Уявіть, що ви встановили нові бі-лед лінзи. Перші місяці — це захват: чисте, біле, ріжуче світло, що перетворює нічну дорогу на день. Але незабаром ви починаєте помічати, що щось не так. Світлові плями вже не такі чіткі, дальність скоротилася, а замість білого спектру з'являється неприємний жовтуватий відтінок. Це не ваша уява. Це реальний процес деградації, який вбудований у саму технологію — лише в якісних продуктах його уповільнюють, а в дешевих — прискорюють. Розберемося, куди зникають люмени.
Кожен світлодіод — це не вічна лампа. Його кристал, зазвичай з нітриду галію (GaN), під час роботи постійно бомбардується потоками електронів. Це породжує дефекти кристалічної ґратки — так звані вакансії. Уявіть ідеальну цегняну стіну, в якій з часом з’являються поодинокі вибиті цеглини. Стіна стоїть, але її цілісність порушена.
Навіть у найдорожчих світлодіодах від Cree або Osram є параметр L70 — час, за який світловий потік падає до 70% від початкового. Для хороших чипів це 30 000—50 000 годин. Але це в ідеальних лабораторних умовах при температурі переходу +25°C. У реальності, у закритому корпусі фари, температура кристала часто сягає +110...+130°C. Із кожним градусом вище +25°C швидкість деградації зростає експоненційно. На практиці це означає, що за рік активного використання (близько 500 годин роботи на дальньому світлі) якісний чип може втратити 5–7% світлового потоку, а дешевий no-name — 15–20% і більше.
З досвіду майстрів: при розборі однієї відомої бюджетної бі-лед лінзи через 14 місяців виявилося, що один з двох чипів (той, що ближче до центру радіатора) вигорів повністю, а другий деградував на ~30%. Вся система охолодження була розрахована на потужність у 40 Вт, але драйвер насправді піддав чипи струму, еквівалентному 55 Вт. Це класичний приклад маркетингового підсилення за рахунок ресурсу.
Тепло — головний ворог електроніки. Для світлодіода перегрів призводить до трьох катастроф:
| Процес | Механізм | Наслідок для яскравості |
|---|---|---|
| Деградація люмінофора | Шар жовтого фосфору на кристалі під дією високої температури (понад 150°C) поступово випалюється, втрачаючи ефективність перетворення синього світла на біле. | Спектр зсувається в синю сторону, загальна світловіддача падає. Ви бачите «синюву» картинку. |
| Відшарування | Мікроскопічні шари між кристалом, підложкою та радіатором через циклічне розширення/стискання втрачають ідеальний контакт. З’являється термоопір. | Тепло відводиться гірше, температура зростає ще більше, запускається лавиноподібний процес деградації. Втрата 10-25%. |
| Електроміграція | Високий струм і температура змушують атоми металу (з контактних доріжок) мігрувати всередині кристала, утворюючи «мости» та обриви. | Локальні затемнення області світловипромінювання, нерівномірна яскравість, можливе повне вигорання. |
На практиці ми часто бачимо модулі, де термопаста нанесена товстим, нерівним шаром, або гвинти кріплення радіатора не докручені. Це гарантія того, що через рік світло буде на половину слабшим.
Навіть якщо чип ідеальний, світло має пройти крізь оптичну систему. І тут його чекає кілька перешкод.
Пластикові лінзи та світловідвідувачі (light guides) виготовляються з полікарбонату або PMMA (акрилу). Ці матеріали чуттєві до ультрафіолетового випромінювання, яке супроводжує роботу потужного діода. Під дією УФ зв’язки в молекулах полімеру руйнуються, поверхня жовтіє і мутніє. Дешеві лінзи не мають UV-блокуючого покриття, тому за рік вони можуть втратити до 15% прозорості.
