W dużym uproszczeniu dioda LED (Light Emitting Diode) zbudowana jest z dwóch warstw półprzewodnika. Jedna warstwa ma nadmiar elektronów, natomiast druga ich niedobór, czyli tzw. dziury. Kiedy do diody LED zostanie doprowadzone napięcie, elektrony z pierwszej warstwy na skutek przekroczenia energii granicznej przeskakują na drugą warstwę i gdy napotkają dziurę łączą się z nią. Ulokowanie elektrony w wolnym miejscu w warstwie docelowej powoduje obniżenie stanu energetycznego elektronu i uwolnienie nadmiaru energii w postaci fotonu, czyli – ogólnie rzecz ujmując – światła. To właśnie jest zjawisko elektroluminescencji. Foton trafia na luminofor zainstalowany na diodzie, co powoduje, że widoczny jest on w paśmie światła widzialnego.

Zjawisko to zostało odkryte wraz z odkryciem i przemysłowym zastosowaniem półprzewodników. Powszechne użycie diod elektroluminescencyjnych musiało jednak pewien czas odczekać, aby technologia rozwinęła się do takiego stopnia, by zaoferować bezawaryjne, małe i łatwe w produkcji źródła światła.

Obecnie jednym z najciekawszych i najbardziej zaawansowanych rozwiązań stosowanych w oświetleniu LED są chipy wykonane w technologii CSP. CSP to skrót od Chip Scale Package – oznacza diodę LED, której rozmiar niemal odpowiada samemu chipowi świecącemu. Dzięki temu rozwiązaniu dioda jest wyjątkowo mała i lekka. Dlaczego właśnie CSP, a nie na przykład SMD (Surface Mounted Device) czy COB (Chip on Board)?

Odpowiedź jest stosunkowo prosta: CSP to nowoczesna, ultrakompaktowa technologia, która łączy w sobie wysoką wydajność, oszczędność miejsca oraz niezawodność. To właśnie te cechy stanowią jej przewagę nad innymi rozwiązaniami.

Mimo bardzo małych rozmiarów potrafi świecić bardzo jasno (np. z CSP LED 1860 można uzyskać strumień świetlny do 1800 lumenów). Pozwala uzyskać szeroki kąt świecenia, jak również dzięki swojej konstrukcji pozwala na długotrwałą pracę (nie ma plastikowej obudowy, która mogłaby się uszkodzić, co sprawia, że dioda jest bardziej odporna na wstrząsy). Dodatkowo CSP wyróżnia specjalna konstrukcja, gdzie chip jest połączony bezpośrednio z anodą i katodą, dzięki czemu prąd rozpływa się równo w strukturze. Pozwala to na lepsze oddawanie ciepła i zwiększa odporność termiczną oraz dzięki zastosowaniu cienkiej warstwy luminoforu uzyskujemy światło, które jest jednolite i nie ma przebarwień.

Światło LED od światła z tradycyjnej żarówki różni w zasadzie wszystko. Zacznijmy od sposobu w jaki powstaje strumień świetlny. W tradycyjnej żarówce światło powstaje przez rozgrzanie cienkiego drucika (żarnika wolframowego) do bardzo wysokiej temperatury (ok. 2000–3000°C). W żarówce LED mamy do czynienia z emisją fotonów na skutek przeskoku elektronów między warstwami półprzewodników.

Tradycyjna żarówka ma bardzo niską wydajność co wynika przede wszystkim z faktu, iż większość zużywanej energii zamienia się na ciepło, które zaczyna być źródłem światła dopiero po przekroczeniu pewnej temperatury i osiągnięciu temperatury roboczej. Z kolei źródło światła jakim jest LED ma zdecydowanie większą wydajność energetyczną, ponieważ na emisję światła wykorzystuje praktycznie całą energię dostarczoną do diody dzięki. To powoduje, że LED zużywa mniej energii przy tej samej ilości emitowanego światła.

Kolejną cechą, która różni standardową żarówkę od żarówki LED jest żywotność. W tym przypadku warto podkreślić, iż różnica jest ogromna. Trwałość tradycyjnego halogenowego źródła światła szacuje się na 300 – 600 godzin, natomiast żywotność diody LED to minimum 3000 godzin (nawet do 30000 godzin), czyli 10 – 100 krotnie więcej, niż w przypadku żarówki.

Kolejna różnica między światłem żarówki halogenowej, a LED to temperatura barwowa nazywana potocznie barwą światła. Tradycyjne żarówki mają barwę zbliżoną do żółtej, a ich temperatura barwowa oscyluje w okolicy 3000 Kelvinów. Światło LED może mieć dowolną barwę światła od bardzo ciepłej (2000K) do bardzo zimnej (6500K). Zależy to od użytego w trakcie produkcji luminoforu i może być dostosowywane w zależności od docelowego zastosowania źródła światła.

Warto w tym miejscu wspomnieć o ekologii, czyli bardzo modnym w ostatnim czasie temacie. W tym kontekście bardziej przyjazne środowisku są rozwiązania LED-owe, gdyż zużywają mniej energii, są bardziej żywotne, a po zużyciu pozostawiają mniej odpadów.

