Что это такое? Под источником света вообще подразумевается все, что светится. С этой точки зрения источником света может называться любая точка пространства-времени, в окрестностях которой происходит движение фотонов, например ваша рубашка. Естественно, хотя она и излучает свет вынужденным излучением, ее свечение представляет интерес разве что на дискотеке, для чего на оных и делается специальное интерьерное освещение.

Именно поэтому мы отвлечемся от философского восприятия мира и в частности источников света и определим их как самосветящиеся объекты, света которых достаточно для освещения и/или обозначения ближайших несветящихся объектов. Т.е., говоря по-русски лампочки, свечки, светлячки и т.п.

С чисто человеческой привычкой упорядочивать все в нашем хаотическом мире проведем классификацию источников и выделим из них лампочки. Естественно для классификации нужны какие-то признаки – например по принципу действия, по применению и т.п. Для начала проведем классификацию по принципу действия, т.е. применяемом в источнике виде энергии. Итак,
классификация источников света по принципу действия:

электрические, т.е. источники света, питаемые электрической энергией. Т.е. лампы. Кроме ламп бывают самые разнообразные электрические источники света, например светодиоды, но в последнее время в литературе большая часть эти источники сводятся к тем или иным видам ламп. В качестве примера дюралайт описывается (и совершенно справедливо) как набор ламп, заключенный в гибкий провод, а так называемый «неон» (газосветные трубки, очень часто встречающиеся на вывесках) называют газосветной лампой или лампами
тепловые. Свечи, костры, лампы, из которых вылезают джинны, а также все что горит. Применяются с древнейших времен нашими предками и в особо романтичных и походных случаях нами, а также фанатами на стадионах.
химические. Химические свечи, самосветящиеся фосфорицирущие поверхности и проч. Применяются в случаях отключения электроэнергии или когда таскать ее с собой не целесообразно.
биологические. Светлячки летающие, ползающие или плавающие. В некоторых южных странах светляки дают достаточно света для освещения ночью. Ходят слухи, что Пентагон разрабатывает программу по выведению сверхярких светлячков с целью боевого применения

Из вышесказанного становится очевидно, что среди остальных источников света лампы занимают не так уж много места, как хотелось бы, но почему-то видим мы в основном их. Впрочем, ответ на этот занятный вопрос автор оставит читателю на его усмотрение. Тем не менее, одно из несомненных преимуществ ламп заключается в том, что горят (точнее светятся) они, когда это удобно вам и как вам это надо и, кроме того, намного дешевле. Например, средняя лампочка на 60 Вт живет якобы 1000 ч и стоит 4-5р., а свечка горит около 7 ч и стоит около 10 р.

Немного теории. Электрические источники света разделяются на три вида: накаливания (тепловые), разрядные и полупроводниковые (светодиоды).

1. Лампы накаливания (ЛН). Западное название Incandescent lamp. Наиболее часто применяются в домашних условиях вследствие низкой цены и идеальной цветопередачи. Как это происходит? Из школьного курса физики известно, что любое тело теплее абсолютного нуля (- 273 по Цельсию) эмитирует электромагнитное излучение. Причем для так называемого абсолютно черного тела (т.е. поглощающее любое излучение вне зависимости от прочих факторов) выведен закон смещения Вина:

lmaxT=b,

где lmax – длина волны, на которой интенсивность излучения максимальна, T – температура тела в Кельвинах, b - постоянная Вина, равная 2898*103 нм*К. Это означает, что чем больше температура черного тела, тем короче длина волны, на котором его «свечение» (видимое или нет) максимально. Само же распределение энергетической светимости (т.е. количество выделившейся электромагнитной энергии – «свечения» - с единицы площади) по спектру соответствует закону Планка:

mes(l,T)=c1l-5[ec/(lT)-1]-1 ,

где с1=2phc02=3,742*10-16 Вт*м2, c2=hc0/k=1,439*10-2 м*К. Этот закон описывает зависимость энергетической светимости абсолютно черного тела (АЧТ) от его температуры и длины волны. Подразумевается, что для одной и той же T АЧТ существует бесконечное количество различных mes, для каждой из которых существует своя длина волны. Это и называется спектральным распределением энергетической светимости.

