mercoledì 29 ottobre 2014

Il mondo dei fari e dell'illuminazione a LED

Cos'è un LED

L'acronimo LED (Light Emitting Diode) indica in elettronica un "diodo ad emissione luminosa" ovvero un dispositivo che sfruttando le proprietà ottiche di alcuni materiali semiconduttori produce luce grazie al fenomeno dell'emissione spontanea di fotoni dovuta alla ricombinazione di coppie elettrone-lacuna.

Struttura e funzionamento.

 I LED sono dei diodi a giunzione p-n, costituiti da un sottile strato di materiale semiconduttore, con "drogaggi" di diversa natura, cioè di tipo n per gli elettroni e p per le lacune.

Se vengono sottoposti ad una tensione diretta, per ridurre la barriera di potenziale della giunzione, gli elettroni della banda di conduzione del semiconduttore si ricombinano con le lacune della banda di valenza emettendo in tal modo energia sotto forma di fotoni.

Una buona parte di questi fotoni può sfuggire dal chip grazie al suo ridotto spessore, generando luce di diversa frequenza a seconda della natura del semiconduttore utilizzato.

Attualmente i LED sono realizzati in GaAs (arseniuro di gallio), GaP (fosfuro di gallio), GaAsP (fosfuro arseniuro di gallio), SiC (carburo di silicio) e GaInN (nitruro di gallio e indio).
 

La luce dei LED.

 


Il colore della luce emessa da un LED dipende dalla distanza in termini energetici tra elettroni e lacune del semiconduttore ed è generalmente in relazione con il valore della cosiddetta “banda proibita” del semiconduttore stesso.

Scegliendo in modo preciso il tipo di semiconduttore è possibile dunque determinare la lunghezza d'onda dell'emissione di picco dei fotoni, l'efficienza nella conversione elettro-ottica e quindi l'intensità luminosa in uscita.

Illuminare con i LED

I LED possono emettere luce “continua” o ”intermittente”, quest’ultima ottenibile attraverso circuiti astabili o con LED intermittenti.

Per l'illuminazione all'interno degli edifici è necessario comunque avere a disposizione diverse tonalità di colore in luce bianca. Questo ha portato i produttori a differenziare i dispositivi di illuminazione a LED in base alla temperatura di colore, introducendo sul mercato lampade classificabili in 6 fasce di temperatura, dai 2700 K agli oltre 8000 K.

I LED sono di conseguenza sempre più utilizzati in illuminotecnica.

Grazie a nuove tecnologie sempre più performanti, questi dispositivi stanno via via sostituendo, anche in ambito domestico, le sorgenti di luce tradizionali quali lampade ad incandescenza, alogene o fluorescenti.

L’efficienza luminosa, ovvero il rapporto tra quantità di luce emessa rispetto al consumo (lm/W), delle lampade LED ha ormai raggiunto picchi di 120 lm/W rispetto ai 3 lm/W misurati all’inizio della ricerca in questo campo e soprattutto rispetto ai 10-19 lm/W di una lampada ad incandescenza, ai circa 12-20 lm/W di una lampada ad alogeni e ai circa 50-110 lm/W di una fluorescente lineare!

Per meglio valutare le potenzialità di questa tecnologia ecco elencati di seguito i principali vantaggi nell’utilizzo dei LED per l’illuminazione:

  •     durata di funzionamento (i LED ad alta emissione arrivano a circa 10-50.000 ore);
  •     costi di manutenzione-sostituzione ridotti;
  •     elevato rendimento (se paragonato a lampade ad incandescenza e alogene);
  •     luce pulita perché priva di componenti IR e UV;
  •     facilità di realizzazione di ottiche efficienti di plastica;
  •     flessibilità di installazione del punto luce;
  •     possibilità di un forte effetto spot (sorgente quasi puntiforme);
  •    funziona in sicurezza perché a bassissima tensione (normalmente tra i 3 e i 24 Vdc);
  •     accensione a freddo (fino a -40 °C) senza problemi;
  •     insensibilità a umidità e vibrazioni;
  •     assenza di mercurio;
  •     durata non influenzata dal numero di accensioni/spegnimenti.
  •    possibilita' di creare apparecchi illuminati di nuova foggia per via delle dimesioni ridotte


Una curiosità...

Anche se non è molto noto i LED se colpiti da radiazione luminosa nello spettro visibile, infrarosso o ultravioletto (dipendentemente dal LED utilizzato come ricevitore) producono elettricità esattamente come un modulo fotovoltaico. I LED di colore blu e infrarosso producono tensioni considerevoli. Questa particolarità rende possibile l'applicazione dei LED per sistemi di ricezione di impulsi luminosi. Intorno a questa proprietà sono stati sviluppati molti prodotti industriali come sensori di distanza, sensori di colore, sensori tattili e ricetrasmettitori.


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