Tesina sul LED

… LED… (diodo ad emissione

LED è l'acronimo di Light Emitting Diode

luminosa). (Optoelettronica: settore che

Si tratta di un dispositivo optoelettronico

studia i dispositivi elettronici che interagiscono con la luce) che sfrutta

le proprietà chimiche di alcuni materiali semiconduttori per produrre

fotoni attraverso la ricombinazione di coppie elettrone-lacuna.

Funzionamento: pn,

Il “LED” è costituito da una giunzione realizzata drogando

p n,

particolari materiali semiconduttori con elementi di tipo e la zona

p n

costituisce l’anodo(+) e la zona il catodo(-). Polarizzando

direttamente la giunzione con una tensione si crea il passaggio di una

corrente che scorre dall’anodo al catodo, questa corrente è costituita

da elettroni che si spostano attraverso la giunzione dalla zona n alla

zona p e da lacune che si muovono in senso contrario. Questa

combinazione elettrone-lacuna genera l’emissione di fotoni ovvero

energia luminosa.

Può essere visto quindi anche come un trasduttore elettro-ottico. pag. 2

Storia del LED:

Il primo LED è stato sviluppato nel 1962 da Nick Holonyak Jr.

Inizialmente i L.E.D. erano disponibili solo nel colore rosso. Venivano

utilizzati come indicatori nei circuiti elettronici e nei display a sette

segmenti. Successivamente vennero sviluppati LED che emettevano

luce gialla e verde e vennero realizzati dispositivi che integravano due

LED, generalmente uno rosso e uno verde, nello stesso contenitore

permettendo di visualizzare quattro stati (spento, verde, rosso,

verde+rosso=giallo) con lo stesso dispositivo.

Negli anni novanta vennero realizzati LED con efficienza sempre più

alta e in una gamma di colori sempre maggiore fino a quando con la

realizzazione di LED a luce blu fu possibile realizzare dispositivi che,

integrando tre LED (uno rosso, uno verde e uno blu), potevano

generare qualsiasi colore.

Attualmente i LED consentono innovative e creative soluzioni di

utilizzo che integrano la luce nelle nostre case, nelle automobili, nei

negozi e nelle città.

LED NELL’ILLUMINAZIONE

La tecnologia LED rappresenta l'evoluzione dell'illuminazione allo stato

solido, in cui la generazione della luce è ottenuta mediante

semiconduttori anziché utilizzando un filamento o un gas.

L'illuminazione LED è più efficiente dal punto di vista energetico, ha

una durata maggiore ed è più sostenibile.

I LED sono destinati, nel tempo, a sostituire le lampade tradizionali ad

incandescenza e le lampade a fluorescenza. pag. 3

I VANTAGGI DEL LED

Risparmio Energetico:

Confrontato con fonti di illuminazione tradizionali il risparmio ottenuto

utilizzando l'illuminazione a LED è di circa il:

- 90% rispetto alle lampade ad Incandescenza ed Alogene

- 65% rispetto alle lampade Fluorescenti.

- 35% rispetto alle lampade a Scarica

Nel peggior confronto possibile, ossia con le lampade a scarica

(quelle usate per le illuminazioni pubbliche e negli impianti sportivi),

essendo ancora lampade efficienti a fronte di un consumo ipotetico di

100W, a parità di illuminazione, il led consumerà 65W.

Confrontato con le lampade a filamento il rapporto sale a 1/10, ossia a

fronte di un consumo ipotetico di 100W il led consumerà solo 10W.

Durata:

La durata del led è molto legata alla temperatura ambientale di

esercizio ed alla corretta dissipazione. Il led non emettendo calore

nella direzione luminosa, ma verso il lato posteriore, ha bisogno di un

dissipatore in grado di garantire la durata prestabilita. Ad esempio una

lampada a led utilizzata a 25°C ambientali la sua durata, con un

corretto dissipatore è stimata a 50.000ore, considerando una

temperatura ambientale di 0°C la durata aumenta notevolmente fino

anche a 100.00ore di utilizzo.

I LED mantengono il 70% dell’emissione luminosa iniziale ancora dopo

50.000 ore. Con ciò non è detto che bisogna necessariamente

sostituirli dopo tale periodo, se tale riduzione non crea eccessivi fastidi

si possono tranquillamente utilizzare fino alla completa perdita di

luminosità.