С учетом того, что наши глаза примерно адаптированы к спектру излучения Солнца (существует множество теорий, почему чувствительность глаза не точно соответствует солнечному спектру, но мы не будем их сейчас рассматривать) было бы идеально нагреть нить до температуры излучения Солнца… но температура плавления вольфрама и его сплавов много ниже. Поэтому нить нагревают обычно до 2700 К. В этом случае максимум спектра «уезжает» далеко в инфракрасную область и на долю видимого излучения остается его малая часть. Достаточно сказать, что идеальная световая отдача (количество светового потока на 1 Вт электроэнергии) равняется 683 лм/Вт, а светоотдача лучших из ЛН пока не превосходит 15 лм/Вт, т.е. 2,2 % от идеала.

Зато сплошной спектр лампы обеспечивает идеальную цветопередачу. В общем, красивый фиолетовый цветовой элемент, видимый на солнце не станет внезапно мерзкого болотного цвета только потому, что лампа, стоящая у Вас на столе – модная разрядная с «улучшенной» цветопередачей. Слово «идеальную» надо понимать буквально потому, что само понятие цветопередачи основано на применении источника со сплошным тепловым спектром. Вкратце индекс цветопередачи означает насколько «вид» образцов конкретных цветов при освещении их разрядной лампой соответствует «виду» тех же образцов при освещении ЛН с той же цветовой температурой (одинаковой цветности – попросту цвета – свечения).

Кроме этого в ЛН из дорогих материалов используется только вольфрам, и то в мизерных количествах, а в разрядных лампах… но об этом ниже, также как и о сложностях, связанных с их включением. Так или иначе, но стоимость ЛН в ночном супермаркете 4 р., а компактной люминесцентной лампы – 430 р. Подозреваю, что выбор человека, желающего заменить лампочку у себя дома, очевиден.

Есть еще одна причина, по которой ЛН до сих пор используются в сценической, студийной и лабораторной практике. Дело в том, что их потоком легко управлять и их включение происходит моментально.

Галогенные лампы накаливания (ГЛН) Западное обозначение Halogen lamp. Марки основных производителей: КГ-xxx* (Россия), HaloLine-xxx (Osram)… Принципиально и конструктивно не отличаются от обычных ЛН. Но обладают более высоким сроком службы или чуть более высокой светоотдачей. Повышение срока службы/светоотдачи (между сроком службы и светоотдачи существует прямая зависимость – чем больше светоотдача при прочих равных – тем меньше срок службы) происходит за счет так называемого иодно-вольфравомого цикла, возвращающего испарившийся вольфрам обратно в спираль. Впоследствии выяснилось сам процесс цикла много сложнее, нежели теоретическое представление о нем людей, его использующих в специальной литературе. Из-за чего нет смысла приводить его подробного описания.

Экономические показатели ненамного выше обычных ЛН вследствие более высокой цены.

Итог. ЛН и ГЛН обладают крайне низкой ценой по сравнению с другими источниками света, что делает их использование оптимальным в домашних условиях. Идеальная цветопередача и удобство управления потоком обеспечивает им нишу в сценической и метрологической области. В промышленном освещении их применение ограничено вследствие низких эксплуатационных характеристик, поэтому в этой области обычно используются РЛ.

*- мощность лампы в обозначении.

2. Разрядные лампы. РЛ значительно превосходят ЛН в светоотдаче, сроке службы… и цене. Принцип действия основан на разряде в газе или парах металлов или их соединений. При ионизации возникает эффект вынужденного излучения.

К сожалению, спектр излучения основных материалов, используемых в РЛ, не является сплошным, т.е., говоря по-русски, изначально у этих ламп была невысокая цветопередача. Автору известен эпизод, когда фиолетовая краска при освещении разрядной лампой стала зеленой! Хотя не стоит отвлекаться: какие же существуют виды разрядных ламп?

· Люминесцентная лампа (ЛЛ). Западное обозначение – fluorescent lamp. Марки основных производителей: ЛБ-xxx*, ЛД-xxx, ЛДЦ-xxx (Россия), TL-D-xxx (Philips)… Наиболее знакомая и намозолившая всем глаза длинная трубка с рожками, начинающая мигать в самый неподходящий момент. Узнали? Она самая. Впрочем, в мигании виновата не сама лампа, а низкая культура производства светильников. Дело в том, что для запуска (в общем, чтобы светилась) любой РЛ недостаточно просто подвести по проводу с одной стороны и с другой. Для этого требуется специальный пускорегулирующий аппарат (ПРА) – это объясняется тем, что для создания разряда требуется напряжение, много превышающее сетевое. Таковы уж тонкости плазменной физики.

