Спустя 3.5 года после публикации статьи о вскрытии светодиодных ламп мы продолжим заниматься распиливанием LED-ламп и подглядыванием за их внутренним миром. Предполагается несколько частей данного исследования, а пока начнём со спектральных характеристик.
Предисловие
Примерно год назад, прочитав публикацию о разборе LED-ламп, тогда ещё на Хабре, ко мне обратились, попросив потестировать ещё с десяток ламп и разобрать их, чтобы посмотреть, что же спрятано них внутри. Так уж сложилось по многим причинам (и личным, и рабочим), что руки дошли до тестирования и написания данного труда только сейчас, а за это время случилось много всего. AlexeyNadezhin in выпустил уйму публикаций о светодиодных лампах, а также запустил целый сайт, посвящённый их тестированию — за что ему большой респект! А ещё тут и LampTester подсуетился. Поэтому данную статью, приходится публиковать в высоко конкурентной среде, так что убедительная просьба, если что-то уже было из представленного ниже материала опубликовано, то отнестись к этому с пониманием – постараемся заинтересовать публику чем-то новеньким.
В то время статья встретила просто поразительный отклик общественности и вместе с тем наделала много шуму (ребята из Оптогона очень неохотно общались на одной из выставок). В течение пары лет приходили предложения повесить рекламу той или иной конторы, занимавшейся продажами светодиодной техники, в статье, которую сложно было выбить с 200К просмотров из топа любого поисковика. За это стоит благодарить общественность Хабра и нынешнего Geektimes. Спасибо всем вам!
Потом вышла статья про перспективы светодиодной промышленности в России, правда менее популярная почему-то, но в конце статьи говорилось о перспективах применения LED-технологии в освещении, в частности, упоминалось, что светодиоды – планарная технология от рождения и должна таковой оставаться!
О чём-то подобном писал AlexeyNadezhin, размышляя о будущем светодиодного освещения. К сожалению, не могу с ним согласиться в том, что выпускаемая на данный момент продукция (в основном светильник различной конструкции) будет широко востребована. Все эти устройства не используют два важных параметра планарной технологии светодиодов: миниатюрность и двумерность. Кстати, об этом мы поговорим во второй части, когда приступим к разбору ламп.
Переход на полностью светодиодное освещение – это не эволюция, по своей природе это революция, сродни переходу от свечей и лучины к лампам накаливания. И, соответственно, методы должны быть революционными: трёхцветные светодиоды для регулирования температуры в лентах или больших плоских светильниках, заполняющие пространство потолка или световых поверхностей, а также диффузор для рассеивания света. Светодиоды – это технология «световых поверхностей» (множества – тысяч, сотен тысяч – точечных источников света) с регулируемой световой температурой в зависимости от времени дня или пожелания «клиента». Просто представьте себе: потолок, который будет заменять целое солнце по спектральных характеристикам; светлые, как днём, подземные переходы; операционные, залитые светом; антивандальные плоские светильники в общественном транспорте, вмонтированные в потолок, а ведь поликарбонат и светодиоды позволяют это реализовать уже сегодня, сейчас…
Однако спустя 4 года воз и ныне там, к сегодняшнему моменту Ваш покорный слуга может пересчитать по пальцам такого рода применения (например, раз, два, три, четыре). Одно из самых громких – это монтажа оптогановской продукции в главном офисе РосНано на проспекте 60-летия Октября в Москве и в Сочах, пожалуй. Пока писалась статья, пришло известие, что в Тимирязевской Академии открыли нанотеплицу, в том числе с LED освещением.
Отпишите в комментариях, если Вы знаете что-то ещё.
Что ж, со вступительным словом и лирикой покончено, пора браться за работу!
Немножко теории
Устройство LED лампы
О том, как устроена и работает LED-лампа было подробно рассказано в этой статье. Важно понимать, что светодиод, который сидит внутри каждой лампы – синий сверх яркий LED, именно он отвечает за полосу эмиссии в диапазоне 400-450 нм, а «расширение» спектра достигается за счёт использования так называемых люминофоров, веществ на основе комплексов редкоземельных элементов, которые поглощают в синей области спектра и излучают в зелёной, оранжевой и красной.
