Изменения в концепции построения светодиодов для освещения с учетом здоровья человека

В.А. Капцов, д.м.н., член-корр. РАН, ФГУП ВНИИЖГ Роспотребнадзора, 
В.Н. Дейнего, руководитель проекта, ООО «Новые энергетические технологии», г. Москва

На рынке светодиодного освещения идет жесткая конкурентная борьба между всеми участниками светотехнического рынка, а гений Сюдзи Накамуры парит над этой схваткой. Он и его идеи дирижируют процессами, происходящими в этой области, в которой на первое место выходят проблемы гигиены света во имя здоровья человека. 

Сюдзи Накамура - всемирно признанный создатель серийной технологии изготовления белых светодиодов (синий светодиод, покрытый желтым люминофором), имеющих квазисолнечный спектр света и высокую эффективность (более 100 лм/Вт), что обеспечило их массовое применение в системах освещения различного назначения (рис.1.). 

Однако в спектре света у этих светодиодов отсутствует красная составляющая, что не позволяет обеспечить полный цикл биохимических процессов в организме человека, в отличие от идеального спектра солнечного света. Несмотря на это обстоятельство, светодиоды с таким спектром массово применяются в современных системах освещения. Светодиодное освещение поддерживалось политическим руководством многих стран через соответствующие программы, которые и стали основой национальной технической политики в сфере энергосбережения. Эта политика втянула в рынок светодиодного освещения огромную армию чиновников различного ранга и непрофессиональных светотехников с огромным желанием организовать собственный бизнес. 

Рис. 1. Конструкция белого светодиода и его спектр. 

По мере повышения энергоэффективности белых светодиодов (от 50 лм/Вт до 200 лм/Вт) и увеличения объемов финансирования программ энергосбережения росло количество фирм по производству светодиодных светильников. 
В настоящее время оборот светодиодного рынка составляет огромные суммы. Участники рынка светотехнической продукции прогнозируют рост объемов российского светотехнического рынка с существующих 2 млрд долл. США до 2,6-2,7 млрд долл. США к 2020 году. В дальнейшем темпы роста снизятся, и к 2025 году объем российского светотехнического рынка составит порядка 3 млрд долл. США. 

В светодиодный рынок были вовлечены и врачи для поиска положительных эффектов воздействия света белых светодиодов на человека. Ангажированность проведенных ими исследований очевидна, а моральным оправданием для них было благосклонное отношение политического руководства государств к светодиодному освещению, построенному на базе «синий светодиод, покрытый желтым люминофором». 

Многочисленные исследования европейских и российских врачей показали, что свет светодиодов негативно влияет на зрительный анализатор и гормональную систему человека. Но участники светодиодного рынка с иронией отнеслись к предупреждениям врачей и настойчивым рекомендациям необходимости смены технической политики в области построения светодиодных источников света [1].  

Первый сигнал о смене концепции построения светодиодных источников света прозвучал из уст директора по продажам компании «Philips» Ове Соренсена [2]. Он сообщил, что в ближайшие два года его компания собирается продать свои реакторы по производству кристаллов для светодиодов, так как в современных условиях не так важно, какой кристалл вы используете, сколько важно, какие применяются люминофоры и в какой корпус устанавливается кристалл.

Агрессивная реклама «пользы» светодиодного освещения и размеры его прибыльности ослепили участников этого рынка.  

В настоящее время, на светодиодном рынке, построенном на применении белых светодиодов, наступает переломный момент. Тихо прошла смена концепции построения светодиодных источников света и ориентации его спектров излучения на снижение негативных рисков по зрительному воздействию света на здоровье человека. 
На излете эпохи белого светодиода Сюдзи Накамура получает Нобелевскую премию по физике за 2014 г., но уже с 2008 г. он разрабатывает новые кристаллы (фиолетового света) для возбуждения - RGB люминофоры, а также оригинальную методику их нанесения и установки кристаллов на подложку. 