Сама же лампа состоит из стеклянной трубки, двух цоколей, люминофора, нанесенного на стекло изнутри, аргона и ртути. (Не пугайтесь. Трубка герметична, а ртути в ней десятые, если не сотые доли грамм.) Резонансные линии разряда ртути возбуждают люминофор, который начинает излучать видимое излучение. Сами по себе эти линии являются по большей части ультрафиолетовыми, поэтому без люминофора почти не видны.

Еще одним недостатком является вероятность переохлаждения ртути – при температурах ниже -15 С0 у ламп начинает резко падать световой поток и они могут погаснуть.

Резюме: ЛЛ обладают высоким сроком службы, более высокой светоотдачей (по сравнению с ЛН) и относительно невысокой ценой. Поэтому применяются в качестве функционального освещения внутри зданий. За исключением специальных случаев не рекомендуется их применение при низких (ниже -15 С0) температурах – лампы начинают работать нестабильно и могут погаснуть.

· Компактная люминесцентная лампа (КЛЛ). Западное обозначение –fluorescent lamp. Марки основных производителей: Dulux-x**-xxx (Osram), PL-x-xxx (Philips)

Длина люминесцентных ламп составляет некоторое неудобство с точки зрения гибкости применяемых дизайнерских решений. Ведь очень часто проще оперировать точками диаметром 20 см, чем квадратом 60х60 (в последнее время среди дизайнеров это вообще считается дурным тоном). В тоже время специалисты по физике плазме пришли к выводу, что трубка необязательно должна быть прямой.

Итак, появились КЛЛ. У них изогнутая трубка или это могут быть две прямые трубки, соединенные перемычкой. (Кстати, этих трубок может быть несколько в одной лампе.) Таким образом, начало и конец плазменного канала находятся на небольшом расстоянии друг от друга и цоколь лампы сконцентрирован в одном месте.

В результате появились не только лампы, рассчитанные под светильники с пускорегулирующим аппаратом, но и КЛЛ со встроенным ПРА. Например, сейчас на каждом мелкооптовом рынке можно найти лампы с трубкой скрученной в виде спирали (так называемая лампа Аладдина) и другие КЛЛ, предназначенные для замены ЛН. Такие КЛЛ часто называют энергоэкономичными потому, что их можно вкрутить в обычный цоколь Е27, и они будут работать, потребляя в 6 раз меньше электроэнергии чем ЛН.

Эти лампы они имеют значительно меньшую зависимость от температуры окружающей среды, что значительно расширяет сферу их применения.

К сожалению, для штатных КЛЛ пришлось разработать специальные узкополосные люминофоры, что привело к некоторым сложностям в цветопередаче и несколько повысило цены. Правда, в данный момент часто стали применяться еще более дорогие люминофоры SuperDeLuxe, существенно исправившие эту проблему. Помимо цены их основным недостатком является снижение потока лампы на 15 – 20 %.

Резюме. Разнообразие различных КЛЛ на светотехническом рынке говорит о том, что их потребление резко возросло. Они могут применяться как для функционального, так и для домашнего освещения, в том числе в настольных лампах. КЛЛ часто применяются для архитектурного освещения. Более того, появились длинные лампы КЛЛ (типа TC-L), которые лишь с натяжкой можно назвать «компактными». Они применяются в светильниках, похожих на обычные растровые для ЛЛ.

· Дуговые ртутные люминесцентные лампы (ДРЛ). Западное обозначение – mercury lamp. Марки основных производителей: ДРЛ-xxx (Россия), HQL-xxx (Osram), HPL-xxx (Philips)… В отличие от люминесцентных ламп (ЛЛ и КЛЛ), давление паров ртути в лампах ДРЛ намного выше. Они относятся к типу РЛВД (ртутные лампы высокого давления).

Работа лампы практически не изменилась, за исключением нескольких нюансов. Во-первых для них нужен несколько иной тип ПРА. Во-вторых для разжигания любых РЛВД (не только ДРЛ) до полного потока требуется около 15 – 30 мин. Давать какой-то свет лампа, конечно, начинает раньше (минут за 3 – 5), но полностью она разгорается только за означенное время. В-третьих температура горелки лампы намного выше, поэтому ее свечение практически не зависит от температуры окружающей среды.

