Jeszcze niedawno za szczyt nowoczesności uchodziły reflektory biksenonowe, jednak ich kariera już dobiega końca – dziś nowe modele aut coraz częściej wyposażane są w reflektory LED. Mało kto wie, że pierwszym samochodem seryjnie wyposażanym w przednie światła LED był w 2008 roku ekskluzywny Lexus LS 600h. Tymczasem praktycznie niezauważenie dla zwykłych użytkowników źródła światła LED nieuchronnie wypierają tradycyjne żarówki ze świateł stopu, pozycyjnych i kierunkowskazów, przyczyniając się do poprawy ich widoczności, a zatem i zwiększenia bezpieczeństwa. Czym są światła LED i dlaczego warto je mieć?
fot. Lexus
LED to skrót od angielskiej nazwy „Light Emitting Diode”, po polsku dioda elektroluminescencyjna – element półprzewodnikowy, który emituje światło, gdy przepływa przez niego prąd elektryczny o małym natężeniu. Jego serce stanowi umieszczona wewnątrz przejrzystej obudowy maleńka płytka kryształu – to właśnie ona świeci. Co ciekawe, diody LED mogą wytwarzać jedynie światło monochromatyczne o konkretnym, „czystym” kolorze – czerwone, żółte, zielone, niebieskie itd. Światło białe uzyskuje się, mieszając kolory podstawowe (czerwony, zielony i niebieski) lub – najczęściej – za pośrednictwem luminoforu, czyli substancji, która oświetlona np. światłem niebieskim czy ultrafioletowym sama świeci światłem białym.
Zjawisko elektroluminescencji półprzewodników odkrył w 1907 roku brytyjski eksperymentator H. J. Round z Laboratoriów Marconiego, a pierwszą diodę świecącą zbudował - z dużą pewnością - Rosjanin Oleg Łosiew w roku 1927, który zauważył "świecenie" diod ostrzowych używanych w odbiornikach radiowych. Jednak pierwsze diody LED do zastosowań specjalnych pojawiły się dopiero w roku 1962. Na rynek konsumencki diody świecące trafiły dopiero w latach 70. Były jeszcze malutkie, delikatne, słabe i drogie – jedynie wizjonerzy wierzyli, że rozwój pozwoli kiedyś wykorzystać je do oświetlenia.
Prawdziwa rewolucja LED nadeszła dopiero w drugiej dekadzie XXI wieku, gdy opracowano wyrafinowane półprzewodniki pozwalające uzyskać dużą siłę światła i metody uzyskiwania światła białego, a masowa produkcja umożliwiła spadek cen do poziomu akceptowalnego przez konsumentów – ruszył samonapędzający się mechanizm.
Diody świecące w motoryzacji trafiły najpierw na tablice przyrządów, jako kolorowe kontrolki kierunkowskazów, świateł mijania czy hamulca ręcznego. Gdy pojawiły się mocne diody czerwone, zyskały zastosowanie w dodatkowych, górnych światłach stopu. W tej roli istotna jest ich ogromna zaleta – czas reakcji jest natychmiastowy (bez zbędnej zwłoki na rozjarzenie żarnika w zwykłej żarówce), dając w ten sposób jadącemu z tyłu kierowcy więcej czasu na reakcję.
Inna zaleta, praktycznie nieograniczona trwałość sprawiła, że najszybciej rozpowszechniły się w pojazdach użytkowych – ciężarówkach i autobusach, jako światła stopu, pozycyjne i kierunkowskazy. Ich użytkownicy byli gotowi zapłacić nieco większą cenę, którą z nawiązką rekompensuje brak przestojów związanych z wymianą żarówek.
Potem diody LED upowszechniły się też w autach osobowych. Mikroskopijne rozmiary i bardzo mały pobór prądu przez diody otwierają przed konstruktorami zupełnie nowe możliwości – można teraz praktycznie dowolnie kształtować światła stop czy kierunkowskazy albo tworzyć efektowne kierunkowskazy sekwencyjne, jak w Lexusie RX czwartej generacji, gdzie po kolei zaświeca się 18 diod.
