Con il passare degli anni il ruolo ricoperto dalla tecnologia LED è diventato sempre più rilevante in diversi settori. L’alta efficienza e i bassi consumi energetici fanno del LED un componente ideale per svariate applicazioni. Oggi il LED è diventato una presenza costante nei dispositivi elettronici, come indicatore luminoso, ma anche per la retroilluminazione di pannelli LCD. Viene inoltre impiegato per l’illuminazione di ambienti sia indoor sia outdoor, soppiantando di fatto, quasi totalmente, le altre tecnologie precedentemente in uso.
Luce emessa e temperatura colore
La luce e il colore emessi dal diodo LED derivano dall’impiego di numerosi materiali semiconduttori: l’arseniuro di gallio (GaAs) per la luce infrarossa, l’arseniuro fosfuro di gallio (GaAsP) principalmente utilizzato per la luce rossa, arancione e gialla, il fosfuro di gallio (GaP) per il verde, il giallo, l’arancione ed il rosso, il carburo di silicio (SiC) utilizzato per la luce blu ed infine il nitruro di boro (BN) o di alluminio (AlN) utilizzati per la luce ultravioletta. Questo piccolo elenco rappresenta solo una parte dei semiconduttori impiegati nella produzione di LED.
La luce bianca, utilizzata principalmente per l’illuminazione, si ottiene partendo da un LED blu su cui si andrà ad applicare uno strato di fosforo (più propriamente una miscela di fosfori); la luce blu emessa dal diodo e filtrata dal fosforo darà come risultante una luce bianca.
Le lunghezze d’onda della luce, che il nostro occhio percepisce come bianca, vengono identificate mediante il sistema di temperatura correlata di colore (CCT) che ha come unità di misura il Kelvin (K). Generalmente si definisce un LED come bianco caldo in un intervallo compreso tra i 2700 a 3300 K, bianco neutro tra 4000 e 5300 K e bianco freddo tra 5500 K, 6500 K e oltre.
Oltre all’intensità luminosa e la temperatura colore, un altro parametro da considerare è l’indice di resa cromatica, o in inglese color rendering index (da cui l’abbreviazione CRI).
Il CRI indica il modo in cui un led riproduce il colore naturale delle superfici che illumina. Ogni fonte di luce ha un proprio modo restituire i colori degli oggetti che colpisce: più il valore del CRI è alto, su una scala standard da 0 a 100, più naturale appariranno i colori delle superfici illuminate.
Possibili applicazioni dei LED
I LED vengono prodotti in differenti dimensioni e package SMD, la scelta del package da adottare dipende dal risultato finale ricercato, di conseguenza è strettamente legata al tipo di applicazione alla quale sono destinati. I package 5050 e 2835, ad esempio, sono tra i più utilizzati per l’illuminazione; in particolare i 2835 (fig.1), più recenti, grazie alla loro bassa potenza (0.2W – 0.5W), all’intelligente gestione del calore e, soprattutto, all’alta efficienza sia luminosa (lm/W) sia economica (lm/€uro), si stanno imponendo sempre di più sul mercato dell’illuminazione. Basti pensare che, con una corrente di alimentazione di 60mA, è possibile ottenere un flusso luminoso di 35lm da un package di ridotte dimensioni (2.8 x 3.52 mm) con un angolo di emissione di 120°. In termini di efficienza si possono raggiungere senza fatica i 210 lm/W e i miglioramenti sono costanti.
LED per applicazioni di illuminazione e segnalazione
L’impiego dei LED per l’illuminazione non è che una parte dei suoi utilizzi, la diffusione di questo componente è tale da coinvolge altri settori, più o meno, legati alla necessità di “fare luce”.
L’offerta di monitor, display, pannelli segnaletici e pubblicitari completamente realizzati con CHIP-LED RGB in grado di riprodurre immagini a colori è ormai molto ampia. Inoltre, i LED sono alla base della retroilluminazione dei pannelli LCD utilizzati per le cosiddette TV LED.
Con l’uso massiccio dei LED in campo display, stiamo assistendo ad un notevole avanzamento tecnologico. Gli ultimi nati, i MINI-LED, promettono di riprodurre immagini con un contrasto nettamente migliore rispetto ai pannelli LCD con retroilluminazione tradizionale. Tale risultato è merito delle loro ridotte dimensioni che consentono una disposizione molto ravvicinata e, di conseguenza, una maggior “densità” sulla superficie.