Срок службы ламп ДРЛ сопоставим со сроками службы ЛЛ и КЛЛ. Стоимостные показатели для самих ламп также можно считать сопоставимыми, но светильники для этих ламп несколько дороже. Впрочем, мощность ламп ДРЛ много выше ЛЛ и КЛЛ, что позволяет достичь значительно лучшего соотношения Фсв/руб. (светового потока на рубль). Относительно небольшие размеры ламп ДРЛ позволяют использовать их в качестве точечных источников с большим световым потоком. К сожалению, у ламп ДРЛ низкий индекс цветопередачи.

Таким образом, лампы ДРЛ изначально применялись для функционального освещения улиц, проезжей части, освещения ангаров и складов, т.е. мест, не предъявляющих высокого требования к качественным характеристикам освещения.

В настоящее время лампы ДРЛ вытесняются лампами типа ДРИ (МГЛ) и ДНаТ. Последние вы можете наблюдать на любой крупной улице Москвы – они характеризуются оранжевым свечением. Но об этом – ниже.

Резюме. В данный момент концепция РЛВД с люминофором потеряла свою актуальность и постепенно вытесняется более современными разработками в данной области. Тем не менее, вследствие относительно низкой стоимости ДРЛ, последние широко используются в промышленном, ангарном и складском освещении. Лампы ДРЛ могут применяться при низких температурах без риска погаснуть в самый ответственный момент.

· Металлогалогенные лампы (МГЛ), в том числе дуговые ртутные с излучающими добавками (ДРИ). Западное обозначение – metal halide lamp. Марки основных производителей: ДРИ-xxx (Россия), HCI-x-xxx, HQI-x-xxx (Osram), HIT-x-xxx (BLV), CDM-x-xxx, MHW-x-xxx, MHN-x-xxx (Philips)…Эти лампы представляют собой дальнейшее развитее РЛВД. Главным отличием является присутствие внутри горелки галоидных соединений (т.е. соединений с йодом, бромом, хлором) различных металлов. При высоких температурах в условиях разряда происходит распад соединения. Таким образом, свободные ионы металлов начинают участвовать в разряде, добавляя собственные линии излучения.

В целом, с помощью добавок, можно получить очень высокие индексы цветопередачи, широкий спектр цветовых температур и повышение светоотдачи лампы. Лампы типа МГЛ имеют широкую область применения: начиная с ламп общего назначения и заканчивая использованием их в телесъемках. Также МГЛ применяются в специальных в облучательных установках.

МГЛ общего назначения – ДРИ (дуговые ртутные с излучающими добавками). Эти лампы очень похожи на рассмотренные выше ДРЛ, и конструктивно их как правило повторяют. Единственным принципиальным отличием является отсутствие люминофора на большинстве ламп ДРИ и двухцокольная конструкция современных маломощных ламп.

По сравнению с ДРЛ МГЛ (обычно под аббревиатурой «МГЛ», подразумевается именно лампа общего назначения типа ДРИ) обладает лучшей светоотдачей и более высоким индексом цветопередачи. А вот срок службы МГЛ несколько ниже, чем у ДРЛ. Стоимость ламп этого типа значительно выше, но экономические недостатки покрываются универсальностью ламп. Также существуют цветные МГЛ, широко применяемые при решении задач архитектурного освещения.

Резюме. На данный момент МГЛ (ДРИ) – самая распространенная лампа, используемая в архитектурном освещении. Также используется и при внутреннем освещении. В основном предназначена для светильников прожекторного типа, хотя периодически употребляется в светильниках типа «даунлайт». Основными преимуществами является способность обеспечивать высокие качественные и количественные показатели освещения наряду с использованием в уличных условиях, в том числе и при низких температурах.

· Натриевые лампы, в т.ч. ДНаТ – дуговые натриевые трубчатые. Западное название – sodium lamp. Марки основных производителей: ДНаТ-xxx (Россия), NAV-x-xxx (Osram), SON-x-xxx, SDW-xxx…Одним из направлений развития РЛ стал поиск материала для создания разряда, альтернативного ртути. В частности таким материалом стал натрий. В результате получился один из самых эффективных по световой отдаче источников света. Кроме того натриевые лампы относительно недороги в соотношении со светоотдачей и световым потоком.

Вопреки распространенному мнению, в натриевой лампе все же используется ртуть, но только в качестве буферного газа. Основным же рабочим материалом является натрий, вследствие чего изменился спектр лампы, что заметно по желто-оранжевому свечению лампы.

Натриевые лампы низкого давления (НЛНД). Эти лампы обладают высокими энергетическими характеристиками, но при этом у них крайне низкий индекс цветопередачи. Поэтому они применяются разве что для туннельного освещения и т.п. целей.

