Diodi LED - quarta parte
E venne il giorno in cui diodo disse: “Che luce sia”. E luce fu emessa.
Appurati pregi e controindicazioni dei LED, in questo numero parleremo delle varie tipologie di LED. A vista “d’occhio” i LED sembrano tutti uguali, ossia dei “pallini” più o meno luminosi. A volte sono quadrati e probabilmente si tratta di una mera variazione sul tema. Non è così.
Per fare ordine possiamo asserire che le innumerevoli varietà di LED presenti nel mercato possono essere raggruppate in tre grandi famiglie: THT, SMD e Power LED.
LED THD o THT (Through Hole Device/Technology)
Questo tipo di LED è quello che per primo abbiamo imparato a riconoscere. Sono protetti da capsule tonde di materiale plastico di diametro di 3 o 5 millimetri. Sono i più piccoli esistenti ed il loro uso principale è quello di spie luminose nei più svariati dispositivi elettronici (anche nell’uso domestico). La sigla THT significa “tecnologia da foro” (il che non deve fuorviarvi), perché furono progettati con reofori lunghi per il montaggio su circuiti stampati perforati (dove le saldature si effettuano generalmente sul lato opposto a quello dove va montato il componente). Una delle tipiche applicazioni, molto diffuse, di questa tipologia di LED è quella con diodo che emette nell’infrarosso (IR), utilizzato nei telecomandi a distanza delle comuni TV fino ad arrivare a sistemi molto più complessi di trasmissione dati.
LED SMD o SMT (Surface Mounted Device/Technology)
I LED di questo tipo sono progettati per essere saldati in superficie in corrispondenza di appositi contatti presenti ai lati o sotto il componente. Si contraddistinguono per la forma piatta.
In questo modo è possibile utilizzare circuiti stampati su base isolante di ridotte dimensioni ed effettuare le micro saldature con sistemi automatizzati. Questo tipo di LED si presenta come un minuscolo box con una faccia da cui viene emessa la luce, la faccia opposta che funge da base d’appoggio, mentre le rimanenti facce laterali contengono i contatti di anodo e catodo. Anche questa tipologia di LED l’abbiamo incontrata (senza saperlo e/o volerlo) in un’infinità di occasioni. Sono utilizzati in circuiti in miniatura (come ad esempio quelli dei cellulari), strisce a LED più o meno flessibili, LEDwall, ecc. L’efficienza luminosa dei LED SMD è molto elevata, può variare da 1 a 6 lm/W. Per tale ragione sono sempre più impiegati in applicazioni di illuminazione generale.
LED HB (High Brightness) o Power LED o High Power LED
Nata poco più d’una decina d’anni fa, è la tipologia di LED che più stiamo utilizzando nelle applicazioni specifiche degli apparecchi per l’intrattenimento. Inoltre viene utilizzata in tutte le applicazioni dell’illuminazione generale di interni ed esterni. La tecnologia su cui si basano questi LED si è evoluta in maniera rapidissima ed ha portato alla possibilità di inserire gruppi LED direttamente in circuiti a corrente alternata. I LED HB (Fig. 3) sono stati inventati nel 2001, anno in cui ci furono grandi progressi nelle tecniche di crescita dei cristalli di semiconduttore, processo che da sempre è la fase più delicata nella realizzazione dei diodi luminosi: minime imperfezioni dei cristalli possono infatti portare a grandi differenze all’interno di una partita di LED alterandone le caratteristiche ottiche ed elettriche.
Le caratteristiche principali di questa categoria di LED sono quelle di avere una gamma di potenze di funzionamento nettamente superiore alle precedenti categorie e di essere, come dice il nome stesso, particolarmente brillanti.
LED di questo tipo, similmente agli SMD, si istallano in circuiti montati su una base isolante. Complessivamente, si presentano come un minuscolo box con una faccia da cui viene emessa la luce, mentre la faccia opposta o laterale funge da base d’appoggio; le facce laterali contengono i contatti di anodo e catodo.
I LED sono dispositivi a corrente continua che operano a partire da una sorgente a corrente continua a bassa tensione, pilotati in corrente. Per le applicazioni che richiedono poca corrente e un numero limitato di LED, come i cellulari, questa viene fornita da una batteria.
L’efficienza luminosa dipende sostanzialmente dal colore: in linea generale si può dire che i LED di colore a frequenza superiore (blu, UV) sono meno efficienti di quelli di colore a frequenza inferiore (rossi, gialli). L’efficienza luminosa media oscilla tra 80 e 100 lumen/W.
I chip dei LED ad alta potenza sono costituiti da matrici composte da singoli LED ad emissione monocromatica che caratterizzano l’emissione complessiva del LED stesso. Le matrici più comuni sono di tipo RGB (Rosso Verde Blu). LED più performanti sono costituiti da matrici che contengono più colori (quindi diversi tipi di blu e/o verde e/o rosso, oltre ad altri colori: viola, arancione, ambra) oltre al bianco (che a sua volta può essere di diversa temperatura di colore). La composizione così articolata di chip LED ne consente un’emissione colorimetrica migliore a svantaggio però della “puntiformità” della sorgente (scusate la licenza poetica).
Particolare importante dei LED di alta potenza che li differenzia dai LED SMD per piccoli segnali è che sono dotati alla base di una piastra in materiale termo-conducente che, a contatto di sistemi di raffreddamento dimensionati opportunamente, dissipa il calore prodotto dal LED, garantendone longevità e un’appropriata condizione di lavoro. I LED che normalmente sono impiegati nei proiettori luce per lo spettacolo sono di questa tipologia. Questo, a conferma di quanto menzionato nei miei “scritti” precedenti, significa che anche i LED necessitano di un notevole sistema di raffreddamento.
Attualmente i sistemi impiegati possono essere di tipo convettivo (convezione termica), convettivo-forzato (ventole), heat pipe.
Nel prossimo numero di S&L parleremo di questo aspetto e di come influisca sulla vita dei LED, ma anche delle ottiche utilizzate per convogliare l’emissione di luce dei LED.
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