Tehnologia LED

În prezent, tehnologia LED este în plin proces de înlocuire a becurilor clasice din vehiculele moderne.
Această oferă nu numai o eficiență luminoasă ridicată și o siguranță sporită, ci și o mai mare libertate de proiectare cât și posibilități de economisire a energiei.

Dioda emițătoare de lumină se mai numește și diodă de luminiscență sau, pe scurt, LED. LED înseamnă “light emitting diode”, deoarece transformă energia electrică în lumină. Din punct de vedere fizic, este o sursă de lumină rece și o componentă electronică semiconductoare în optoelectronică.
Conductivitatea sa se situează între cea a conductorilor (de exemplu, metale, apă, grafit) și cea a materialelor neconductoare (de exemplu, nemetale, sticlă, lemn).

Structura
LED-urile sunt disponibile înntr-o gamă larga de dimensiuni, modele și culori, în funcție de cerințe. Varianta clasică (LED standard) are o formă cilindrică și este închisă de o semisferă în punctul în care este emisă lumina. LED-urile simple sunt formate din:

• Cip LED
• Placă reflectorizantă (in contact cu catodul)
• Fir de aur (contact cu anodul)
• Lentilă din plastic

Mică și durabilă – Dioda de înaltă performanță
Diodele de înaltă performanță posedă un gol metalic mare care permite o mai bună reglare a căldurii. Deoarece căldura este disipată mai ușor, prin diodă poate trece mai mult curent, emisia de lumină acoperă o suprafață mai mare, iar randamentul luminos este mai mare. În comparație cu un simplu LED de 5 mm, rezistența la căldură este redusă de zece ori. În termeni practici, acest lucru înseamnă că o diodă de înaltă
performanță, are o suprafață de emisie pătrată de aproximativ 1 mm și o eficiență de aproximativ 40-100 Lumen. Puterea unui LED standard normal de 5 mm pălește în comparație cu aceasta.
Cu o dimensiune de 0,25 mm și o putere de mai puțin de 0,1 W și 20-30 mA, acesta atinge doar o eficiență de 1-2 Lumen.
Designul mic și plat al LED-urilor oferă o marjă de manevră considerabilă pentru proiecte de produse revoluționare: De exemplu, modulul de lumini de zi pentru autoturisme, camioane și rulote.

Construcție
Există diferite tipuri și modele de LED-uri. În funcție de domeniul lor de aplicare, acestea diferă în ceea ce privește structura, puterea și durata de viață. Printre cele mai cunoscute LED-uri se numără:

• Leaded LED: sunt precursoarele tuturor LED-urilor și sunt utilizate în principal în scopuri de control. În prezent, acestea sunt utilizate ca o combinație de mai multe LED-uri în spoturi LED, tuburi fluorescente sau module. Acestea sunt disponibile în dimensiuni de 3, 5 și 10 mm. Recunoașteți catodul, polul negativ al unui astfel de LED, prin faptul că este mai scurt decât anodul (polul pozitiv) și că învelișul de plastic este aplatizat. Unghiul de ieșire a luminii este determinat de forma lentilei din carcasă.

LED-urile SuperFlux sunt mai puternice decât LED-urile obișnuite și au până la patru cipuri (cristale semiconductoare). Printre modelele utilizate în mod obișnuit se numără “Piranha” și “Spider”. Acestea oferă un unghi larg al fasciculului și sunt utilizate în special pentru iluminatul de suprafață, deoarece lumina este emisă pe o suprafață. O bună disipare a căldurii se realizează prin intermediul a patru contacte, care pot fi controlate individual. Structura High Flux asigură o durată de viață lungă și le face să fie o sursă de lumină eficientă, care poate fi utilizată în mod universal.

