Опасность светодиодных 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

Влияние светодиодных ламп на здоровье человека

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.

Говоря о влияние этого типа освещения на организм, необходимо рассматривать его в контексте с другими методами генерации искусственного света. Как известно, сейчас всё ещё довольно трудно полностью заменить естественное освещение, поэтому все возможные подходы являются лишь суррогатами. И в этом значении LED действительно имеет ряд преимуществ перед лампами других типов.

Мерцание

Конструкция большинства ламп для искусственного освещения приводит к одному неприятному эффекту — мерцанию. Это происходит из-за использования переменного тока, который приводит к ритмичному изменению яркости лампы частотой от 60 до 120 Гц. Проявление этого эффекта заметно, если наблюдать источник света через объектив видео- или фотокамеры.

Это явление проходит мимо нашего сознания, тем не менее, оно может наносить вред в виде перегрузки зрительной и нервной систем, вызывая головную боль, а также усталость и дискомфортные ощущения в глазах. Проведённые ещё в 1989 году исследования показали, что световое мерцание снижает работоспособность среднего человека на 50%.

В свою очередь в конструкцию большинства светодиодных ламп входит специальный элемент — драйвер, трансформирующий переменный ток в постоянный, что лишает осветительные приборы этого типа неприятного «побочного эффекта». Однако низкокачественные LED-устройства мерцают точно так же, как люминесцентная лампы или лампы накаливания, поэтому в этом случае их польза и вред одинаковы.

Вибрационный шум

Фотограф Джон Отт в своей работе «Здоровье и Свет: влияние естественного и искусственного освещения на человека и других живых существ» описал негативное воздействие на организм характерного раздражающего звука, издаваемого люминесцентными лампами. Он отметил, что однотонная звуковая вибрация приводит к таким последствиям, как раздражительность, нервозность, быстрая утомляемость и снижение внимания. Светодиодные осветительные приборы (как и лампы накаливания) лишены такого недостатка.

Температура

Отличительной особенностью LED-ламп заключается в том, что в процессе работы они не накаляются. Это означает, что освещение такого типа является менее травмоопасным.

Содержание ртути

Традиционные люминесцентные лампы, а также компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) имеют в своём составе пары ртути — крайне токсического металла, который даже в малых дозах опасен для человека. Конечно, несколько разбитых лампочек не нанесут какого-либо вреда здоровью человечества, но производство и/или утилизация этих устройств сопряжены с большими рисками. Кроме того, сама культура утилизации таких изделий на бытовом уровне на практике полностью отсутствует, а существует только в теории.

В противоположность этому светодиодные осветительные приборы не требуют для своего производства ртути. Правда в их состав входят другие опасные вещества, о чём будет рассказано ниже.

Из всего вышеперечисленного можно сделать вывод, что по ряду параметров LED-освещение действительно безопаснее для здоровья человека, чем его исторические предшественники. Однако в некоторых случаях светодиодные лампы вредны, когда созданы по «дешёвой» технологии, которыми пользуются недобросовестные производители.

Негативные факторы

Опасность светодиодных 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.

Свойства каждого нового продукта могут иметь комплексное негативное воздействие, поэтому при анализе его безопасности изучаются все возможные аспекты. В большинстве своём наиболее опасны для здоровья и экологии оказываются процессы производства и/или утилизации. Но в ряде случаев, особенно это касается новейших малоизученных продуктов, негативное воздействие может проявляться в процессе эксплуатации. В таком случае ответ на вопрос, вредны ли светодиодные лампы для нашего здоровья, останется открытым, как минимум в течение 5–10 лет.

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.

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.

Новая технология «безопасных» светодиодов

Но в этом же году Нобелевскую премию по физике получила группа японских учёных, открывших новую технологию, позволяющую производить белые светодиодные лампы, вред от которых минимален. В качестве источника света используется комбинация из нескольких разноцветных диодов, излучения которых смешиваются под воздействием специальной линзы, давая в результате белый свет, что аналогично природному процессу формирования «бесцветного» естественного освещения.

Сейчас существуют три технологии создания белых LED-ламп:

  • Люминофорные светодиоды (синее или ультрафиолетовое излучение пропускается через слой люминофора, в роли которого чаще всего выступает фосфор) — самый «старый», дешёвый и опасный вид.
  • RGB-светодиоды (многоканальные), изобретённые в 2014 году. Для получения света может быть использовано различное количество базовых цветов.
  • Гибридные светодиоды — совмещают в себе обе технологии.

