Lamppublogi, osa 4 11.05.2020 Juha Kiiskinen

Valaistuslaitteiden digitaali- ja OLED-tekniikkaa

LED-teknologian ja valojen ohjaustekniikan kehittyessä markkinoille ilmaantuu uusia, innovatiivisia valaistusratkaisuja. Näiden avulla kadunpätkästä, tiestä ja lähiympäristöstä voidaan tarkasti valaista tai himmentää tiettyjä kohtia tai alueita.

Samalla uusien ratkaisujen avulla tavoitellaan entistä parempaa energiatehokkuutta. Etenkin sähkökäyttöisten ajoneuvojen tapauksessa energian tuhlaaminen erilaisten laitteiden (turhaan) lämmittämiseen on nykyisellä akkutekniikalla – huomioiden lataustapahtumien hitauden – vähintäänkin välttämisen arvoista.

Siinä missä LED Matrix-valonheittimessä yksittäisiä valonlähteitä (toisin sanoen LEDejä) on muutamia kymmeniä tai enimmillään kutakuinkin sata kappaletta, niin sanotussa pikselivalaisimessa niitä on tuhansia.

Ajoneuvojen pikselivaloprojektoreissa (DLP; Digital Light Processing) käytetty teknologia on samankaltaista kuin nykyisissä videotykeissä käytetyt tekniikkaratkaisut. Projektorissa voi olla jopa miljoona pienen pientä mikropeiliä, joita kytketään  ”ON” ja ”OFF” 5000 kertaa sekunnissa!

Tällä tavoin on mahdollista nopeasti saada aikaan eri tilanteisiin viittä vaille määrätön määrä haluttuja valosegmenttejä ja sitä myöden valokuvioita ympäristön sekä ajo- ja liikennetilanteiden vaatimusten mukaan.

Valonlähteenä voidaan käyttää LEDejä tai tehokkaampia, mutta arvokkaampia puolijohdelasereita. Valonheittimessä muodostettu luminanssi sitten projisoidaan tielle.

Eräs tällainen sovellus löytyy Audi e-tron Sportback 55-sähköautosta. Audin mukaan e-tronin digitaalinen Matrix LED-valonheitin kykenee suorittamaan useita tehtäviä.

Digitaalinen valaistusjärjestelmä ei vain tarjoa kulma-, kaupunki- ja moottoritievalaistusta lähivalon eri versioina poikkeuksellisella tarkkuudella, vaan se myös täydentää kaukovaloa ottamalla huomioon muut tienkäyttäjät aikaisempaa huomaavaisemmin. Lisäksi se tarjoaa muitakin innovatiivisia toimintoja, kuten kaistavalon ja suuntamerkkivalon, joiden avulla voidaan parantaa kuljettajan tietoisuutta omasta ajokaistasta ollen osaltaan parantamassa liikenneturvallisuutta. Lisäksi suuntavalo käyttää valonsäteen ulkopuolelle peitettyjä tummennettuja alueita ennustamaan ajoneuvon sijainnin kaistalla ja tukemaan siten – etenkin kapeilla ajoradoilla tai moottoriteiden työmaavyöhykkeillä – turvallista kaistan keskitysapua, korostaa Audi.

Kovin yksinkertaiseksi Audin digivalonheitintä ei voi kuvailla, sillä siinä on parisen kymmentä toiminnallista osaa muun muassa sisältäen Peltier-jäähdytyselementin ja digitaalisen DMD-ohjauselektroniikan.

Orgaanista LED-tekniikkaa (OLED) on totuttu näkemään uusimmissa, tarkan kuvan ja erottuvan kontrastin omaavissa televisioissa, mutta nyt tämä energiatehokas teknologia on vyörymässä laveammin myös ajoneuvoihin.

OLED on kehittynyt muoto hohtodiodista, jossa LEDin elektroluminesenssikerros on korvattu orgaanisilla yhdisteillä seostetulla kalvolla. Yleensä OLEDilla tarkoitetaan LEDiä, jonka aktiivinen materiaali on pienimolekyylistä, orgaanista yhdistettä. Monitasoisen kerroksen kokonaispaksuus jää alle yhden millimetrin.

Teknisessä vertailussa OLED peittoaa tehokkaankin LEDin, sillä noin 3 kertaa pienempänä se kykenee tuottamaan lähes puolet enemmän valovoimaa. Lisäksi OLED ei välttämättä tarvitse erillistä heijastinta, joten periaatteessa valaisimesta on mahdollista saada sangen kompaktimittainen ja kevytpainoinen. Tämä avaa uusia näkymiä valolaitteiden muotoilun suhteen.

OLED-tekniikkaa on lähinnä alettu käyttää ajoneuvojen takavaloissa. Tässä kohtaa osuvan esimerkin tarjoaa Mercedes-Benzin S-sarja, jonka Coupé- ja Cabriolet-malleissa OLED-takavalot ovat vakiovaruste.

Mercedeksen mukaan S-malli Coupén/Cabrioletin yhteensä 66 litteää ja tiivistä OLED-valonlähdettä ovat kuin kelluvat elementit takavalon uumenissa. Ne lähettävät tasalaatuisen valokuvion kaikkiin suuntiin mahdollistaen uniikin perustan valaistustoimintojen kehittyneelle päivä- ja yösuunnittelulle.

Ajoneuvon lukitusta ja lukituksen avaamista korostetaan animoidulla, dynaamisella valosekvenssillä takavalojen kirkkautta säätämällä.

OLED-takavaloissa käytetään Mercedes-Benzille ominaista monitasotekniikkaa, jonka sovitettu voimakkuustaso on erilainen jarruvaloille ja suuntavilkuille riippuen ajo-olosuhteista ja ympäristön valoisuudesta.

Edellä kerrotun lisäksi OLED-tekniikalla toteutetut takavalot mahdollistavat erilaisia tehostetoimintoja, kuten voimakkaassa jarrutuksessa vilkkuvat ja/tai kirkastuvat jarruvalot, ”vaeltavan” vilkun fiksuilla ohjaustoiminnoilla jne.

OLED-takavaloihin on mahdollista yhdistää ajoneuvojen välistä kommunikaatiota; edessä menevän auton takavalot varoittavat takana ajavaa (yllättävistä) vaaramomenteista, kuten äkisti jäätyneestä tienpinnasta (mustaa jäätä) tai liian lähellä edellä menevää ajamisesta.

Autojen lisäksi OLED-tekniikkaan perustuvia taka- ja -takasuuntavaloja on ainakin testattu myös moottoripyörissä. Lisäksi jää nähtäväksi, tuleeko OLED-valonheittimiä sarjavalmistukseen, aiheesta on kyllä tehty tutkielmia esimerkiksi Fordin toimesta.

Lisää syvällisempää informaatiota ajovaloista löytyy uudesta SATL:n julkaisemasta Modernit valaistusjärjestelmät-kirjasta.