Додамо сюди пил і мікроподряпини. У моторному відсіку неймовірно багато абразивного пилу. Потік повітря з-під колес постійно несе його на фари. Мікроподряпини, невидимі оку, розсіюють світло, перетворюючи чіткий пучок на розмиту пляму. Якщо ви хочете переконатися, проведіть експеримент: протріть лінзу сухою ганчірочкою і подивіться на неї під кутом при яскравому освітленні. Павутинка подряпин — це ваші втрачені люмени.
Драйвер — це не просто блок живлення. Це мозок, який стабілізує струм. І ось що часто трапляється. Виробник вказує на коробці: «Потужність 60 Вт, світловий потік 6000 лм». Але для економії встановлює драйвер, який подає на світлодіоди не стабільний струм, а пульсуючий, з викидами (spikes). Такі імпульси перегрівають кристал миттєво, скорочуючи його ресурс у рази.
При тестуванні одного з популярних комплектів мультиметром і осцилографом виявилося, що замість стабільних 3.2А струм коливався від 2.8А до 4.1А з частотою 100 Гц. Це безпосередня причина вигорання одного з двох чипів через 10 місяців. Водій просто помітив, що світло стало «однооким» і менш яскравим.
Конденсатори на платі драйвера, особливо електролітичні, також старіють. В умовах підкапотних температур (+85...+110°C) їх ємність може значно впасти вже за рік. Драйвер перестає коректно фільтрувати пульсації, і струм стає ще більш «брутальним» для діодів.
Автомобіль — не лабораторний стенд. Це вібрації, удари, різкі перепади температур. Коли ви взимку з морозу заїжджаєте в теплу мийку, фара зазнає теплового шоку. Мікротріщини в герметику, яких не було видно, розходяться. Всередину потрапляє волога. На внутрішній поверхні лінзи утворюється конденсат, а потім і наліт мінеральних відкладень від випарованої води. Ця плівка — ще один світлофільтр.
Хімічні реагенти з дороги (сіль, хлориди) також атакують зовнішню поверхню, створюючи мікропори, в які забивається бруд. Чисте скло і забруднене — це різниця у світлопроникності до 30%.
Це не означає, що на бі-лед лінзи не варто оглядатися. Просто треба розуміти правила гри.
Світло технічно не може бути «вічним». Але воно може бути якісним і передбачуваним. Розуміння цих процесів не лише допомагає вибрати хороший продукт, але й змушує по-новому подивитися на ту саму «яскравість», що продається в коробці. Іноді краще мати 5000 стабільних люменів протягом п’яти років, ніж 8000, які зникнуть до наступної зими.
Теоретично — так, якщо ви знайдете точно такий же чип і маєте обладнання для пайки поверхневих монтажних компонентів (SMD). Але на практиці це рідко ефективно. По-перше, деградує не лише чип, а й люмінофор на ньому, і оптичні елементи. По-друге, старіший драйвер може продовжувати «добивати» нові діоди. Часто економічно та технічно доцільніше замінити весь модуль.
Є простий польовий метод. Знайдіть рівну стіну на темному майданчику. Встановіть автомобіль перпендикулярно до неї на відстані 5 метрів. Увімкніть ближнє світло і обведіть межі світлового пучка на стіні крейдою або легко змиваним маркером. Збережіть фото або нотатки. Повторіть процедуру через рік. Зміна форми, чіткості межі світлотіні (cut-off line) та загальної освітленості стіни будуть хорошими індикаторами. Різке «осідання» верхньої межі пучка вниз — часто ознака перегріву і деформації кріплення лінзи.
Так, впливає суттєво. «Більш білі» діоди з високою кольоровою температурою (6500К і вище) мають тонший або менш щільний шар люмінофора. Він швидше випалюється від температури. Діоди теплішого відтінку (4300К-5000К), як правило, стабільніші і мають більший ресурс, оскільки в них краще оптимізовано співвідношення синього випромінювання кристала і шару, що перетворює. Це одна з причин, чому на заводах преміальних авто часто ставлять саме 5000К.