На церемонии вручения премии Накамура сказал «Для меня большая честь получить Нобелевскую премию Шведской королевской академии наук для моего изобретения синего светодиода. Очень приятно видеть, что моя мечта о создании светодиодного освещения стала реальностью. Я надеюсь, что энергоэффективные светодиодные лампы позволят сократить потребление энергии и снизить затраты на освещение во всем мире, и именно поэтому мы создали Soraa».

Лампы Soraa - новая глава в истории светодиодных технологий

В 2008 году, не привлекая широкого внимания, три профессора - Стив Ден Баарс, Джим Спек, и Сюдзи Накамура, к которым присоединились ведущие специалисты из Philips Lumileds и Intel, собрали команду высококлассных инженеров и основали новую компанию Soraa по выпуску светодиодных ламп нового поколения. Они получили финансирование и построили опытный завод в Фримонте, штат Калифорния (США).  

Группе исследователей под руководством главного исполнительного директора Soraa удалось создать уникальную комбинацию слоя и подложки. В результате светодиодная лампа Soraa MR16 производит в 10 раз больший световой поток, чем конкурирующие светодиоды того же размера.  

Рис. 2. Сравнение спектра света от лампы Soraa, 
светодиода и лампы накаливания.   

Как известно, совсем недавно Накамура, работал по выращиванию нитрида галлия (GaN) из материалов, содержащих GaN субстраты. Таким образом, большинство наблюдателей ожидали, что Soraa объявит свой первый GaN-на-GaN светодиод. Вместо этого, Soraa включил эти светодиоды в лампы MR16. «Мы знали, что наша светодиодная технология GaNTM будет будущим освещением и Soraa сделал это реальностью», - сообщает Накамура.  

Джефф Паркер, генеральный директор Soraa отметил, что «GaN Soraa на GaNTM светодиодные лампы в настоящее время рассматриваются как лучшие в мире, с качеством света, который значительно превосходит любые другие светодиодные изделия. Эти светодиоды излучают в фиолетовой части спектра (скорее всего, в районе 400-405 нм - прим. автора). Компания объединила светодиоды со смесью из трех люминофоров, что позволило предоставить полный спектр, избегая как «синего выброса», так и «голубого пробела», характерных для обычных синих светодиодов».  

Не довольствуясь получением Нобелевской премии за синий светодиод - который дал старт светодиодной революции в освещении - Сюдзи Накамура планирует удивить мир «человеко-ориентированным» освещением с новой технологией, основанной на фиолетовых светодиодах и RGB-люминофорах. 

Таблица. Результаты экспертных измерений спектральных характеристик лампы Soraa PAR38  

 

Фотометрические и электрические параметры лампы Soraa PAR38, E26/120V, 3000K, 95CRI, 18.5W

 

По НТД на лампу SP38-18-25D-930-03

 

Результаты экспертных измерений во ВНИСИ*

(Measurement Report - Spectral Analysis)

Световой поток (Lm)

1044

Не измерялся

Эффективность (lm/W)

58

53

Цветовые координаты

Х=0,4362

У=0,4000

X=0,43434

Y=0,34665

Коррелированная цветовая температура (К)

3015

3023

Показатель цветопередачи

95-96

94,4

Напряжение питания (V)

119,6

Питание от

ТР-220/120В

Потребляемый ток (А)

0,152

Не измерялся

Потребляемая мощность(W)

18

Не измерялся

Пик-фактор

0,989

Не измерялся

Температура окружающей среды

минус 400С

плюс 700С

Не оценивалась

 *Оценивался только спектр света представленного образца лампы.

