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Luce per l\'era digitale
Luce per l’era digitale Le informazioni contenute nel presente documento sono tutelati dal diritto d’autore e possono essere usati solo in conformità alle norme vigenti. In particolare Voltimum Italia s.r.l. a socio Unico si riserva tutti i diritti sulla scheda e su tutti i relativi contenuti. Il materiale e i contenuti presentati nel sono stati attentamente vagliati e analizzati, e sono stati elaborati con la massima cura. In ogni caso errori, inesattezze e omissioni sono possibili. Voltimum Italia s.r.l. a socio Unico declina qualsiasi responsabilità per errori ed omissioni eventualmente presenti nel sito. 2 2. Led a luce bianca Il led a luce bianca, così come è oggi conosciuto, è il risultato di quasi mezzo secolo di ricerche e continui miglioramenti che, dai primi esemplari a bassissima efficienza emittenti nell’ir e nel rosso, condussero a dispositivi caratterizzati da efficienze sempre più alte e cromaticità sempre più variegate. Si dovette tuttavia attendere i led a luce blu, disponibili solo all’inizio degli anni 90, per schiudere la porta alla generazione di luce bianca. Ottenere una radiazione spettralmente bianca a partire da dispositivi intrinsecamente monocromatici come i led è possibile con due distinte tecnologie: • utilizzo della tricromia: ossia di tre singoli led caratterizzati da emissione ad appropriate lunghezze d’onda (nel rosso, nel verde e nel blu) e fasci opportunamente collimati. Tale tecnica è utilizzata maggiormente nella riproduzione digitale del colore; • utilizzo del principio della conversione: si utilizza un led a luce blu (generalmente in tecnologia InGaN) la cui radiazione (emissione primaria) stimola un’opportuna polvere fluorescente (depositata su una superficie interna al componente) la quale emette nel campo del giallo (emissione secondaria). Dalla miscelazione dell’emissione primaria con quella secondaria è possibile ottenere una radiazione spettralmente uniforme percepita, dal senso della vista, come “luce bianca”. Variando la quantità e la concentrazione della polvere fluorescente, è possibile ottenere tonalità variabili dal bianco “freddo” (simile a quello emesso dalle lampade a fluorescenza), ad un più “caldo” biancogiallognolo (più vicino a quello che caratterizza l’emissione di lampade ad incandescenza). La tecnologia della conversione permette di ottenere efficienze ed intensità luminose di gran lunga superiori a quelle dei tradizionali led monocromatici. Nel seguito una breve digressione sulle caratteristiche dei led a luce bianca che più da vicino interessano le applicazioni illuminotecniche.
Luce per l’era digitale Le informazioni contenute nel presente documento sono tutelati dal diritto d’autore e possono essere usati solo in conformità alle norme vigenti. In particolare Voltimum Italia s.r.l. a socio Unico si riserva tutti i diritti sulla scheda e su tutti i relativi contenuti. Il materiale e i contenuti presentati nel sono stati attentamente vagliati e analizzati, e sono stati elaborati con la massima cura. In ogni caso errori, inesattezze e omissioni sono possibili. Voltimum Italia s.r.l. a socio Unico declina qualsiasi responsabilità per errori ed omissioni eventualmente presenti nel sito. 3 3. Caratteristiche Caratteristiche cromatiche La luce bianca dei led viene caratterizzata mediante la temperatura di colore e le coordinate cromatiche. La prima è normalmente compresa tra 6500K (luce bianco giallognola) e 8000K (luce bianca fredda). Le coordinate cromatiche vengono espresse con riferimento allo standard Cie 1931 e si posizionano generalmente nella zona caratterizzata da 0,27 X y Ra Ra Ra Ra Ra SPAN Caratteristiche di efficienza Poiché il led è un trasduttore di energia dalla forma elettrica a quella luminosa è ragionevole, al fine di quantificarne l’efficienza, definire un rendimento di conversione come rapporto (adimensionale) tra la potenza irradiata e quella elettrica assorbita dalla rete di alimentazione. Generalmente tale valore è pertinente al solo diodo e non include le perdite nel circuito alimentatore dc. Per scopi illuminotecnici legati alla sensazione della visione, viene più comodamente utilizzato il rapporto tra flusso luminoso emesso (in lumen) e potenza elettrica assorbita (in watt). Tale rapporto (espresso in lm/w) è detto efficienza luminosa e permette anche un raffronto più diretto del led con le tradizionali sorgenti utilizzate nell’illuminazione.