Тестируемые параметры и реальность
Всё тот же LampTester писал ранее про основные параметры ламп – не только LED, но и люминесцентных ламп. В статье приводится определение таких важных параметров, как CRI или Ra (индекс цветопередачи или насколько излучение лампы соответствует излучению абсолютно чёрного тела, коим фактически является Солнце), CCT (цветовая температура или «тон» освещения), коэффициент пульсаций и мощности, а также КПД схемы управления.
Кстати, тем, кто хочет разобраться более подробно в данном вопросе, настоятельно рекомендую данный сайт, к тому же на нём есть ещё и калькулятор цветовых температур и перевод цветов из одних схем в другие. А ещё, пожалуй, данный technical note, где всё подробно расписано и объяснено на примере одно прибора.
Так, например, существует несколько цветовых схем и способов кодирования цветов:
XYZ, xyY, LAB, LCHAB, LUV, LCLUV, RGB (sRGB, AdobeRGB и ещё порядка 15 разных RGB). Однако одной из наиболее признанных является система xyY координат, которая многим давно известна по цветовому треугольнику, используемому в статьях и обзорах техники.
Цветовые треугольники, соответствующие RGB (синий) и sRGB (оранжевый), чёрным цветом отмечены точки разной цветовой температур: от 2700К до 6500К
Участок гаммы, построенной в координатах xyY, который используется в данной статье для сравнения ламп
Области обозначают предельно допустимые значения отклонения по температуре, согласно ГОСТ Р 54350-2011 (Светотехнические требования и методы испытаний).
Последняя диаграмма была построена с помщью программы Mathematica. Вот код в Mathematica для её построения:
(*Create color sets in according with www.brucelindbloom.com*)
c2700K=XYZColor[1.119973, 1,0.315490];
c3000K=XYZColor[1.081316, 1,0.393475];
c3500K=XYZColor[1.037337, 1,0.522065];
c4000K=XYZColor[1.009802, 1,0.644496];
c4500K=XYZColor[0.992417, 1,0.758275];
c5000K=XYZColor[0.981495, 1,0.862580];
c5500K=XYZColor[0.974781, 1,0.957468];
c5700K=XYZColor[0.972936, 1,0.992889];
c6000K=XYZColor[0.970852, 1,1.043437];
c6500K=XYZColor[0.968785, 1,1.121183];
(*Create areas in according with GOST, placing name of area with Text*)
g2700K=Graphics[{c2700K,{EdgeForm[Dashed],Polygon[{{0.4813,0.4319},{0.4562,0.4260},{0.4374,0.3893},{0.4593,0.3944}}]},Black,PointSize[Medium],Point[{0.4578,0.4101}],Text[Style[«2700K»,Medium,Bold,Black],{0.455,0.435}]}];
g3000K=Graphics[{c3000K,{EdgeForm[Dashed],Polygon[{{0.4562,0.4260},{0.4299,0.4165},{0.4147,0.3814},{0.4373,0.3893}}]}, Black,PointSize[Medium], Point[{0.4338,0.4030}],Text[Style[«3000K»,Medium,Bold,Black],{0.43,0.4275}]}];
g3500K=Graphics[{c3500K,{EdgeForm[Dashed],Polygon[{{0.4299,0.4165},{0.3996,0.4015},{0.3889,0.3690},{0.4147,0.3814}}]}, Black,PointSize[Medium], Point[{0.4073,0.3917}],Text[Style[«3500K»,Medium,Bold,Black],{0.405,0.415}]}];
g4000K=Graphics[{c4000K,{EdgeForm[Dashed],Polygon[{{0.4006,0.4044},{0.3736,0.3874},{0.3670,0.3578},{0.3898,0.3716}}]}, Black,PointSize[Medium], Point[{0.3818,0.3797}],Text[Style[«4000K»,Medium,Bold,Black],{0.38,0.403}]}];