 Так, выступая на Lux Live, крупнейшей ежегодной выставке освещения Европы, он сказал: «Технология, основанная на  синем светодиоде имеет много проблем, потому что в ней отсутствует фиолетовый, голубой (480 нм), зеленый и красный цвета, и их свет не соответствует солнечному свету». Но использование GaN-на-GaN технологии Soraa, основанной на фиолетовых светодиодах, создает полный цветовой спектр и хорошее качество света (цвета). В настоящее время компания работает на «человеко-ориентированных технологиях», производящих фиолетовый свет, который, в сочетании с люминофорами, хорошо вписывается в концепцию биодинамического освещения, поскольку этот белый светодиод излучает полный спектр света с CRI до 95» (рис.3). 

 

Рис. 3 . Сравнение спектров света от ламп SoraaVIVID, галогенной лампы 
и светодиодной лампы (80 CRI LED).

 Исследовательский отдел Soraa в настоящее время занят тестированием возможности GaN-на-GaN технологии для производства света с пользой для здоровья: «Мы работаем над этим, мы разработали прототип, и сейчас тестируем его, - сказал Паркер для СМИ на телеконференции, - Мы считаем, что есть много проблем в области циркадных ритмов и обеспечения бдительности, которые можно решить, имитируя солнечный свет и стимулируя им светочувствительные клетки глаз». 

Далее он продолжил: «Просто мы начинаем синтезировать свет с полным спектром, который позволяет отрегулировать спектр света для циркадных моделей (рис. 4). Мы считаем, что находимся в очень хорошем положении, чтобы развивать «биодинамическую светотехнику», которая позволяет использовать от пяти до десяти раз меньше материала, и дает нам долгосрочное преимущество».

 

 Рис. 4. Спектр света лампы Soraa (Soraa Internal Report: IES LM79-08). 

В ходе проводимых экспертых оценок общих тенденций развития светодиодного рынка была проведена закупка серийного образца лампы Soraa PAR38 и проведена экспертная оценка излучаемого ими спектра (см. таблицу).

Из рассмотрения представленных данных в таблице и на рис. 4 видно, что по воздействию на ганглиозные клетки соблюдается соотношение, характерное для эффекта «меланопсинового креста», но выброс 416 нм нуждается в дополнительной гигиенической оценке. 

Вместе с тем, компания Soraa смотрит на остальной мир как место для развития бизнеса. «То, что мы хотим сделать, так это найти партнеров на рынках по всему миру, чтобы помочь развивать нашу технологию. Поэтому мы смотрим на Китай и остальные части мира как возможность роста рынка сбыта. Мы с нетерпением ждем предложений сотрудничества и хотим работать на мировом светотехническом рынке», - сказал Паркер. 

Свои амбициозные планы специалисты фирмы Soraa закрепили патентом US2015/0062892 A1 от 5 марта 2015 г. «Circadian friendly led light source» (SORAA, INC, Fremont, CA(US).

В соответствии с этим патентом идеология «циркадно дружественного светодиодного источника света» распространяется на источники света для:

  • общего освещения;
  • подсветки мониторов;
  • автомобильные фары.

Одним словом новая идеология Сюдзи Накамуры распространяется на все значимые области применения светодиодных источников света. 

Выводы

Сегодня произошло осознание негативного действия светодиодов на функциональное состояние и здоровье человека не только специалистами, но и обществом в целом. Это и привело к смене концепции построения светодиодного источника белого света.
Новые светодиодные технологии, разработанные группой исследователей под научным руководством С. Накамуры, декларируют создание идеологии «циркадно дружественного светодиодного источника света», сравнимого с естественным солнечным светом.
Использование этих светодиодов в народном хозяйстве страны возможно после сравнительной оценки их эффективности с аналогичной лампой, разработанной отечественными учеными по концепции «светодиодные источники света с адекватным спектром света».

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Мы в соцсетях:

rss   фейсбук   твиттер   

 
 
Зеленые Здания
000943494
Сегодня
Вчера
Этот месяц
Всего
59
267
12927
943494

Ваш IP: 54.145.123.86
Server Time: 2017-08-19 00:57:18