Komunikat o uszkodzonej żarówce po zamontowaniu retrofitu LED (czyli zamiennika żarówki np. H7 na LED) pojawia się, ponieważ układ elektryczny auta interpretuje niski pobór prądu jako awarię i „myśli”, że żarówka jest spalona. System kontroli żarówek w samochodzie działa na zasadzie pomiaru oporu lub poboru prądu, dlatego po konwersji tradycyjnego oświetlenia samochodowego na LED komputer pokładowy może wyświetlić komunikat o przepalonej żarówce. Wynika to z braku odpowiedniego obciążenia w układzie elektrycznym samochodu. W rezultacie układ elektryczny pojazdu nie „rozpoznaje” ich jako prawidłowo działających źródeł światła. Dodatkowo, wiele nowoczesnych samochodów wyposażonych jest w aktywne systemy diagnostyki CAN bus, które są wyjątkowo czułe i potrafią wykrywać nawet minimalne odchylenia w poborze prądu – co skutkuje pojawieniem się komunikatu o uszkodzonej żarówce, mimo że LED działa poprawnie.

Drugim problemem bywa nieprawidłowe działanie instalacji oświetleniowej po zamontowaniu retrofitu LED, co w niektórych przypadkach może powodować migotanie lub nieprawidłowe działanie świateł (system CAN bus nie jest w stanie prawidłowo rozpoznać LED jako odpowiedniego źródła światła). Samochody z systemem CAN bus często monitorują i kontrolują wszystkie podzespoły, w tym oświetlenie i jeśli retrofit LED nie jest kompatybilny, system może wyświetlać błędy.

W tym miejscu należy postawić pytanie czy i w jaki sposób można rozwiązać ten problem? Jak ogólnie wiadomo potrzeba matką wynalazku. Dlatego na rynku istnieją rozwiązania pozwalające uniknąć tych problemów. Jednym z najpopularniejszych rozwiązań jest zastosowanie specjalnych wiązek lub specjalnych modułów, które montowane są bez konieczności ingerencji w instalację elektryczną samochodu (np. LS CAN bus H7) i symulują zużycie energii podobne do tradycyjnych żarówek halogenowych. Na rynku można znaleźć retrofity LED specjalnie zaprojektowane do pracy z systemami CAN bus. Te żarówki mają wbudowane komponenty, które zapewniają kompatybilność z magistralą CAN bez potrzeby stosowania dodatkowych adapterów (rozwiązanie stosowane przez wiodących producentów). W niektórych nowoczesnych pojazdach można zaktualizować oprogramowanie sterujące systemem CAN bus, aby lepiej współpracowało z retrofitami LED. Warto  również upewnić się, że retrofity LED są zainstalowane zgodnie z zaleceniami producenta. Na koniec warto dodać aby przed zakupem retrofitu LED sprawdzić specyfikację produktu oraz opinie użytkowników, aby upewnić się, że dany model żarówki jest kompatybilny z systemem CAN bus w danym samochodzie.

Problemy związane z retrofitami LED nie ograniczają się tylko do świateł mijania czy drogowych – dotyczą także innych żarówek w samochodzie, szczególnie tam, gdzie instalacja elektryczna jest kontrolowana przez system CAN bus (najczęściej dotyczy oświetlenia zewnętrznego). Problemy związane ze zmianą oświetlenia na LED objawiają się różnie w zależności od funkcji pełnionej w oświetleniu zewnętrznym samochodu. I tak w przypadku kierunkowskazów i wymiany tradycyjnej żarówki na retrofit głównym i najczęściej występującym problemem jest zbyt szybkie miganie tzw. hyperflash. Często również na desce rozdzielczej może pojawić się komunikat o spalonej żarówce. Podobny błąd możliwy jest również w odniesieniu do świateł postojowych/pozycyjnych (dodatkowo retrofit może mrugać po włączeniu), oświetlenia tablicy rejestracyjnej, jak również świateł stopu.  Dodatkowo w tym ostatnim przypadku możemy się spotkać z brakiem ostrzeżenia o przepalonej żarówce. W normalnych warunkach, jeśli jedna żarówka stopu się spali, komputer powinien ostrzec kierowcę. W przypadku jeśli jednak jedna z użytych żarówek to retrofit LED, a druga halogen – system może nie wykryć problemu w ogóle. W przypadku świateł cofania poza wspomnianym już wyświetleniu komunikatu na desce rozdzielczej mogą pojawić się także problemy z zakłóceniami w kamerze cofania (LED generuje szumy elektromagnetyczne).

Zgoła inaczej wygląda sytuacja w kontekście oświetlenia wnętrza pojazdu jak np. podsufitka czy schowki. W tym przypadku zastosowanie retrofitów  jest znacznie mniej uciążliwe pod względem występujących problemów. Wynika to z faktu, iż oświetlenie wnętrz pojazdu nie jest zazwyczaj podłączone do systemu monitorującego żarówki, więc jego awaria nie wywołuje błędu spalonej żarówki na desce rozdzielczej (wyjątek mogą stanowić nowoczesne lub luksusowe pojazdy)

Kończąc warto wspomnieć, że problemy jakie generują retrofity można rozwiązać. Jest kilka sposobów. Najprostszym jest poszukanie żarówek LED, które mają wbudowane rezystory pozwalające na oszukanie systemu poprzez symulację poboru prądu jak w tradycyjnej żarówce.  Kolejnym sposobem jest zastosowanie zewnętrznych rezystorów (oporników). Należy pamiętać, że mogą się one mocno nagrzewać, więc nie powinny leżeć luźno czy mieć kontaktu z elementami plastikowymi. W niektórych samochodach można przy zastosowaniu komputera z odpowiednim oprogramowaniem wyłączyć diagnostykę konkretnej żarówki (opcja dla zaawansowanych użytkowników lub warsztatów).

Źródło: M-TECH