g4500K=Graphics[{c4500K,{EdgeForm[Dashed],Polygon[{{0.3736,0.3874},{0.3548,0.3736},{0.3512,0.3465},{0.3670,0.3578}}]},Black,PointSize[Medium], Point[{0.3611,0.3658}],Text[Style[«4500K»,Medium,Bold,Black],{0.355,0.3875}]}];
g5000K=Graphics[{c5000K,{EdgeForm[Dashed],Polygon[{{0.3551,0.3760},{0.3376,0.3616},{0.3366,0.3369},{0.3515,0.3487}}]}, Black,PointSize[Medium], Point[{0.3447,0.3553}],Text[Style[«5000K»,Medium,Bold,Black],{0.335,0.375}]}];
g5700K=Graphics[{c5700K,{EdgeForm[Dashed],Polygon[{{0.3376,0.3616},{0.3207,0.3462},{0.3222,0.3243},{0.3366,0.3369}}]}, Black,PointSize[Medium], Point[{0.3287,0.3417}],Text[Style[«5700K»,Medium,Bold,Black],{0.315,0.36}]}];
g6000K=Graphics[{c6000K,{EdgeForm[Dashed],Polygon[{{0.3205,0.3481},{0.3028,0.3304},{0.3068,0.3113},{0.3221,0.3261}}]}, Black,PointSize[Medium], Point[{0.3123,0.3282}],Text[Style[«6000K»,Medium,Bold,Black],{0.3,0.345}]}];
(*Show all together on the same plot, xy are coordinates for measured point*)
xy = Graphics[{Red, PointSize[Large],
Point[{(*your xy*)}]}];
Show[g2700K,g3000K,g3500K,g4000K,g4500K,g5000K,g5700K,g6000K,PlotRange->{{0.28,0.48},{0.28,0.44}},Axes->True, AxesOrigin-> {0.28,0.28}, AxesStyle->Directive[Black,FontFamily->«Helvetica»,14],GridLines->{{0.28,0.30,0.32,0.34,0.36,0.38,0.4,0.42,0.44,0.46,0.48},{0.28,0.3,0.32,0.34,0.36,0.38, 0.4,0.42,0.44,0.46,0.48}}]
Также важно также понимать, что все параметры, измеренные нами, участниками Хабра и Гиктаймс сообществ, могут отличаться от того, что инженеры и тестировщики получают в профессиональных условиях. Всё же я надеюсь и верю, что это профессиональные условия, а не copy-paste из отчётов, присланных китайцами вместе со светодиодными сборками и/или лампами. Например, некоторые параметры ламп количественно могут быть измерены только внутри, так называемой, белой сферы (integration spheres). Так это делают профессионалы:
Существует ГОСТ на измерение параметров светодиодных ламп (Светотехнические требования и методы испытаний). Поэтому совершенно не стоит паниковать, если заявленные параметры CRI и CCT отличаются на несколько пунктов или 100-150 градусов, но определённо стоит задуматься, если заявленные характеристики далеки от того, что изображено на упаковке. К тому же зачастую производители не указывают, согласно какому стандарту проводится тестирование, что выбрано в качестве стандартного иллюминанта и так далее. Все эти параметры могут влиять на измеренные характеристики так или иначе. Однако в наших работах мы даём Вам, уважаемые читатели, возможность определиться с выбором ламп, проверить того или иного производителя, что называется, на «вшивость».
И напоследок, не стоит забывать, что у каждого индивидуума свои отличительные особенности зрения. Стандарты в этом случае сравни средней температуре по больнице, поэтому кому-то будет комфортно с лампой CRI 60 и 2500К, а кому-то подавать CRI 90 и 3500К.
Методика тестирования
Что же касается методики измерения, то спектры были получены с помощью портативного спектрометра OceanOptics USB 2000+ (integration time 100 ms, 10 cicles, boxcar 2) в чёрном боксе. Перед измерениями лампы прогревали в течение 4-5 минут. Пульсации светового потока были получены с помощью сверхчувствительного фотодиода и осциллографа Tektronix TDS2004B.