Gdy pojawiły się diody świecące światłem białym, ich wykorzystanie w samochodowych reflektorach było już tylko kwestią czasu. Producentów kusiły oczywiste zalety diod elektroluminescencyjnych – trwałość wielokrotnie przewyższająca żywotność żarówek czy lamp ksenonowych, niewrażliwość na wstrząsy i wibracje, a także niewielkie wymiary, dające projektantom bezprecedensową swobodę w tworzeniu nadwozi, bez ograniczeń stwarzanych przez tradycyjne odbłyśniki. Początkowo jednak stosunkowo niewielka siła światła wczesnych białych LED-ów umożliwiała jedynie ich użycie jako świateł do jazdy dziennej czy pozycyjnych.
Wreszcie jednak skonstruowano białe diody o sile światła wymaganej do zastosowania w światłach mijania i drogowych. Reflektory LED w samochodzie osobowym zainstalowano fabrycznie, po raz pierwszy w 2008, w luksusowej limuzynie Lexus LS 600h, a wraz ze spadkiem cen śladami japońskiej firmy poszli inni producenci, miedzy innymi Audi i BMW.
fot. Krzysztof Golec, autoflesz.com
Dziś całkowicie półprzewodnikowe światła przednie stają się już standardem, stanowiąc fabryczne wyposażenie coraz większej liczby nowych modeli samochodów. Tak jest na przykład w przypadku Toyoty Prius IV generacji czy aktualnego modelu Lexusa RX, w którym reflektory LED wyposażono w funkcję adaptacyjnych świateł drogowych, automatycznie dostosowująca kształt wiązki światła w ten sposób, by nie oślepiać kierowców aut znajdujących się przed samochodem. Za kilka lat diody elektroluminescencyjne całkowicie wyprą tradycyjne źródła światła, a żarówki przejdą do historii, jak kiedyś lampy naftowe...
Od redakcji: ostrożnie należy mówić o wynalazcach diody LED, gdyż może mieć ona kilku ojców. Z dużym prawdopodobieństwem można natomiast mówić o inż. Nicku Holinyaku, który opisał i zaprojektował tę znaną diodę do czasów obecnych. Działanie diody LED dość mocno nagłaśniano w końcowych latach 70. ubiegłego wieku studentom zainspirowanym nowymi technologiami. Wówczas jedyną dostępną diodą w Polsce była czerwona, nieco później żółta, zielona, a najpóźniej niebieska i fioletowa. Popularne diody białe o dużej luminancji to pieśń kilku ostatnich lat, gdy opracowanie przemysłowe diody święcącej kolorem białym (niebieska poświata) stało się względnie tanie. Dziś to już obowiązująca poprawność wśród wielu producentów popularnych marek.
Warto dodać, że w późnych latach 80. ubiegłego stulecia polskich elektroników ogarnął szał samodzielnego budowani pierwszych zegarów elektronicznych na układach scalonych (np. MC 1201, a później MC 1204) i wyświetlaczach LED (najpierw koloru czerwonego, a później zielonego). Tak powstawały pierwsze kalkulatory, monitory do komputerów domowych Sinclare, Atari, Timex czy Amiga. Dziś wydaje się to nobliwą osobliwością, ale pamiętajmy, że w czasach PRL-u kupno pierwszego telewizora kolorowego Rubin, a później Jowisz i Helios było wydarzeniem, jak dziś nowa era technologii LED w samochodach.
Przypomnijmy jedynie, że zasada pracy diody LED opiera się na rekombinacja nośników (elektronów) z wyższego poziomu na niższy, co nazwano przejściem prostym. Półprzewodnikiem o takich właściwościach jest arsenek galu GaAs. Aby promieniowanie arsenku galu było widzialne powierzchnię pokrywa się tzw. przetwornikami podczerwieni np. luminofor. Barwa promieniowania emitowanego przez LED zależy od zastosowanego półprzewodnika np. arsenek galu, fosforek galu, fosforek-arsenek galu, galo-arsenek glinu czy azotek galu (niebieska, biała).