LED-urile SMD: SMD înseamnă “Surface Mounted Device”, ceea ce înseamnă că această diodă este montată la suprafață. LED-urile SMD constau de obicei din trei sau patru cipuri avand contacte lipite pe placa de circuit imprimat sau pe suprafața de conectare. În ceea ce privește densitatea de curent, acestea pot străluci intensiv. Există numeroase versiuni de LED-uri SMD. Dimensiunea, forma carcasei și intensitatea fluxului luminos pot fi alese în mod variabil. Ele sunt utilizate în combinație cu alte LED-uri SMD în tuburi sau module fluorescente cu LED-uri. În industria auto, acestea sunt utilizate în principal pentru indicatoare de direcție, lămpi de stop sau lumini de zi.

LED-urile High Power, sunt leduri puternice si robuste, ce pot functiona la curenti de 1000mA, in conditii ideale de functionare. Ele sunt adesea folosite pe PCB-uri cu miez metalic. Designul lor neobișnuit impune cerințe sporite în ceea ce privește managementul termic.

LED-ul “Chip On Board” (COB) este cel mai avansat LED. Are acest nume deoarece este montat direct pe placa de circuit. Acest lucru se realizează prin așa-numitul “bundling”, care atașează cipurile printr-un proces complet automat pe PCB-ul placat cu aur. Contactul cu polul opus se realizează prin intermediul unui fir de aur sau de aluminiu.

Deoarece LED-urile COB nu utilizează reflectoare sau lentile optice, unghiul de fascicul al luminii emise este foarte larg. Cele mai mari avantaje ale tehnologiei COB sunt puterea de iluminare ridicată, iluminarea omogenă și numeroasele domenii de aplicare.

În ce constau LED-urile?
Practic, un LED este format din mai multe straturi de compuși semiconductori. Semiconductorii, cum ar fi siliciul, sunt materiale a căror conductivitate electrică se situează între cea a conductorilor, cum ar fi metale ca argint șau cupru, și cea a materialelor neconductoare (izolatoare), cum ar fi PTFE sau sticla de cuarț. Conductivitatea semiconductorilor poate fi influențată în mare măsură prin introducerea specifică de substanțe externe cu efect electric (prin intermediul unui proces cunoscut sub numele de dopaj). Diferitele straturi semiconductoare formează împreună cipul LED. Tipul de structură a acestor straturi (diferiți semiconductori) are o influență crucială asupra randamentului luminos (eficiență) și a culorii luminii LED-ului.

Dacă prin LED trece un curent în direcția de curgere (de la anod + la catod -), se creează (emite) lumină. Primul stratul dopat este pregătit prin încorporarea de atomi străini, astfel încât să existe un surplus de electroni. Înal doilea stratul dopat , există doar un număr mic de acești purtători de sarcină. Astfel se produc așa-numitele găuri de electroni (benzi interzise). Atunci când se aplică o tensiune (+) între straturile dopate, purtătorii de sarcină se deplasează unul spre celălalt. La joncțiunea celor doua straturi are loc
recombinarea (în care particule cu sarcini opuse se combină pentru a forma o entitate neutră). Acest proces eliberează energie sub formă de lumină.

Proprietăți electrice – de ce un curent prea puternic este dăunător
Dacă se aplică tensiune la un LED, rezistența scade la zero. LED-urile sunt componente extrem de sensibile, iar dacă curentul admisibil este depășit chiar și cu o cantitate mică, acestea pot fi distruse. Prin urmare, este important să nu conectați niciodată LED-urile direct la o sursă de tensiune.
Acestea pot fi conectate numai dacă în circuit este încorporat un limitator de curent sau o rezistență serie.
LED-urile de mare putere sunt controlate prin intermediul unui balast electronic care asigură un curent constant.

Controlul LED-ului
Deoarece LED-urile necesită doar puțin curent, acestea se aprind deja atunci când primesc doar o fracțiune (câțiva mA) din curentul direct permis. Acest lucru este adesea suficient pentru a furniza suficientă lumină. După cum s-a menționat deja, există diferite moduri de funcționare a LED-urilor, în funcție de domeniul de aplicare.