Кандидаты
Итак, на тестирование было предоставлены следующие лампы:
Наши подопытные кролики: 6 ламп стандарта E27, 3 лампы E14 и ещё 4 лампы GU5.3 – итого 13 кандидатов на сундук мертвеца и бутылку рома… Йохохохо
В сводной таблице, представленной ниже, собраны все полезные характеристики, которые могут быть найдены на упаковках ламп, а также измеренные показатели. Здесь, конечно, хотелось бы разразиться лучами ненависти в адрес некоторых производителей, а точнее их дизайнерских отделов, но об этом в конце статьи при подведении итогов.
Лампы сравнения: лампочка Ильича и люминесцентная лампа
Для сравнения, как и в статье про разбор лампочек Оптогана и SvetaLED, мы будем использовать стандартные лампы: дневного света (люминесцентная лампа) и старую добрую лампочку Ильича.
Как можно видеть из представленного ниже графика, CRI и CCT данной лампы не равны точно 100 и 2800К, а несколько отклоняются от данных значений. Именно поэтому выше дана оговорка, что не стоит полагаться буквально на измерения и что некоторое отклонение от параметров вполне допустимо. Коэффициент пульсаций светового потока в 3% – нормальное значение для ламп накаливания.
Забугорная лампочка Ильича имеет довольно интересное строение — 2 колбы, вставленная одна в другую, при это, насколько я понимаю, заполнена газом только внутренняя, где размещается спираль. Насколько данная конструкция увеличивает время жизни лампы по сравнению с обычной советской лампой мне не известно, но решение действительно интересное.
Строго говоря, определение CCT и CRI для ламп люминесцентных не совсем корректно, поэтому график с цветовой температурой на слайде ниже отсутствует.
Светодиодные лампы в цоколе E27
Практически все протестированные лампы в «традиционном» исполнении, то есть с цоколем E27, показали относительно неплохие характеристики. Все лампы не имеют пульсаций светового потока, что является следствием достаточно места для расположения драйвера.
Пожалуй, номинальным лидером в данной весовой категории можно назвать лампу Supra, хоть и световой поток немного подкачал – только 750 из 900 заявленных люменов. Однако измеренные параметры полностью соответствует тому, что указано на упаковке, при прочих равных условиях.
На второе место можно смело определить лампы фирмы Gauss. Они продемонстрировали хорошие показатели светового потока. Их единственный недостаток – некорректно указанная информация на упаковке. В действительности, лампы, рассчитанные на 2700 К, ближе по спектральным характеристикам к 3000К, в то время, как параметр Ra для 12Вт ламп оказался сильно занижен по отношению к заявленному показателю.
Аутсайдером группы является лампы фирмы ASD, которые потребляют электроэнергию, но не светят (что по Ra, что по лм/Вт). Измеренный CRI в 68 пунктов является самым плохим результатом, несмотря на остальные достоинства: низкий уровень пульсаций и соответствие заявленной цветовой температуре.
Светодиодные лампы в цоколе E14
Удивительно, что лампы в цоколе Е14 показали себя хуже, чем лампы в исполнении GU5.3. Вроде бы и места больше, но все светодиодные лампы имеют огромные коэффициенты пульсаций – более 10%! Что, мягко говоря, странно, но дождёмся второй части обзора, когда мы начнём копаться во внутренних органах ламп и посмотрим, что там за драйвер.
Но на безрыбье и рак – рыба, так что по сумме формальных критериев первое придётся отдать лампе от Lexman, хотя бы температура и CRI соответствуют заявленным на упаковке характеристикам.
А вот лампы от Ecola и Wolta сравни китайскому ширпотребу. Ни одна из них даже приблизительно не попадает в заявленную температуру, а лампа от Wolta – так просто самообман! На упаковке присутствует намёк на то, что лампа не вредна для глаз, тогда как на самом деле оказывается с точностью да наоборот. Кстати, надпись “LED Lampe” явно сделана с помощью гугло-переводчика, что опять-таки подтверждает догадки об уровне фирмы-производителя – дождёмся вскрытия.