Натриевые лампы высокого давления (НЛВД), в т. ч. ДНаТ. Лампы высокого давления требуют значительно более высокой культуры производства, чем НЛНД. Наиболее используемым видом ламп НЛВД является ДНаТ – дуговая натриевая трубчатая. Лампы этого типа характеризуются высоким уровнем светоотдачи и более высоким уровнем цветопередачи, чем НЛНД, что существенно расширяет спектр их применения. Своеобразный желто-оранжевый цвет свечения делает эти лампы эффективным приемом архитектурного освещения в сочетании с другими типами ламп.

Резюме. Лампы типа ДНаТ широко используются для уличного и архитектурного освещения. Так же, как лампы ДРЛ и МГЛ они могут использоваться в условиях низких температур. Высокая светоотдача делает их высокоэффективным источником света для функциональных целей.

Кроме вышеописанных ламп, существуют и другие типы РЛ, но из-за их нечасто используют в целях неспециального освещения, мы ограничимся только их перечислением: ксеноновые лампы, серные лампы, импульсные и др.

Итог. На сегодняшний день РЛ представляют собой самый распространенный источник электрического освещения и во многих случаях вытесняют ЛН. Но, несмотря на далеко не полностью реализованный потенциал РЛ, будущее все же за светоизлучающими диодами.

* - мощность лампы в обозначении.

Как уже было сказано излучение светодиода возникает в процессе p-n-перехода при обработке последнего специальными легирующими материалами с использованием редкоземельных элементов. Таким образом, в излучающей электрической схеме практически нет паразитных элементов, кроме балластного сопротивления и диодного моста, выпрямляющего ток. Следовательно электрическая энергия преображается в излучение наиболее непосредственным образом из всех существующих, что позволяет добиться наибольшей светоотдачи на сегодняшний момент.

Спектр светодиодов (за исключением белого) – линейчатый, приближающийся к монохроматическому. Поэтому довольно долго не существовало белых светодиодов – ведь белый свет представляет собой смешение цветов.

В настоящее время задачу решили двумя способами: первый, наиболее распространенный, вариант предполагает использование ультрафиолетового светодиода с нанесенным на линзу люминофором, а второй – использование так называемой светодиодной сборки из трех светодиодов – зеленого, красного и синего. Последний вариант называется «полноцветным» светодиодом и при соответствующем управлении может принимать практически любой цвет. В качестве же чистых белых светодиодов используется обычно первый вариант. Это объясняет, почему белые светодиоды обычно дороже красных, янтарных (желтых) и зеленых, но идут в одну цену с ультрафиолетовыми и синими.

Сейчас светодиоды редко используются в «независимом» исполнении. Наиболее распространены «светодиодные сборки» или «модули». Они могут быть подобны дюралайту или неону (газоразрядным трубкам), могут быть точечными источниками света, в том числе и со стандартными цоколями и под стандартное напряжение и т.п. Вообще сборкой можно назвать практически любую светодиодную схему, многие из которых существуют на рынке или могут быть изготовлены на заказ. Обычно такие сборки производятся под напряжение 12 В, хотя есть и лампы-сборки под 220 В.

В то же время многие «дорогие» компании-производители организовали производство светильников «новой волны» с применением светодиодов. Эти светильники также обычно производятся под напряжения 12 и 220 В.

Надо заметить, что к сегодняшнему дню цена светодиодных сборок и светильников на их основе выше нежели у светильников с РЛ, имеющих соответствующий световой поток. Тем не менее удобство в эксплуатации, связанные с большим сроком службы, малый расход энергии и возможность использования светильников с небольшим потоком, экологическая чистота и простота утилизации, а также влияние «новой волны» позволяют светильникам на основе светодиодов и светодиодных сборок создавать серьезную конкуренцию светильникам с РЛ.

Итог. Светильники на основе светодиодов и светодиодных сборок (модулей) занимают все большую нишу на светотехническом рынке – от бытовых и походных до профессиональных. Возрастающая культура производства стран Юго-Восточной Азии вкупе с недорогой рабочей силой может позволить снизить цены на этот тип источников до конкурентной по сравнению с РЛ. Электрические, световые, эксплуатационные, а также экологические характеристики светодиодов имеют существенное превосходство перед характеристиками РЛ, что позволяет считать наиболее перспективными светильниками на настоящий момент.