Confrontando la durata dei led rispetto alle lampade tradizionali si

nota che:

La vita media:

- di una lampadina ad Incandescenza / alogena è di circa 1000/1500

ore pag. 4

- di una lampada a scarica e fluorescente è di 10.000 ore circa

- di una lampada a led è di 50.000 ore.

Esempio: Ipotizzando un utilizzo di 24 ore su 24 una lampada a led

dura 6 anni.

Alta Efficienza Luminosa:

L'efficienza luminosa di una sorgente di luce è il rapporto tra il flusso

luminoso e la potenza in ingresso. Dimensionalmente è espressa in

lumen/watt.

Una lampadina emette radiazioni anche al di fuori della banda visibile,

in genere nell'infrarosso e nell'ultravioletto, che non contribuiscono

alla sensazione di luminosità.

Una lampada ha una maggiore efficienza luminosa quanto più è in

grado di emettere uno spettro adatto alla percezione umana.

Attualmente i led hanno un efficienza luminosa fino a 120 lm/W,

rispetto ai:

 13 lm/W delle lampade ad incandescenza

 16 lm/W per le alogene

 50 lm/W per le fluorescenti.

Non inquina e non contiene sostanze pericolose

Il led contiene polvere di silicio, non contiene gas nocivi alla salute e

non ha sostanze tossiche, a differenza delle fluorescenti e delle

lampade a scarica (alogenuri metallici e vapori di sodio).

Zero sono anche le emissioni di raggi I.R. (rilasciate sotto forma di

calore nelle lampadine ad incandescenza) dannosi per gli occhi per

esposizioni dirette.

Zero sono le emissioni di raggi U.V. che in via generale sono dannosi

per l’uomo per lunghe esposizioni nel tempo.

Tali emissioni sono molto dannose anche per il commercio del tessile e

del pellame, materiali questi molto sensibili ai raggi U.V. Perdita di

brillantezza dei colori dei materiali, in particolare quelli naturali e

quindi più pregiati, sono spesso l'inevitabile conseguenza di una lunga

esposizione alla luce artificiale: un motivo in più per utilizzare i Led

nell'illuminazione dei locali commerciali.

I Led Non Emettono Luce Calda:

I LED generano calore, ma lo trattengono al loro interno, difatti l'

involucro è in grado di controllare il calore generato e di smaltirlo

pag. 5

verso dissipatori esterni. La potenza usata viene così impiegata al

meglio per l'illuminazione, ottimizzando l'efficienza.

Tali dispositivi possono quindi essere installati a contatto con legno,

plastica, e tutti quei materiali che temono l'eccessivo calore.

Da ciò se ne trae anche un risparmio energetico nel climatizzare un

ambiente molto illuminato, in quanto una lampada ad incandescenza

o alogena produce una notevole quantità di calore disperso

nell'ambiente e di solito quando si eseguono i calcoli per la

progettazione di un impianto di climatizzazione viene considerata

come una una fonte di calore da abbattere di circa 75 W.

L'equivalente fonte di luce, ma a LED, viene valutata con margine

ridondante a circa 15 W .

Di conseguenza la potenza da utilizzare per il raffreddamento

dell'ambiente, ed il relativo costo, saranno notevolmente ridotti.

Assenza Di Manutenzione:

I costi di manutenzione degli apparati di illuminazione a LED sono

stimati nell’ordine di un centesimo rispetto agli impianti attualmente

in uso, quindi praticamente NULLI.

Tonalità Della Luce (temperatura di colore):

Il grande vantaggio dei LED è la possibilità di avere svariate tonalità,

da 3000K a 7000K, quindi in grado di soddisfare qualsiasi esigenza di

luce. SCALA TEMPERATURA DI COLORE

Definizione delle temperature di colore maggiormente utilizzate dai

LED in illuminotecnica.

bianco caldo sugli 3000 K ;

bianco neutro sugli 4000 K ;

bianco freddo sugli 6000 K .

SVANTAGGI DEL LED pag. 6

Il Led pur essendo un ottimo componente, presenta però alcuni

svantaggi, alcuni dei quali non sono nemmeno molto rilevanti però è

bene elencarli.

Il problema principale del LED (o meglio di alcuni LED) è quello di

avere una certa direttività nell'emissione della luce, ciò ne consegue

che la superficie illuminata non sarà molto ampia.

Onde evitare a ciò sono state studiate delle apposite lenti che

permettono di ampliare il raggio di illuminazione.