I futuri pannelli MICRO-LED saranno invece i validi rivali dei pannelli OLED.
Utilizzo di lampade per agricoltura e orticoltura
La tecnologia LED ha trovato impiego anche in agricoltura, in particolare per le colture indoor. Le moderne tecniche di orticoltura sfruttano, infatti, l’impiego di lampade realizzate con determinate combinazioni di LED colorati, bianchi, RGB e UV (dimenabili o no) come sostitutive della luce solare nelle applicazioni al chiuso.
Particolarmente adatti per questi scopi, come ad esempio per la coltivazione idroponica, sono i LED in formato 2835 e 3030 che emettono lunghezze d’onda comprese tra i 440 nm ai 730 nm, con potenze variabili tra 0,2 W e 1 W e oltre, in modo da coprire tutte le fasi del ciclo vitale delle piante (fig.2).
Per questo tipo di applicazioni è fondamentale l’utilizzo di LED che garantiscano lunga durata di vita, ottima gestione termica, alta efficienza ed elevato grado di impermeabilità e protezione dalla polvere.
Lampade LED UV per sterilizzare e igienizzare
La necessità di sterilizzare e igienizzare, più che mai attuale in tempo di pandemia, ha portato ad una crescita esponenziale della richiesta di apparecchiature UV con azione germicida, contribuendo in modo determinante allo sviluppo, oltre che dei più conosciuti led UV di tipo A e B, di Led UV di tipo C.
I LED UVC emettono luce ultravioletta con lunghezza d’onda compresa tra i 100 e i 280 nm, in grado di agire su DNA ed RNA dei microorganismi impedendone la riproduzione. Per questa loro proprietà, le applicazioni dei LED UVC si sono moltiplicate, diffondendosi oltre che nel settore sanitario medicale, anche in ambito consumer, ad esempio in condizionatori, aspirapolveri, frigoriferi e lavastoviglie.
Le soluzioni LED di Refond
Oggi il mercato dei LED è diventato molto vasto e nel mondo esistono centinaia di produttori, il che rende sempre più difficile orientarsi su un prodotto di buona qualità e durevole nel tempo. Elektronica è un distributore specializzato in componenti optoelettronici e, tra i prodotti distribuiti troviamo: LED, CHIP-LED, LED UVC, LED IR e LED RGB, la maggior parte prodotti da Refond.
Caratteristiche fondamentali della produzione led Refond sono il favorevolissimo rapporto Lumen/Watt oltre che Lumen/€. Per i propri Led, Refond garantisce un indice di resa cromatica di livello superiore agli standard di mercato: si va da un CRI80 minimo, per salire di gamma con prodotti con CRI90 o CRI95.
Refond, oltre alla qualità e all’efficienza dei suoi LED, dedica particolare attenzione alla loro durata di vita. Gli studi in questa direzione hanno infatti portato Refond al brevetto del sistema IPSL (Inorganic Protection Sulfur Layer): strato di argento del lead frame che protegge il LED dalla contaminazione di agenti esterni che potrebbero causare il decadimento del flusso luminoso (fig.3). Tale trattamento garantisce la tutela del componente soprattutto in quei casi in cui, per necessità progettuali, la resinatura o il nano-coating non sono applicabili.
In materia di illuminazione il catalogo Elektronica presenta diversi modelli in formato 2835, ognuno con caratteristiche specifiche per rispondere alle diverse esigenze del mercato. Troviamo infatti LED con efficienze dai 185lm/W ai 210lm/W come le serie BF-N-Y, EF-2J, EF-2N e FH-3N e ognuna di esse può beneficiare del trattamento IPSL garantendo una perdita di flusso nel tempo soltanto dell’1,5%.
Continuando a sfogliare il catalogo Elektronica troviamo anche una sezione dedicata agli UV in tutte le loro declinazioni (UVA, UVB e UVC) e package 2835, 3535 e 3737, solo per citarne alcuni. Gli UV di tipo C, adatti alla sterilizzazione, hanno lunghezze d’onda di 270nm – 280nm e potenze radianti da 2mW a 70mW generalmente in package 3737. In ultimo, nella vasta sezione UV, è interessante notare la presenza di un LED che combina in un unico package 3535 lunghezze d’onda di tipo A (315nm – 400nm ) e C (280nm).
Articolo pubblicato in FARE ELETTRONICA l’1 aprile 2021.
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