки LED- лампы более экономичны и менее опасны, чем все известные ранее виды светильников. Загрязнение от них намного меньше, чем от ртутьсодержащих люминесцентных ламп, а световая отдача выше, чем у лампочек накаливания. Эта информация наводит на размышления и даёт повод тщательно подходить к выбору светодиодного освещения.

Наиболее перспективными для применения в различных видах освещения являются светодиодные лампы. Они стремительно завоевывают рынок и ученые пророчат, что в недалеком будущем большинство произведенных ламп будут именно светодиодными. Это легко объяснимо тем, что такие лампы потребляют при равном световом потоке существенно меньше электроэнергии, имеют огромный срок службы.

Главным недостатком этих ламп является высокая цена, но с каждым годом открывается масса производств, рынок наводняется светодиодными источниками света и цена становится все ниже, что на руку потребителям. Подробнее о характеристиках светодиодных ламп читайте .

Однако, не все так безоблачно в сфере внедрения светодиодных ламп. Помимо множества их сторонников, находятся и ярые противники, которые говорят о вреде таких источников света. И, надо сказать, что не все их аргументы беспочвенны. Поэтому стоит пристальнее рассмотреть вопрос о вреде светодиодных ламп и выяснить, что является реальностью, а что мифом.

Почему светодиодный свет может быть вреден для зрения?

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.

Результаты исследования говорят о том, что смотреть на яркую светодиодную лампу противопоказано.

Влияние светодиодной лампы на глаза

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.

Классификация освещения по степени риска

Для оценки безопасности светового излучения видимого спектра был принят международный стандарт EN 62471 , который называется «Фотобиологическая безопасность ламп и ламповых систем». В соответствии с этим стандартом, выделяются четыре группы риска, в которых указывается максимальное время воздействия освещения от исследуемого источника света .

• Нулевая группа риска (отсутствие риска). Воздействие излучения от таких источников света может производиться 10000 секунд и более.
• Первая группа риска (низкий риск). Максимальное время воздействия может быть от 100 до 10000 секунд.
• Вторая группа риска (умеренный риск). Максимальное время воздействия светильников этой группы возможно от 0,25 до 100 секунд.
• Третья группа риска (высокий риск). Время воздействия не должно превышать 0,25 секунды.

Исследование степени рисков освещения светодиодами

Было проведено исследование на основе этого стандарта. Профессор Института здоровья и медицинских исследований Франсин Бехар-Коэн возглавила группу ученых, которые в результате исследований пришли к некоторым важным выводам, сделав свои отзывы о вреде и пользе светодиодных ламп:

• Светодиод синего свечения мощностью 15 Вт и более можно отнести к третьей группе риска.
• Синий светодиод мощностью 0,07 Вт относится к первой группе риска.
• По сравнению с традиционными лампами накаливания, относящихся к нулевой или первой группе риска, светодиодное освещение можно отнести ко второй группе.
• При равной цветовой температуре, в излучении белых светодиодов на 20% больше опасной синей составляющей спектра.

Светодиодные лампы и подавление секреции мелатонина

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.

Мелатонин является мощным антиоксидантом, он замедляет процесс старения, активизирует иммунную систему.

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.

Конструкция светодиодной лампы

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.

• 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 .

Мерцание ламп и его влияние на зрение

Известно, что , работающие в наших сетях переменного тока 220 В, 50 Гц мерцают с частотой 100 Гц. Энергосберегающие лампы, оснащенные обычными балластами, также мерцают с такой же частотой, а у ламп, имеющих электронные балласты – , мерцание может происходить с меньшей частотой. Инертность человеческого глаза не позволяет увидеть пульсацию в свечении ламп, но как показали исследования, мозг человека воспринимает пульсации вплоть до частоты в 300 Гц. Эти колебания энергосберегающих ламп наносят вред психике человека, изменяют гормональный фон, снижают работоспособность, повышают утомляемость, меняют естественные суточные ритмы.

Излучение светодиода происходит при протекании через него постоянного тока, а переменное сетевое напряжение преобразует в постоянное специальная схема – драйвер, которым оснащены все лампы. Правда большинство драйверов преобразует переменное сетевое напряжение не в постоянный ток, а в серию импульсов постоянного тока. Так, во-первых, проще реализовать схему, а, во-вторых, делает возможным диммирование ламп, то есть изменение яркости путем изменения скважности импульсов. Как выбрать диммер, читайте . В качественных лампах известных производителей частота следования импульсов более 300 Гц, что практически сводит к нулю пульсацию освещения такими лампами.

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).

Излучение светодиода происходит в очень узком диапазоне, поэтому спектр такого излучения линейчатый, что негативно влияет на параметры цветопередачи.

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.

Спектр излучения светодиодов

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 , 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.

Тепловое излучение светодиодных ламп

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.

Белые яркие светодиоды обязательно снабжают радиаторами для охлаждения, но само тепловое излучение от таких ламп очень мало по сравнению с лампами накаливания.

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.

Электромагнитное излучение светодиодных ламп

Драйвера светодиодных ламп представляют собой электронную схему, генерирующей импульсы высокой частоты, поэтому при работе этих устройств создаются электромагнитные помехи, способные нарушить работу некоторых электронных приборов: FM-приемников, телевизоров и других устройств. Поэтому минимальная дистанция от лампы до другого прибора должна составлять не менее 40 сантиметров.

Сравнение разных типов светодиодных ламп

Какие светодиодные лампы можно покупать для дома

Исходя из всего вышеизложенного, можно сделать определенные выводы про уместность применения светодиодных ламп.

• Светодиодные лампы по показателям энергосбережения, световой отдачи являются самыми эффективными источниками света, имеющими перспективы повсеместного внедрения.
• Все искусственные источники света большой мощности могут оказать негативное влияние на здоровье человека, прежде всего своим воздействием на сетчатку глаза. При соблюдении простых мер безопасности светодиодные лампы не оказывают пагубного влияния.
• При покупке светодиодных ламп следует доверять только известным мировым брендам, а покупка должна быть сделана только у добросовестных продавцов.
• Для дома лучше применять лампы со световой температурой 2700-3200 K (теплый белый). Индекс цветопередачи должен быть не менее 80 CRI.
• Применение более прогрессивных люминофоров при производстве белых светодиодов будет только повышать характеристики светодиодных ламп, в том числе и их безопасность.

Вконтакте