Светодиодные лампы в цоколе GU5.3
Светодиодные лампы в данном классе оставили смешанное впечатление.
Лампы от компании Gauss почему-то имеют довольно сильный коэффициент пульсаций, если рассчитывать его формально. Однако в реальной жизни необходимо серьёзно в долгосрочной перспективе тестировать данные лампы, потому что предсказать, как спайки в несколько микросекунд будут воздействовать на зрение и психику, практически не возможно. С другой стороны, эти лампы имеют явно завышенный CRI, который далёк от реального показателя.
Если бы не эти огрехи, то лампы Gauss могли бы смело занять первое место, но, к сожалению, им придётся его разделить с лампами компании ASD, которые являются крепким середнячком (довольно хорошо попадают в заявленную температуру), несмотря на некоторые недостатки (полное отсутствие информации о технических характеристиках).
LED-лампа от компании Pulsar имеет отвратительное качество. Это единственная лампа, которую хочется выкинуть и забыть, как страшный сон. Мало того, что лампа по сравнению с остальными производителями греется так, что способна устроить пожар: за 10 минут работы LED-лампа прожгла держатель из пробки! Но они ещё и собраны какими-то очень неопрятными китайцами клеем наружу. К тому же данный производитель позволяет себе нагло обманывать покупателя, завлекая его «финским» производством и «повышенной на 30% яркостью», а как мы видим из сравнительной таблицы, все 4 лампы в цоколе GU5.3 имеют схожие заявленные параметры 5Вт и 410-450 лм. Получается, что лампа от компании Pulsar должна быть, как минимум 520-530 лм (410*1.3=533), а на деле оказывается, что около 380 (-15%, а не +30%).
Сравнение спектров или немного науки
Позволю себе удариться в науко-диванные изыскания в данном разделе и сравнить нормализованные спектры представленных выше ламп.
Что дают нормализованные спектры? Во-первых, измеренная интенсивность излучения ламп зависит от многих параметров: относительного положения лампы и диода, чувствительности диода, мощности лампы и так далее. Чтобы влияние этих факторов исключить или хотя бы минимизировать, проводится такая нормализация или нормировка. А во-вторых, это позволяет исключить из рассмотрения лампы одного и того же производителя заданной CCT, так как с высокой долей вероятности производитель будет использовать один и тот же люминофор для всех типов ламп данной цветовой температуры (не забываем, что CCT лампы — это следствие смешения в разных пропорциях синего света диода и полосы люминесценции люминофора). Таким образом, из всех ламп Gauss, мы оставим только две на 2700К и 4100К.
Возможно, диоды в предоставленных лампах были из разных партий, что объясняет незначительные сдвиги максимума излучения в синей области спектра. В остальном же, как можно увидеть из представленного графика, спектры ламп фирмы Gauss в нормализованных координатах превосходно ложатся друг на друга, формируя две группы 2700К и 4100К.
И для большего удобства разделим сравнение ламп на две категории: 2700-3000К и 4000-4100К.
Сравнение ламп с цветовой температурой 4000К-4100К
Забавно, что положение синего диода для всех ламп легло прямо в яблочко: 438-440 нм, не правда ли?
Сравнение ламп с цветовой температурой 2700К-3000К
На данный момент однозначный вывод сделать сложно, однако, некоторые «намётки» уже проглядывают — например, LED-лампы Supra и ASD имеют довольно похожие спектры (голубая и бордовая линии). Это может свидетельствовать об использовании светодиодов от одного и того же производителя. Как говорится, вскрытие покажет! А пока перейдём к выводам.
Выводы
1. К моему глубокому сожалению, ни одна из ламп не соответствует заявленным характеристикам на 100%. Согласитесь, приятно брать в руки качественный продукт, реклама которого полностью соответствует его внутреннему содержанию. Обязательно все 13 ламп, представленные в обзоре, имеют какой-нибудь недостаток, то температуру увело (как у тех же ламп Gauss: синий желтоват, а жёлтый синеват), то CRI переоценён, то лм/Вт не хватает, то ещё что-то.
