Работая с автомобильной оптикой с конца девяностых, я нередко слушал спор: останутся ли лампы накаливания в строю или уступят лёд-матрицам. Сравним их без эмоций, опираясь на данные испытательного стенда.
Спираль из вольфрама при 2 700 К отдаёт свет близкий к полуденному, приятный глазу водителя. Конструкция проста: вакуум, кварцевый баллон, ток — и фотонное сияние рождается мгновенно. Однако 90 % энергии уходит в инфракрасный диапазон, оставляя лишь крошку пользы. Удельный поток — 15 лм/Вт, срок службы около 1000 ч. При вибрации кузова тонкая спираль уязвима, под высоким напряжением подкапотного генератора нить выгорает раньше заявленного ресурса.
Переход на диоды
Светодиодная матрица работает иначе: p-n переход испускает кванты при рекомбинации зарядов. Коэффициент полезного излучения доходит до 200 лм/Вт. Фосфорное покрытие приводит синий поток к тёплому оттенку, знакомому глазу. Плата со светодиодами крепится к радиатору из анодированного алюминия, иначе критический разогрев разрушит кристалл. Габариты кристалла — доли миллиметра, поэтому оптическая точка источника держится точнее, чем растянутая нить накала, что упрощает фокусировку рефлектора.
При проектировании фар учитываю люминесцентную характеристику Стокса — сдвиг частотного спектра после поглощения фосфором. Подбираю смесь иттриевого граната и алюминия, чтобы сохранить индекс цветопередачи выше 80 Ra. При расчётах применяю термины «люкс», «кандела» и «солид-англ» — редкость в дневной беседе, но нужны инженеру.
Тепло и энергия
Инженеры любили повторять: «Лампе холодно среди электронов, диоду жарко среди фотонов». У лампы накаливания тепловой поток рассеивается в воздухе, стекло баллона едва греет корпус фары. Диод, напротив, концентрирует джоули в точке кристалла, при 150 °C деградация кристаллической решётки ускоряется экспоненциально (закон Арренниуса). Поэтому драйвер ставить термодатчик NTC, а ШИМ снижает ток, как только температура ползёт вверх. Токовое управление держит световой поток стабильным до конца ресурса — 50 000 ч против 1000 ч у лампы накаливания.
Оптика будущего
С приходом матричных систем ADB (Adaptive Driving Beam) происходило слияние электроники и оптики. Микроконтроллер анализирует поток данных от камеры, отключает сегменты кристаллов, формируя тень вокруг встречного транспортного средства. Вольфрам такому трюку не под силу из-за инерционности нити. Диоды дружат с CAN-шиной, отдают статус нагрузки генератору, подстраивают яркость под солнечный датчик, экономя до 0,1 л/100 км топлива — звучит скромно, но за срок владения выходит литры.
Гараж-энтузиасты порой цепляют диоды в старые фары H4. Такой тюнинг приносит яркость, однако без корректного рассеивателя возникает ослепление встречного потока. Согласование источника с оптикой — фундамент безопасности. Поэтому при модернизации использую гомологация ECE R112, измеряю границу света на экране 25 м, проверяю поток в точках HV, B50L, B50R. Только после протокола испытаний подтверждают актуализацию системы.
Лампа накаливания останется в музейном ралли ретрокаров. Для серийных моделей она напоминает карбюратор — часть истории, но срок уже исчерпан. Светодиод перерос лаборатории и уверенно рулит на дорогах. Будущее спрятано в кристалле GaN.