Luce per l’era digitale Le informazioni contenute nel presente documento sono tutelati dal diritto d’autore e possono essere usati solo in conformità alle norme vigenti. In particolare Voltimum Italia s.r.l. a socio Unico si riserva tutti i diritti sulla scheda e su tutti i relativi contenuti. Il materiale e i contenuti presentati nel sono stati attentamente vagliati e analizzati, e sono stati elaborati con la massima cura. In ogni caso errori, inesattezze e omissioni sono possibili. Voltimum Italia s.r.l. a socio Unico declina qualsiasi responsabilità per errori ed omissioni eventualmente presenti nel sito. 4 4. Alcune proprietà L’intensità luminosa di una sorgente è in generale definita come il flusso luminoso (potenza raggiante pesata con la curva di sensibilità fotopica dell’occhio umano) emesso per unità di angolo solido; essa è quindi misurata in lumen/steradiante o candela. La sua misura avviene disponendo la sorgente in esame al centro di una sfera cava (figura 2A) avente superficie interna bianca e perfettamente diffondente (sfera di Ulbricht). In tali condizioni, il totale flusso emesso dalla sorgente è proporzionale all’illuminamento della superficie il quale può essere a sua volta misurato mediante un opportuno sensore calibrato (schermato dai raggi diretti) collegato ad un fotometro esterno. Dividendo il flusso totale così determinato, per l’angolo solido di 4π steradianti, si ottiene una misura dell’intensità luminosa in un’unità comunemente indicata come candela sferica media. Nel caso di radiatori a fascio stretto, come i led, la misura viene spesso effettuata non sul valore medio ma su quello massimo, posizionando il sensore direttamente sull’asse ottico del radiatore ad una distanza prefissata da questo (figura 2B). Concettualmente ciò equivale a valutare il flusso emesso su un ristrettissimo angolo solido al picco del fascio di radiazione. Si ottiene in tal modo un valore dell’intensità luminosa espresso ancora in lm/sr, ma che è risultato di una misura locale e quindi non confrontabile con la usuale candela media sferica. Per questo motivo esso è comunemente indicato come “beam candela”. Le due valutazioni sono spesso fonte di confusione ed ambiguità, dato che utilizzano la stessa unità di misura. Opportuni pattern di ripartizione esprimono, in coordinate polari, l’intensità in funzione dell’angolo di osservazione su un assegnato piano contenente la direzione di massima intensità. Un’importante caratteristica direttamente desumibile da tali diagrammi è l’apertura del fascio detta, nel caso dei led, “angolo di vista”. Questo è definito come l’angolo “α” entro il quale il diagramma di radiazione si mantiene sempre al di sopra di una fissata percentuale della intensità massima. Il valore del 50% è quello più comunemente adottato: il motivo di tale scelta risiede nel fatto che esso risulta comodo per il calcolo della interdistanza massima tra sorgenti adiacenti ubicate con lo scopo di ottenere uniformità di illuminamento su ampie superfici. L’angolo di vista dipende ovviamente dal layout del sistema ottico implementato che, nel caso di singolo led, si riduce alla lente antistante il chip. Se l’angolo di vista è molto stretto, il flusso emesso è concentrato in un ristretto fascio: come già notato, anche se ciò consente di ottene re elevati valori di intensità questi sono limitati ad una ristretta apertura angolare. Intensità luminosa ed angolo di vista devono essere dunque due parametri da valutare congiuntamente per evitare che alte intensità siano frutto solamente di fasci molto direzionali e dunque inutili ai fini dell’illuminazione. Elevate luminosità con più ampi angoli di vista possono essere ottenute utilizzando più led unitamente a sistemi ottici secondari per uniformare il fascio multiplo. Fig. 2: Il concetto di "candela sferica" media e di "beam candela"
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Luce per l’era digitale Le informazioni contenute nel presente documento sono tutelati dal diritto d’autore e possono essere usati solo in conformità alle norme vigenti. In particolare Voltimum Italia s.r.l. a socio Unico si riserva tutti i diritti sulla scheda e su tutti i relativi contenuti. Il materiale e i contenuti presentati nel sono stati attentamente vagliati e analizzati, e sono stati elaborati con la massima cura. In ogni caso errori, inesattezze e omissioni sono possibili. Voltimum Italia s.r.l. a socio Unico declina qualsiasi responsabilità per errori ed omissioni eventualmente presenti nel sito. 6 Dividendo volt per ampere si ottiene un valore di resistenza in ohm; dividendo invece volt per milli ampere si ottiene un valore in kilo-ohm (1000 ohm). Il valore così ottenuto dovrà essere approssimato al più vicino valore commerciale (utilizzando preferibilmente la progressione E24, o superiore, dello standard Iec63). Il passo successivo è quello di verificare la potenza dissipata dal resistore moltiplicando il suo valore in ohm per la corrente “I D ” che lo attraversa. È a tal fine raccomandabile non superare il 60% della potenza nominale del resistore (resistori di potenza 0,25W o 0,5 W risultano generalmente sufficienti a stabilizzare singoli led). In caso di apparecchi destinati ad operare in condizioni ambientali estreme, occorre tenere presente che la potenza elettrica tollerata dal resistore è tanto più bassa del valore nominale quanto più alta è la temperatura ambiente (figura 5). Fig. 5: Diminuzione della potenza nominale di un resistore in funzione della temperatura ambiente
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