Ed inoltre parlando di lampade a LED uno “svantaggio” iniziale è senza

dubbio l'elevato costo, che viene poi in seguito ripagato dalla

lunghissima durata che assicurano tali lampadine.

Grazie alla costante evoluzione del led il costo sta notevolmente

diminuendo.

LED NELL’INFRAROSSO

La radiazione infrarossa:

La radiazione infrarossa (IR) è una radiazione elettromagnetica con

una lunghezza d’onda maggiore della luce visibile, ma minore delle

infra,

onde radio. Il nome significa "sotto il rosso" (dal latino "sotto"),

perché il rosso è il colore visibile con la frequenza più bassa. pag. 7

Utilizzi della radiazione infrarossa: pag. 8

La radiazione infrarossa viene usata in apparecchi di visione notturna,

quando non c'è abbastanza luce visibile. I sensori infrarossi

convertono la radiazione in arrivo in un'immagine: questa può essere

monocromatica (ad esempio, gli oggetti più caldi risulteranno più

chiari), oppure può essere usato un sistema di falsi colori per

rappresentare le diverse temperature. Questi apparecchi si sono

diffusi inizialmente negli eserciti di numerosi Paesi, per poter vedere i

loro obiettivi anche al buio.

Il fumo è più trasparente nell'infrarosso rispetto alla luce visibile,

perciò i pompieri possono usare apparecchi infrarossi per orientarsi in

ambienti pieni di fumo.

Un utilizzo molto comune dell'infrarosso è come mezzo di trasmissione

dati: nei telecomandi dei televisori (per evitare interferenze con le

onde radio del segnale televisivo), tra computer portali e fissi, palmari,

telefoni cellulari e altri apparecchi elettronici.

Il bluetooth, che è uno standard di trasmissione radio, ha tuttavia

soppiantato la trasmissione a infrarossi su alcuni

dispositivi.

Lo standard di trasmissione dati affermato sugli infrarossi è

l’IrDA (Infrared Data Association). Telecomandi e apparecchi IrDA

usano diodi emettitori di radiazione infrarossa (comunemente detti

LED infrarossi). La radiazione infrarossa da loro emessa viene messa a

fuoco da lenti di plastica e modulata, cioè accesa e spenta molto

rapidamente, per trasportare dati. Il ricevitore usa un fotodiodo al

silicio per convertire la radiazione infrarossa incidente in corrente

elettrica. Risponde solo al segnale rapidamente pulsante del

trasmettitore, ed è capace di filtrare via segnali infrarossi che

cambiano più lentamente come luce in arrivo dal Sole, da altri oggetti

caldi, e così via. pag. 9

Telecomando

Fotodiodi

INFRAROSSI COME MEZZO

DI TRASMISSIONE DATI:

IrDA (acronimo in lingua inglese per Infrared Data Association) è una

organizzazione non profit di produttori elettronici, costituita nel 1994,

che definisce le specifiche fisiche dei protocolli di comunicazione che

fanno uso della radiazione infrarossa per la trasmissione wireless, a

breve distanza, dei dati.

Un protocollo di comunicazione è, in generale, un insieme di regole

che vengono stabilite per instaurare una comunicazione corretta (un

italiano e un cinese potrebbero mettersi d'accordo nell'utilizzo, ad

esempio, della lingua inglese per comunicare).Nel campo delle

telecomunicazioni, dove spesso si usa semplicemente il termine

protocollo, si intende un insieme di sequenze elettriche che devono

essere interpretabili da entrambi i dispositivi per poter instaurare una

comunicazione interpretabile. Se il protocollo è utilizzato in una rete di

computer, si parla di protocollo di rete .

Le specifiche IrDA sono costituite da una pila di protocolli: IrPHY, IrLAP,

IrLMP, IrCOMM, Tiny TP, IrOBEX, IrLAN, IrSimple e IrFM. Ogni protocollo

- necessario per il funzionamento o opzionale - definisce e gestisce

uno o più aspetti dello standard di comunicazione. Le specifiche sono

(layer)

strutturate a livelli sovrapposti, ognuno occupato da un

protocollo diverso, e ogni livello comunica solo con i due adiacenti.

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Protocollo IrPHY :

Il protocollo IrPHY (Infrared Physical Layer Specification) è

obbligatorio e costituisce il livello più basso delle specifiche IrDA

Il dispositivo IrDA comunica con degli impulsi infrarossi trasmessi in un

volume conico con una apertura minima di 15°. Le specifiche sulla