lampadina a LED

Come scegliere le illuminazioni a LED per la casa

L’illuminazione a LED è un’invenzione importante e in continua evoluzione, avendo già prodotto un vasto numero di apparecchi LED, ovvero alimentati da un apposito circuito elettronico, come sorgenti di luce alternativa alle vecchie lampade incandescenti o alle fluorescenti.

Il termine LED (Light Emmitting Diode) indica un diodo, un particolare componente elettronico caratterizzato dalla giunzione P-N capace di emettere luce, di cui sono stati sviluppati tipi ad alta luminosità adatti per illuminazione artificiale.

Attualmente, ci sono già ottimi risultati per lampade a LED colorate. La frequenza della radiazione emessa (e quindi del colore) dipende dal materiale utilizzato nella realizzazione della giunzione P-N e dal suo drogaggio:

  • arseniuro di gallio e alluminio (AlGaAs): nella fascia del rosso e dell’infrarosso
  • fosfuro di gallio e alluminio (GaAsP): nella fascia verde
  • selenio di zinco (ZnSe): nella fascia del blu

Ci sono poi altre combinazioni come l’arseniuro di gallio e fosforo (GaAsP), che generano rosso, rosso-arancione, arancione e giallo; il nitruro di gallio (GaN) che emette verde e blu; il fosforo di gallio (GaP) rosso, giallo e verde, mentre il nitruro di gallio e indio (InGaN) blu-verde, blu.

La generazione di luce bianca, invece, può avvenire con sintesi additiva dei colori primari rosso, verde, e blu (RGB), oppure rivestendo internamente la calotta di protezione dei LED con polveri fluorescenti che emettano nella fascia del blu. In questo caso variando la concentrazione dei fosfori si possono ottenere le diverse tonalità che vanno dal bianco freddo al bianco caldo.

I parametri della luce a led

Il LED è caratterizzato da parametri elettrici e da parametri luminosi (le caratteristiche variano da costruttore a costruttore). I primi comprendono la corrente diretta necessaria per ottenere l’intensità luminosa che si desidera, espressa in mA e la tensione diretta alla giunzione, espressa in Volt (compresa tra 1,5 e 3V per i LED standard e da 3 a 5V per i LED ad alta luminosità).

La tensione dei LED può variare a seconda del colore: ad esempio, il rosso ha una tensione di 1,8Volt e il verde di 2Volt, arrivando a superare i 3Volt per i bianchi.

Per quanto riguarda il flusso luminoso, esso è misurato in Lumen (lm) ed esprime la quantità di energia luminosa emessa da una sorgente luminosa nell’unità di tempo (rappresenta quindi l’idea della percezione luminosa). Legando questa variabile alla potenza di alimentazione della sorgente, si ottiene il Lumen per Watt (lm/W), che è la misura dell’efficienza luminosa, calcolata con il rapporto tra flusso luminoso generato da una sorgente e la potenza assorbita. L’illuminamento (E) è definito come il rapporto tra il flusso luminoso di una determinata sorgente e l’unità di superficie dell’oggetto illuminato; quindi esso è la densità del flusso luminoso sull’area della superficie presa in esame e l’unità di misura è il Lux (lumen/m2).

LED Binning e colore

A causa delle variabilità che possono intervenire sul processo produttivo dei semiconduttori, le principali aziende suddividono i LED in gruppi, al fine di fornire al mercato prodotti omogenei. L’operazione, denominata LED Binning, identifica qualitativamente lotti di prodotto omogeneo per colore (o meglio, temperatura di colore), flusso e tensione di funzionamento. Questi sono i parametri riportati sull’etichetta di ogni LED in modo tale da identificarlo.

La temperatura di colore indica la temperatura alla quale il corpo nero dovrebbe essere portato affinché emetta una radiazione quanto più uguale a quella della sorgente luminosa presa in esame. Per esempio, dire che una lampada ha una temperatura di colore di 3000° K (colore bianco caldo) significa che la luce prodotta ha la stessa tonalità che verrebbe se generata dal corpo nero portato all’identica temperatura di 3000° K. Quanto più la temperatura di colore è bassa (ad esempio 2700°K), tanto più possiede una tonalità di colore calda.

Lampadario a LED
Lampadario a LED

 

Al momento dell’acquisto

Quando vogliamo acquistare una lampadina a LED, occorre valutare una serie di elementi per essere certi di fare la scelta giusta. Vediamo quali:

  • Unità di misura della luce, ovvero il lumen (lm)
  • Resa luminosa: è l’apporto di energia trasformata in luce, cioè la quantità di luce emessa in rapporto al consumo di energia elettrica
  • Indice di resa cromatica (Ra): definisce in che misura la luce emessa da una sorgente luminosa consente di apprezzare le sfumature di colore degli oggetti illuminati; le lampade vengono classificate con un indice numerico compreso tra 0 e 100: quanto più si avvicina a 100 tanto più la sorgente luminosa consente l’apprezzamento delle sfumature di colore.
  • Vita media della lampadina: definisce il numero di ore di funzionamento (considerando anche 8 accensioni/spegnimenti durante le 24 ore) dopo il quale il 70% delle lampade di un determinato lotto presenta un decadimento del flusso luminoso (ovvero una diminuzione della quantità di luce emessa) o cessa di funzionare.
  • Tonalità della luce: è caratterizzata dalla temperatura di colore, espressa in gradi kelvin (K) e, sulla base di questo valore, le lampade vengono suddivise in tre tonalità: calda (tra 2000 e 3000 k), bianca (3000 e 5000 k) e fredda (superiore a 5000 k).
  • Qualità della luce: dipende dalla sua tonalità e dall’indice di resa cromatica, però migliorare l’illuminazione non significa semplicemente aumentare la potenza delle lampade (e quindi i consumi di elettricità), ma è importante determinare la giusta distribuzione delle sorgenti luminose e la corretta qualità della luce.

