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Tecnologia LED: cos’è un LED?

LED

LED sta per «Light Emitting Diode». Si tratta quindi di un componente semiconduttore che emette luce quando è percorso da corrente continua. Il colore della luce ottenuta dipende dai componenti delle piastre LED e dai materiali utilizzati. I LED sono sorgenti luminose puntiformi dimmerabili e sensibili alla temperatura, che indirizzano la luce in avanti con una distribuzione di forma emisferica.

Panoramica sulla tecnologia LED

Il know-how sull'illuminazione ERCO anche in forma di whitepaper:

Come funziona la tecnologia LED?

I diodi semiconduttori lasciano passare la corrente elettrica in un’unica direzione. Durante il funzionamento, un flusso continuo di corrente attraversa gli strati del semiconduttore e sul LED cade una tensione specifica per ogni tipo di LED («tensione diretta» o anche «tensione di conduzione»). Durante la ricombinazione delle coppie di portatori di carica («elettroni» e «lacune») si sprigiona energia che viene emessa sotto forma di luce (elettroluminescenza).

Quali elementi compongono i LED?

In parole semplici, i LED sono fatti con un materiale di supporto su cui sono applicati degli strati semiconduttori per la generazione della luce. In un LED a luce bianca di norma si applica anche un filtro di conversione in fosforo (composti fosforosi), che a occhio nudo ha l’aspetto di una superficie gialla. A seconda della forma costruttiva, una lente funge da terminale a protezione della piastra e dà anche una direzione alla luce.

La tonalità di luce, lo spettro cromatico e l’efficienza luminosa esatti dipendono dai materiali dei semiconduttori, nei LED bianchi dipendono anche dal tipo e dallo spessore d’applicazione del fosforo nel filtro di conversione. Nel processo di produzione sono inevitabili delle imprecisioni nelle caratteristiche dei LED. Per questo motivo, i LED sono smistati a posteriori in base alla tonalità di luce e ad altre caratteristiche, poi vengono suddivisi in relativi bin, ovvero contenitori. Si parla quindi di binning dei LED.

Come si ottengono LED a luce bianca?

La luce bianca di un LED si può ottenere in due modi:

  1. Si applica un filtro di conversione (fosforo) con diversi composti fosforosi, che sono stimolati dalla luce blu e iniziano a generare luce. Si parla in questo caso di «conversione della luminescenza». Tramite la selezione e la potenza dei composti fosforosi usati si ottengono le diverse tonalità di luce, dal bianco caldo alla luce diurna, lungo il locus planckiano (ing. Black body curve). All’aumentare dello spessore dello strato di fosforo, diminuisce però proporzionalmente l’efficienza luminosa (lm/W) del LED. La luce bianca del LED per l’illuminazione ha generalmente una componente pressoché nulla o molto bassa di luce UV.

  2. La luce bianca può essere ottenuta anche tramite mescolanza additiva di luci LED di colore rosso, verde e blu. Attraverso lo spettro luminoso con lacune, le proprietà della resa cromatica della luce bianca ottenuta sono tuttavia problematiche.

Tecnologia LED: cos’è la gestione efficace del calore?

Durante il funzionamento, i LED generano calore, al tempo stesso sono molto sensibili alla temperatura. Per questo motivo è necessaria una gestione efficace del calore che permetta di preservare le prestazioni e la longevità degli apparecchi di illuminazione a LED. I circuiti stampati termoconduttori e i relativi elementi di raffreddamento hanno la funzione di dissipare il calore, permettendo ai LED di preservare per molto tempo la qualità delle prestazioni.

Tecnologia LED: quali forme costruttive dei LED si usano negli apparecchi di illuminazione?

Oggi in quasi tutti gli apparecchi di illuminazione si usano i moduli con LED SMD e COB.

LED SMD

«Surface Mounted Device» (SMD) è una forma costruttiva in cui le parti elettroniche, in questo caso i LED, sono saldate direttamente sul circuito stampato. Il circuito stampato di solito ha un’anima in metallo che assorbe e dissipa il calore direttamente sul LED. La forma costruttiva di dimensioni contenute permette di usare ottiche di proiezione miniaturizzate e di ottenere distribuzioni della luce molto precise e un angolo di apertura stretto.

I LED SMD offrono diversi spettri luminosi, temperature del colore e classi di prestazione: High-power LED e Mid-power LED. Gli High-power LED di norma hanno una potenza assorbita a partire da 1W. Apparecchi di illuminazione con Mid-power hanno una luminanza minore sulla superficie di emissione della luce e sono particolarmente adatti alle applicazioni per cui è importante limitare l’abbagliamento.

Moduli COB

LED

Con la tecnologia «Chip-on-Board» (COB) le piastre LED sono montate direttamente su un circuito stampato, senza alloggiamento. Una chiusura ermetica protegge il chip dagli agenti esterni. Queste forme costruttive dei LED si usano spesso in abbinamento ai riflettori a scopo di illuminazione. Il diametro della superficie illuminante (LES: Light Emitting Surface) di un COB è una delle sue peculiarità.

Quali sono i vantaggi dei LED?

L’uso dei LED nell’illuminazione offre numerosi vantaggi:

  • massima efficienza nell’emissione della luce

  • lunga durata: gli apparecchi di illuminazione possono funzionare per molti anni senza dover sostituire la lampada, quindi i costi di manutenzione sono ridotti

  • elevata sicurezza di funzionamento, dato che i LED sono molto robusti e resistono agli urti

  • percentuali minime di UV e IR permettono l’uso sicuro per la conservazione di oggetti delicati, per esempio in musei o gallerie d’arte

  • i LED possono generare luce colorata ad alta saturazione, coprendo una vastissima gamma di colori (gamut)

  • le forme costruttive di dimensioni contenute dei LED creano nuove opportunità nel design degli apparecchi di illuminazione

  • i LED permettono di orientare la luce in modo efficiente e con la massima precisione

  • buona regolazione della luce (dimmerazione), con le tecnologie di controllo adatte è possibile regolare ottimamente la potenza.

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