Поэтому мне хотелось бы обратить самое пристальное внимание производителей и читателей к дизайну коробок. Как говорится: «Встречают по одёждке, а провожают по CCT, CRI и лм/Вт.» Производители, родненькие Вы мои, почему же так трудно разместить ЛЕГКО читаемую и ДОСТОВЕРНУЮ информацию о Вашем же продукте на упаковке?!
Единственная упаковка, которая мне понравилась визуально – Gauss, где все важные параметры отмечены ясно и чётко, за исключение CRI, да и то, я бы предложил слегка увеличить шрифт, особенно на упаковке E27, так как места вполне хватает.
Самые большие нарекания вызвал НЕДОСТОВЕРНАЯ информация на упаковке ламп Wolta и Pulsar. В случае с Wolta это особенно касается пульсаций, что вводит покупателя в заблуждение и может служить причиной для подачи исковых заявлений. А оно Вам надо?! У компании Lexman вся важная информация распределена аж по трёх сторонам коробки, в то время, как одна из них фактически пустует. Кручу-верчу, запутать хочу, как говорится.
Фирма ASD не считает нужным указывать расхождение светового потока, равно как и CRI. Можно, конечно, догадаться, что 90% в левом нижним углу это и есть CRI, но не все из нас экстрасенсы, да и производитель в гарантийном листке с описание характеристик ламп указывает, что это какая-то мифическая эффективность.
A вот у производителя Supra в штате работают люди со зрением 146%, ибо информация на коробке не читается чуть более, чем полностью. Вы можете практически увидеть пикселизацию букв и цифр при печати.
2. Существует ГОСТ, нормальный советский российский ГОСТ на измерение светодиодных ламп, в котором оговариваются многие параметры, в частности цветовая температура. Так почему же тогда не воспользоваться определениями, данными в нём, и использовать классификацию 2700-3000-3500-4000-4500К?!
3. Почти ни одна из лампочек в реальных, измеренных характеристиках не добралась до CRI или Ra 80, что очень печально. Ещё 4 года назад Оптоган выпустил лампу пусть не самого лучшего качества сборки, но зато с Ra 80. Точка. Это такая психологическая отметка, преодолев которую в реальном, а не виртуальном мире, лампочка может считаться достойным произведением светотехнического искусства.
4. Есть определённые подозрения, что разные производители светодиодных ламп пользуются продукцией одних и тех же фирм, изготавливающих LED, в основном, конечно же, в Китае. Проверим эти предположения во второй части обзора.
Что ж, осталось посмотреть, как все эти лампочки выглядят изнутри!
PS: Убедительная просьба: замечания и предложения по тексту отправлять в ЛС.
Во-первых, полный список опубликованных статей «Взгляд изнутри» на Хабре:
Вскрытие чипа Nvidia 8600M GT, более обстоятельная статья дана тут: Современные чипы – взгляд изнутри
Взгляд изнутри: CD и HDD
Взгляд изнутри: светодиодные лампочки
Взгляд изнутри: Светодиодная промышленность в России
Взгляд изнутри: Flash-память и RAM
Взгляд изнутри: мир вокруг нас
Взгляд изнутри: LCD и E-Ink дисплеи
Взгляд изнутри: матрицы цифровых камер
Взгляд изнутри: Plastic Logic
Взгляд изнутри: RFID и другие метки
Взгляд изнутри: аспирантура в EPFL. Часть 1
Взгляд изнутри: аспирантура в EPFL. Часть 2
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 2
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 3
Взгляд изнутри: мир вокруг нас — 4
Взгляд изнутри: 13 LED-ламп и бутылка рома. Часть 1
и 3DNews:
Микровзгляд: сравнение дисплеев современных смартфонов
Во-вторых, помимо блога на HabraHabr, статьи и видеоматериалы можно читать и смотреть на Nanometer.ru, YouTube, а также Dirty.
Автор: Tiberius
