Удивительно, как быстро светодиоды вытеснили ксенон с олимпа автомобильной моды. Ещё недавно потолком их применения были индикаторные лампочки и карманные калькуляторы, а сегодня светодиоды везде: в телевизорах и смартфонах, в уличном освещении и наружной рекламе, в квартирах и, конечно, в автомобилях. Топовые комплектации дорогих машин щеголяют светодиодной оптикой, оставив ксенон версиям попроще. Что уж говорить об обычных «галогенках», постепенно уходящих в прошлое. Массовое производство диодов делает их доступнее — купить светодиоды для автомобиля сегодня может каждый. Но перед походом в магазин давайте узнаем о них чуть больше.
Технология LED
Light-Emitting Diode (LED), светоизлучающий диод — полупроводник, который светится при пропускании электрического тока. Особенность светодиода — заранее заданный цвет, который зависит от химического состава компонентов. Например, первые светодиоды на основе фосфида галлия были исключительно красными.
До конца XX века светодиоды использовались мало, поскольку были весьма дорогими. Прорыв совершили японцы, создавшие в начале 1990-х годов дешёвый синий светодиод из нитрида галлия. А покрыв его жёлто-зелёным люминофором, переизлучающим часть синего спектра, удалось добиться свечения белого цвета. За эти открытия Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамуре присуждена Нобелевская премия по физике.
Сегодня промышленно выпускаются красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, синий, фиолетовый и пурпурный светодиоды. Этого вполне достаточно, ведь их комбинации дают всю воспринимаемую человеком цветовую палитру. Белый цвет, получаемый из синих диодов, имеет разную цветовую температуру в зависимости от состава люминофора: он может быть как тёплым, так и холодным, по аналогии с газоразрядными лампами.
Преимущества светодиодов
Чем же так хороши светодиоды? По сравнению с привычными источниками света — лампами накаливания и газоразрядными лампами — у диодов довольно много преимуществ. Перечислим основные.
Высокая эффективность
Световая отдача (количество люмен света на каждый потребленный ватт) диодов почти в 10 раз выше, чем у ламп накаливания и ксеноновых ламп. Например, чтобы создать световой поток 1200 Лм, понадобится лампа накаливания мощностью 100 Вт, а диодной лампе достаточно 12 Вт. Схожей экономичностью могут похвастать только энергосберегающие люминесцентные лампы, которые в автомобилях не используются.
Прочность и вибростойкость
С детства мы знаем, что с лампой накаливания нужно обращаться аккуратно: чтобы порвать нить, не обязательно даже ронять лампу — достаточно просто с силой встряхнуть её. В галогенных автомобильных лампах используют более прочные нити, но и они со временем утончаются и перегорают. В газоразрядных лампах нитей нет, но малейшее повреждение стеклянной колбы для них фатально. А вот диодная лампа твердотельная, и хрупких элементов в ней просто нет.
Долгий срок службы
Ресурс светодиодной лампы — до 100 тысяч часов, при ежедневном свечении в течение 8 часов качественный диод проработает 34 года. Такие показатели недостижимы для других типов ламп: самые живучие люминесцентные работают не больше 20 тысяч часов, а дешёвый ксенон нередко ломается и после 3 тысяч. Галогенная лампа светит 2–4 тысячи часов, а простая лампа накаливания — всего 1 тысячу. Как видно, разница с диодами огромна. Кстати, светодиоды не умирают моментально, как другие лампы — признаком их скорой кончины служит потускневший свет.
Отсутствие инерционности
При включении диодам не нужно время на прогрев, как ксеноновым лампам: они включаются сразу на полную яркость, и так же моментально выключаются, без плавного затухания. Кстати, количество циклов включения-выключения не оказывает особого влияния на срок службы светодиодов, в то время как лампы накаливания часто сгорают при включении, да и ксеноновыми «моргать» не рекомендуется.
Морозостойкость
Светодиоды не чувствительны к низким температурам, а сами кристаллы на морозе работают даже эффективнее. Температура -40°C для них совершенно нормальна, поэтому светодиоды так популярны у производителей светящихся вывесок уличной рекламы. А вот высокую температуру светодиоды, как и любые полупроводники, не любят: нагрев до 60–80°C для них нежелателен, так что в сауне диодную лампу вы не встретите. А для светодиодов большой мощности требуется дополнительное охлаждение (об этом — ниже).
Экологичность и безопасность
Бытовые и автомобильные светодиоды не дают ультрафиолетового и инфракрасного излучения, а в их конструкции нет ртути и фосфора, как в газоразрядных лампах. В отличие от последних, диодам не требуется особая утилизация — они относятся к малоопасным отходам. И даже порезаться разбитым стеклом лампы не получится — стекла у светодиодов тоже нет.