Таким образом, можно сделать вывод, чем менее «холодное» и длинноволновое излучения производит светодиодная лампа, тем безопаснее она для зрения.

Однако напрямую разрушающее сетчатку световое излучение — не единственная опасность для здоровья человека, которую могут представлять осветительные приборы данного типа.

Вредны ли светодиодные лампы для зрения

Слухи о том, что лампы нового поколения могут вызвать серьезные проблемы со зрением, постоянно циркулируют в среде пользователей и не только. Спустя несколько лет после того, как светодиоды начали массово использовать в быту, группа испанских ученых решила проверить, насколько устройства безопасны в эксплуатации.

Опасность светодиодных ламп

Основная работа велась с клетками пигментного эпителия — ставилась задача вырастить их в лабораторных условиях. При этом на одну из пробирок каждые 12 часов воздействовали осветительными приборами, в том числе и светодиодными. Такую программу выбрали неслучайно: негативные изменения в структуре эпителия могут быть причиной ухудшения остроты зрения, а в худшем случае — и его полной потери.

Итоговый анализ биоматериала показал: облучение светодиодными лампами провоцировало увеличение количества погибших клеток, а рост новых при этом резко замедлялся. Больше всего погибало клеток в той пробирке, на которую воздействовали синим светом. Влияние белого и зеленого света оказалось не столь значительным, хотя тоже негативно отражалось на эпителии.

Результаты исследования были опубликованы в конце 2012 года в научном журнале «Безопасность и окружающая среда» (Seguridad y Medio Ambiente), благодаря чему они и стали известны всему миру.

Значит ли все вышесказанное, что светодиодами вообще нельзя пользоваться? Большинство специалистов так не считают, но с одной оговоркой — зрению не будет причинен заметный ущерб, если использовать светильники с цветовой температурой 2700-3500 К (кельвинов). Это так называемый белый теплый свет, в котором присутствует оттенок желтого. Губительного синего спектра в таком свете очень мало.

Свет с оттенком желтого — наиболее безопасный для зрения Зато светодиоды, испускающие световой поток более высокой температуры (3500-5000 К), который производители называют белым естественным светом, синий спектр излучают. Причем в сравнении с солнечным дневным излучением его на 20% больше. Соответственно, пользоваться подобными приборами желательно не очень часто.

А вот устройства, работающие в диапазоне 6000-10000 К (белый холодный свет), лучше действительно не применять. Синего спектра в этом излучении больше всего.Определить цветовую температуру светильника очень просто: ее всегда указывают на упаковке.

  • 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

Опасность светодиодных ламп

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.

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.

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.

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.

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.

Нарушения выработки гормонов сна

В последнее время большое внимание исследователей занимает проблема нарушения нормального суточного цикла человека. Это явление связывают со многими техногенными факторами, одним из которых называют воздействие длинноволнового излучения на нашу гормональную систему. Было установлено, что длинноволновое излучение (больше всего такой вред проявляется не от светодиодных ламп, а от разнообразных LED-мониторов) угнетает выработку гормона сна — мелатонина, что приводит к бессоннице и/или серьёзным нарушениям режима дня.

В случае обнаружения подобных признаков врачи рекомендуют ограничить время работы с различными гаджетами, генерирующими «нездоровый» свет, а также отказаться от просмотра телевизора или сёрфинга интернета через смартфон минимум за час до предполагаемого отхода ко сну.

В последнее время большое внимание исследователей занимает проблема нарушения нормального суточного цикла человека. Это явление связывают со многими техногенными факторами, одним из которых называют воздействие длинноволнового излучения на нашу гормональную систему

Было установлено, что длинноволновое излучение (больше всего такой вред проявляется не от светодиодных ламп, а от разнообразных LED-мониторов) угнетает выработку гормона сна — мелатонина, что приводит к бессоннице и/или серьёзным нарушениям режима дня. Следствием этого эффекта, который получил название «цифровой зрительный синдром», являются хроническая усталость, сильное ослабление зрения, раздражительность, головные боли, потеря аппетита и ряд других симптомов.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Медицинская энциклопедия