Vantaggi e svantaggi

I principali vantaggi delle luci a LED riguardano l’elevata efficienza ed affidabilità, con una lunga durata di vita e un basso consumo.

I LED sono spesso utilizzati per i fari delle automobili, ma soprattutto per apparecchi domestici, poiché hanno consumi ridottissimi (3,4 W e 60 lumen per watt).

Parlando della durata media del LED, essa rappresenta il numero delle ore passate le quali la sorgente LED presenta un decadimento percentuale del flusso luminoso iniziale (in genere si attesta attorno alle 68 mila ore).

La convenzione più accreditata fissa il termine della vita del LED al raggiungimento del 60-80% dell’emissione rispetto alla luce iniziale, sottintendendo una temperatura di giunzione pari a quella ambientale e una corrente di pilotaggio fissata in 300-350 mA.

Uno dei fattori critici, appunto, che determina il decadimento dell’intensità luminosa del LED è la temperatura della giunzione, che non deve superare i 100° C. Il calore generato viene disperso convogliando su un dissipatore, da cui si evince quanto la durata di un LED sia anche legata a una buona progettazione termica del corpo illuminante.

Le lampade a LED sono inoltre facilmente dimmerabili, è cioè possibile variare ampiamente il flusso luminoso emesso. Essendo il LED fondamentalmente un diodo, riducendo la corrente di pilotaggio si riduce allo stesso tempo anche la quantità di luce emessa. In teoria sarebbe possibile ridurre il flusso luminoso di un LED anche del 90% rispetto al suo valore nominale.

I LED organici (OLED)

Un OLED (Organic Light Emitting Diod) è un dispositivo realizzato sovrapponendo sequenzialmente a un substrato conduttore degli strati organici, terminati da un elettrodo.

L’intensità di emissione di un OLED è data dalla sua luminanza (intensità luminosa per unità di superficie), espressa in cd/m2(candele al metro quadro) i cui valori tipici sono compresi tra 300 cd/m2 per l’illuminazione soft per gli ambienti ed alcune migliaia di cd/m2 per gli impieghi di ordine generale; valori che nel caso di un corpo illuminante di 10×10 cm corrispondono a un flusso luminoso tra 10 e 100 lumen.

La struttura

I LED organici sono composti da un substrato di vetro che ha funzione protettiva ed è rivestito di ossido di indio-stagno (ITO, con proprietà trasparenti seppur composto da metalli) che funge da anodo.  Seguono gli strati organici (attraverso cui avviene l’iniezione delle lacune e il trasporto degli elettroni) ed elettroluminescenti; infine un sottile film metallico che funge da catodo. Gli strati organici devono inoltre essere protetti dal contatto con l’aria, perché sono sensibili all’umidità e si decompongono quando sono esposti all’atmosfera. Normalmente lo spessore totale del dispositivo è di alcune centinaia di nanometri (comunque inferiore al micron).

Questa tecnologia permette anche di realizzare display a colori con la capacità di emettere luce propria. A differenza del display a cristalli liquidi, i display OLED non richiedono componenti aggiuntivi per essere illuminati (retroilluminazione), ciò permette di creare display molto sottili e addirittura pieghevoli e arrotolabili, che richiedono minore quantità di energia per funzionare.

display OLED dell'Iphone 7
Display OLED dell’Iphone 7

Gli strati organici degli OLED,inoltre, sono in grado di emettere solo luce bianca, ma con opportuni drogaggi è possibile ottenere luce rossa, verde o blu; essendo questi i colori primari, si possono combinare per produrre tutti i colori dello spettro visibile.

Le caratteristiche

La produzione degli OLED avviene tramite la tecnica serigrafica o la deposizione umida (wetting process), utilizzando due classi di materiali organici (i polimeri e i materiali a basso peso molecolare). Grazie a questo processo si creano dispositivi con caratteristiche uniche:

  • hanno superficie luminosa estesa, ciò comporta che l’emissione luminosa non sia limitata dal sistema illuminante come nel caso di altre fonti di luce;
  • non è necessario l’impiego di un diffusore, per cui il corpo illuminante risulta più leggero (essendo gli OLED già molto sottili);
  • hanno qualità cromatica elevata (cioè copre l’intero spettro cromatico) e non emettono nel campo degli ultravioletti (UV) o degli infrarossi (IR);
  • possono essere realizzati bianchi, a specchio, opachi o trasparenti: il colore di emissione di OLED mostra una notevole dipendenza angolare, che può essere minimizzata applicando un film diffusore alla superficie emittente;
  • si accendono immediatamente al passaggio della corrente
  • hanno una dispersione di calore minima rispetto al LED tradizionale;
  • sono sorgenti luminose efficienti e durevoli, le cui superfici sono prive di abbagliamento.
  • essendo composti in gran parte da vetro, essi sono facilmente riciclabili a fine vita.

 

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