Durata de viață – modul în care evoluția temperaturii afectează durata de viață
Durata de viață sau, de asemenea, degenerarea luminoasă a unui LED se referă la perioada după care puterea de iluminare scade la jumătate din valoarea sa inițială. Capacitatea funcțională a unui LED depinde de mai mulți factori. Materialul semiconductor utilizat este la fel de important ca și condițiile de funcționare sau degenerarea cristalului de siliciu.

Totuși, valoarea reală a duratei de viață nu poate fi determinate general valabil. În timp ce LED-urile standard pot dura până la 100.000 de ore, LED-urile de mare putere pot fi utilizate doar pentru un sfert sau cel mult jumătate din acest timp (25.000- 50.000 de ore). Dacă ambele diode ar fi folosite non-stop, ar putea fi utilizate continuu timp de unsprezece și, respectiv, peste doi ani.

Durata de viață depinde în mare măsură de locație și de densitatea de curent furnizată. Cu cât fluxul de curent este mai mare, cu atât dioda se încălzește mai mult. Acest lucru scurtează durata de viață. Temperatura mediului ambiant este, de asemenea, relevantă pentru durata de viață, deoarece dioda cedează mai repede cu cât este mai cald în general. Practic, intensitatea radiației luminoase din LED-uri scade continuu în timp. Acesta este un avantaj, deoarece, spre deosebire de lămpile tradiționale (bec cu incandescență, halogen), un LED nu vă lasă brusc pe întuneric. Chiar dacă puterea de iluminare este redusă, în mod normal, acesta nu cedează brusc. Plasticul utilizat în mod normal la lentilele LED-urilor devine treptat încețoșat, ceea ce afectează, de asemenea, în mod negativ eficiența luminoasă.

Principalii factori care afectează durata de viață
-Temperatura
-Densitatea de curent
-Degenerarea cristalului de siliciu

Viitorul LED-ului – condiții optime de iluminare pentru vehicule
În prezent, din cauza costului său ridicat, LED-ul este utilizat de industria auto doar în segmentul premium, dar pe termen lung va deveni un standard. Acest lucru se datorează faptului că, pe lângă motivele economice, există în principal argumente tehnice pentru utilizarea LED-urilor în producția standard.
LED-urile oferă o funcționalitate deosebită, performanță tehnică și rezultate optime de iluminare. Acestea sprijină economisirea resurselor energetice și oferă mai multă siguranță în trafic. În plus, culoarea luminii asemănătoare cu cea a luminii zilei permite o percepție plăcută și sporită a luminii. Piața LED-urilor utilizate in blocurile optice ale vehiculelor, se va dezvolta permanent în două direcții: pe de o parte, segmentul premium va câștiga în importanță; acesta necesită o funcționalitate ridicată combinată cu o putere de iluminare excelentă. Pe de altă parte, segmentul economic și motivat ecologic va fi promovat mai mult; acesta necesită atât un consum redus de energie, cât și soluții ieftine.

Iluminat La cel mai înalt standard
Din 2010, Audi A8 este disponibil opțional cu faruri full LED. Zece lentile de proiecție creează un fascicul de fază scurtă unic. Lumina de zi oferă, de asemenea, caracteristici unice, deoarece a fost combinată atât cu indicatorul de direcție, cât și cu lumina de poziție. Funcțiile AFS permit o adaptare individuală a funcțiilor de iluminare la condițiile actuale, deoarece LED-urile individuale pot fi adăugate sau dezactivate. În modul de
deplasare, anumite LED-uri sunt dezactivate în țările cu trafic pe partea stângă. Tehnologia LED face ca structura unui far să fie foarte complexă. În comparație cu farurile anterioare, numărul de părți componente ale unui far a crescut semnificativ. Există diferite metode de direcționare a luminii într-o anumită direcție. Cele mai importante metode de direcționare a luminii în iluminatul auto sunt reflexia, refracția și hibridul (combinație de reflexie și refracție).

