Tecnologia

L’acronimo LED sta per light emitting diode, diodo ad emissione luminosa; si tratta di un diodo a giunzione, cioè un accoppiamento di due semiconduttori, che nel processo di ricombinazione elettrone – lacuna emette fotoni, cioè radiazione luminosa.

La lunghezza d’onda di questi fotoni dipende dal materiale semiconduttore utilizzato, dalla differente lunghezza d’onda dipende il colore
dell’emissione luminosa.

La caratteristica del semiconduttore permette di raddrizzare la corrente di passaggio e indirizzarlo in una sola direzione.

Il LED è una fonte di luce omnidirezionale quindi con emissione di tipo lambertiano.

In fase di montaggio viene inserita una lente o riflettore per convogliare la luce.

Si ottiene così un angolo di emissione variabile a secondo del costruttore da 90° a 120°.

È importante inserire in funzione dell’applicazione sul prodotto finito, lenti secondarie, solitamente realizzate in materiale termoplastico.

In tal modo si consente una migliore efficienza dell’ottica dell’apparecchio recuperando e convogliando tutta la luce non emessa sull’asse verticale.

Esistono e vengono ampiamente utilizzate sui prodotti CPS lenti con angolo di emissione da 6° fino a 100°.

LED COB: Chip On Board – il diodo è incollato direttamente sulla superficie del circuito e la connessione elettrica è realizzata con fili di bonding; la luce è diffusa da una copertura del diodo più o meno pronunciata.

LED di Potenza o a corrente Costante: Il LED è generalmente inserito in una struttura “package” costituita da termoplastico o ultimamente da supporto ceramico (dimensioni da un minimo di 3×3 mm) a sua volta collegato di norma ad un riflettore. La connessione elettrica di anodo e catodo è realizzata con fili di bonding. Viene aggiunta una parte isolata elettricamente per la dissipazione del calore. Il diodo viene alimentato in corrente costante con valori decisamente più elevati rispetto al diodo smd a partire da 250mA.

LED SMD: Surface Mounted Devices – sono generalmente diodi con correnti di alimentazione limitate a 50mA e realizzati per segnalazione con prestazioni di circa 20lm/W Max. Il diodo è inserito in una piastra conduttrice e messo in contatto con il circuito attraverso con bagno di saldatura.

Dalla sua prima applicazione industriale sono passati quasi 50 anni; questi dispositivi hanno trovato impiego in diversi settori dell’ elettronica consumer-professionale.

Solo recentemente con lo sviluppo del processo di produzione si sono potuti impiegare con successo nel

settore illuminotecnico, con prestazioni ed efficienze sempre maggiori; infatti nel settore lighting hanno

trovato applicazione dapprima nella segnalazione di aree esterne/interne (decorativi, marker light).

Successivamente si sono rese possibili applicazioni in progetti di illuminotecnica di qualità con l’introduzione di power LED e il progressivo innalzamento da un lato dell’efficienza, dall’ altro della resa cromatica.

Per il lighting è determinante la continuità di prestazione per il bianco in termini di temp. di colore (limitata variazione cromatica nel tempo) e di emissione.

Attualmente vengono realizzati dispositivi con efficienze luminose di 110lm/W.

Se comparati con fonti di luce tradizionali abbiamo i seguenti valori:

Incandescenza: 20lm/W

Alogena: 25lm/W

Questi dati evidenziano l’elevatissima efficienza delle fonti a Led nel trasformare la corrente elettrica in luce, con conseguente bassissimo consumo in rapporto alla luce emessa. Se pensiamo che tecnologie estremamente sofisticate di processo nella deposizione degli strati di fosfori (riduzione spessori ed ottimizzazione della quantità utilizzata quali TFFC, Lumiramics, PRC phosfor remote coating), si sono finora rilevate vincenti per il raggiungimento del target di applicazione del LED, possiamo dire che i moduli Led saranno il futuro sostituto di tutte le tipologie di lampadine tradizionali.

Inoltre, bisogna tenere conto della continua ricerca dei principali costruttori, spinti anche da esigenze di altri settori trainanti (automotive, street lighting), ad ottenere valori di flussi sempre maggiori; i reparti R&D stanno già sperimentando single die da 160/200lm/W.

Abbiamo visto che i LED necessitano di essere pilotati con correnti costanti se specificate dal costruttore. Con il collegamento in serie avremo su tutti i LED collegati al driver la stessa corrente di funzionamento. Al contrario i LED collegati in parallelo funzioneranno tutti alla tensione del LED caratterizzato con la Vf piu bassa. Come gia accennato i LED hanno una variabilita di tensione tra 3,3 fino a 3,9V a 350mA, suddivisi in almeno 5 categorie e consegnati in rolle di singola selezione. I gruppi di LED hanno quindi una variabilita di tensione di circa 24mV. Con una differenza dell’ ordine della decina di mV avremo una differenza di corrente dell’ ordine dei centinaia di mA, come si puo notare dalle curve dei data sheet in figura. A diverse correnti di alimentazione corrispondono anche diversi livelli di luminosita emessa. Differenze marcate di corrente di alimentazione, nel caso di collegamenti in parallelo, hanno quindi come conseguenza livelli di luminosita molto diversi nelle due catenarie e comportano il rischio superare i valori massimi consentiti come correnti di pilotaggio, con conseguente degrado precoce dei LED; questo a meno di avere LED esattamente identici per valore di tensione applicabile Vf.

Tipicamente il LED bianco ha resa cromatica Color Rendering Index (CRI) nell’intorno di 75-85 su una scala 0-100; nelle applicazioni outdoor e in genere dove e richiesta una maggior quantita di luce emessa queste sono le selezioni utilizzate negli apparecchi di illuminazione. Nelle applicazioni dove vi e necessita di creare luce d’ accento, troviamo oggi nel mercato, LED con resa cromatica oltre 95. I flussi sono pero ridotti nei confronti dei rispettivi diodi con bassa resa cromatica. I progettisti di apparecchi di illuminazione hanno cosi la possibilita di utilizzare i LED per illuminare e valorizzare oggetti per i quali e imprescindibile una fedele riproduzione dei colori.