Особенности автомобильных светодиодов
В автомобилях светодиоды используются повсеместно: в панели приборов и подсветке салона, в стоп-сигналах, поворотниках и ходовых огнях — везде их применение давно отлажено. Даже если с завода в этих узлах стояли обычные лампы накаливания, их замена на светодиоды не вызывает сложностей. Исключение — ближний свет фар, с ним пока не всё так просто.
Обязательное требование для головного освещения — выраженная свето-теневая граница (СТГ), ведь фары должны светить направленно. Их задача — освещать дорогу впереди и обочину, не ослепляя встречные машины. Для этого в классической фаре есть рефлектор — отражатель, формирующий правильный световой пучок. К сожалению, рефлектор для галогенных ламп накаливания подходит далеко не всем светодиодным.
Автомобильная фара — это продуманная оптическая система фокусировки света, рассчитанная на определённый размер источника. У галогенной лампы свет излучает тонкая нить накаливания, именно под неё и заточен рефлектор. При кустарной замене лампы на светодиодную, у которой диоды излучают свет во все стороны, оптическая схема нарушается, и фара светит абы как: вверх, вбок, «ёлочкой» и т. д. Чтобы результат не разочаровал, светодиодные лампы нужно правильно выбирать и скрупулёзно настраивать.
Для рефлекторных фар лучше всего подходят светодиодные лампы головного света, в которых диоды имитируют нить накаливания и расположены с двух сторон в одной плоскости. Чем диоды мельче и плотнее друг к другу, тем лучше: толстые отдельно стоящие диоды не впишутся в галогенную оптическую схему. Для производителей ламп это дилемма, ведь размер и количество диодов напрямую влияют на яркость, а компактные мощные диоды стоят прилично. Поэтому в недорогих китайских лампах много дешёвых диодов, торчащих во все стороны, как новогодняя гирлянда. Хорошие брендовые лампы выглядят скромнее: обычно у них несколько небольших, но качественных диодов, расположенных в ряд.
В линзованной оптике проблемы со свето-теневой границей нет, ведь там её формирует специальная перегородка. Но есть другая сложность с равномерностью освещения. Галогенные и ксеноновые лампы создают более яркое световое пятно в самом важном для водителя месте — на дороге впереди. Но со светодиодной лампой линза светит полностью равномерно и на дорогу, и на обочину, и прямо перед бампером. Это несколько размывает внимание при ночной езде.
При этом светодиодные лампы отлично показывают себя в дальнем свете и в противотуманных фарах — что в рефлекторной оптике, что в линзованной. Дневные ходовые огни и «ангельские глазки» вообще делаются только на диодах, там их преимущества бесспорны. Но вот с ближним светом пока есть нюансы. Конечно, они касаются исключительно нештатной установки диодов вместо галогенных или ксеноновых ламп. У заводских диодных фар, где оптическая схема изначально спроектирована под светодиоды, с ближним светом всё отлично.
При установке светодиодов в поворотники нужно помнить о реле, сигнализирующем о неисправности лампы. Из-за малой мощности диодов поворотники могут начать моргать с аварийной частотой, как будто одна из ламп сгорела. Проблему решает добавление в цепь дополнительного сопротивления.
Охлаждение светодиодов
Известно, что светодиодная лампа, в отличие от галогенной, не нагревает фару. Но это не значит, что сам диод при этом не греется — законы физики никто не отменял. Конечно, светодиоды малой мощности, которые ставят в габаритные огни, подсветку салона, ходовые огни и поворотники, нагреваются незначительно. Но мощные лампы головного света — другое дело, там диодный чип греется ощутимо. И его нужно охлаждать, иначе драйвер лампы (обычно в виде отдельной коробочки, похожей на блок розжига галогена) существенно снизит яркость.
Охлаждение мощных светодиодных ламп бывает активным и пассивным. Активное — с маленьким вентилятором в корпусе лампы, как на процессоре ноутбука — предпочтительнее, с ним яркость диода точно будет стабильной. Но оно требует чистого подкапотного пространства. Если автомобиль ездит по пыльным дорогам и бездорожью, то надёжнее будет пассивное охлаждение без движущихся деталей.
Самостоятельная замена галогенных ламп на светодиодные в любом случае оправдана: их яркость, низкий расход энергии и долговечность оценит любой автолюбитель. Но к установке диодов в фары головного света нужно подходить вдумчиво, хорошо разобравшись, что именно вы делаете и какого результата хотите добиться.