Principii de bază
Managementul termic joacă un rol decisiv în utilizarea LED-urilor, deoarece aceste componente sunt foarte sensibile la căldură. LED-urile sunt surse de lumină rece, deoarece emit lumină, dar practic nu emit radiații UV sau IR. Lumina emisă este rece și nu încălzește obiectele iluminate. Cu toate acestea, LED-ul se încălzește prin procesul de creare a luminii. Până la 85% din energie este transformată în căldură. Cu cât temperatura este mai scăzută, cu atât LED-ul strălucește mai mult timp.

Prin urmare, trebuie asigurată întotdeauna o răcire adecvată. Pe lângă căldura produsă de LED, în cazul farurilor sau lămpilor, trebuie luate în considerare și alte surse de căldură, cum ar fi căldura produsă de motor sau de izolație. Prin urmare, în funcție de LED și de scopul pentru care este destinat, în prezent se folosesc diferite tehnici pentru a crește transferul sau disiparea căldurii.

Exemple
a) Radiator cu aripioare
b) Radiator cu pini
c) Radiator cu țeavă de căldură

În plus, este de obicei posibilă reglarea curentului pentru LED-uri. În condiții extreme, puterea LED-ului poate fi redusă la un anumit nivel pentru a reduce producția de căldură. Pentru a îmbunătăți și mai mult răcirea, circulația aerului este ridicată prin suflante axiale sau radiale între elementele de răcire.

Avantajele farurilor cu LED
LED-urile sunt superioare din mai multe puncte de vedere. Acestea pot fi mai scumpe la cumpărare decât becurile normale sau becurile cu halogen, dar utilizarea lor se amortizează în scurt timp. Industria auto, în special, folosește caracteristicile pozitive ale LED-ului și îl utilizează din ce în ce mai mult în noile vehicule datorită următoarelor avantaje:

• Consum redus de energie
• Durată de viață lungă
• Rezistent la impact și vibrații
• Acumularea redusă de căldură
• Fără costuri de întreținere sau de curățare
• Fără mercur
• Comutare și modulare fără inerție
• Proiecție luminoasă de înaltă calitate
• Numeroase modele (pot fi utilizate aproape peste tot)
• Configurație individuală a surselor de lumină
• Temperatura luminii se menține în timpul atenuării
• Culoarea luminii poate fi reglată
• Costuri de producție reduse
• Putere luminoasă crescută per cip
• Extrem de puține defecțiuni timpurii
• Dimensiuni foarte compacte
• Fără radiații UV sau IR
• Consum redus de energie
• Lumină direcțională – radiator Lambertian cu unghi de 120°.
• Saturație ridicată

Protecția mediului și creșterea prețurilor la combustibili sunt cele mai convingătoare argumente care arată că economisirea energiei este mai importantă ca niciodată în zilele noastre. Atunci când cumpără un vehicul nou, consumatorii se concentrează acum în mod clar asupra consumului de combustibil. Cu toate acestea, deseori ignoră potențialele economii legate de cerințele energetice ale sistemului de iluminat al vehiculului.

Distanța de oprire redusă – cu tehnologia LED, sunteți în siguranță
Numărul de vehicule pe șosele este în creștere în întreaga lume. Densitatea crescută a traficului pe șosele duce la coliziuni mai frecvente -mai ales lovituri din spate. Pentru a le evita, șoferul trebuie să perceapă rapid semnalele luminoase. În timp ce un bec convențional are nevoie de până la 0,2 secunde pentru a se aprinde, un LED reacționează imediat. Acesta nu necesită o fază de încălzire și se aprinde imediat ce pedala de frână este apăsată. Astfel, vehiculul din spate poate reacționa mai rapid la acțiunea de frânare a vehiculului din față.

Exemplu
Două vehicule circulă în aceeași direcție cu o viteză de 100 km/h (distanță de siguranță de 50 m). Vehiculul din față frânează, iar șoferul celui de-al doilea vehicul reacționează la aprinderea imediată a LED-urilor și frânează aproape în același moment. Acest lucru reduce distanța de oprire cu aproape 5 m și reprezintă o creștere enormă a siguranței.