Che cos'è un LED?

Che cos'è un LED? Quasi ogni giorno ci imbattiamo nella parola LED, acronimo di Light Emitting Diode, che può essere tradotto come "diodo che emette luce". Il LED è una forma di diodo che è stata sviluppata per produrre luce.

Queste tre lettere le vedi più spesso quando acquisti un televisore o un nuovo telefono. Al giorno d'oggi, tutti i terminali di visualizzazione sono dotati di retroilluminazione a LED e le luci a LED illuminano le nostre case.

Il principio dei LED è nato già nel 1907. Abbiamo scritto un articolo sull'argomento: una breve storia dei LED

"L'elettroluminescenza, il principio alla base dei LED, fu scoperta per la prima volta da Henry Joseph Round nel 1907. Ma è stato solo nel 1962 che l'ingegnere Nick Holonyak ha utilizzato questa scienza per creare i LED che producono la luce visibile come la conosciamo noi" - Storia dei LED, un breve manuale

Come funziona una luce LED?

Il LED funziona come un diodo PN. P=Positivo (+) e N=Negativo (-). Funziona secondo lo stesso principio, cioè trasporta la corrente in una sola direzione e non può scorrere nell'altra. Perché è necessario? Se gli elettroni si muovono in una direzione, formano una corrente che diventa la fonte di luce della reazione.

Affinché il LED funzioni, deve essere alimentato. Cioè, viene applicata una tensione al pin P. Quando le buche sul lato P incontrano gli elettroni sul lato N nella giunzione del diodo, viene rilasciata energia e questi fotoni producono luce.

In cosa si differenzia un LED da un diodo tradizionale?

Ora parliamo di LED: cos'è un LED e in cosa si differenzia da un diodo PN? Non molto. All'interno c'è una lega di semiconduttori. Lo spettro di emissione (colore della luce) dipende dal grado di lega e dal materiale di cui è composto il semiconduttore.

La differenza maggiore, ovviamente, sta nel design. Un LED tradizionale ha una speciale protezione emisferica (valida per tutti i tipi di LED), che lo protegge da urti e altre influenze meccaniche esterne. Le ricerche hanno dimostrato che è il lato P a rilasciare la luce, quindi nei circuiti LED il lato P è il più superficiale possibile e il più sottile possibile per rendere la luce il più visibile possibile.

Per questo motivo, la parte superiore del circuito LED è spesso realizzata in resina epossidica o in un altro materiale trasparente che può essere utilizzato per dirigere i fotoni nella direzione desiderata.

Perché un LED ha bisogno di una resistenza frontale?

Affinché un LED bruci alla tensione appropriata, di solito è necessario installare una resistenza frontale. La corrente nominale richiesta dal LED può variare da 20 mA a 5 A, a seconda della potenza del LED.
La resistenza frontale appropriata si calcola come segue: tensione - tensione richiesta dal LED = tensione della resistenza frontale
Il valore della resistenza frontale (OHMI) si ottiene dividendo la tensione (V) ottenuta per la corrente (mA) richiesta dal LED.

Ad esempio, se hai una tensione di 24 V e vuoi installare un LED COB con una tensione di soglia di 19 V e un fabbisogno di corrente di 350 mA, esegui il seguente calcolo:
Tensione residua = 24 V - 19 V = 5 V
Resistenza frontale = 5 V / 350 mA = 5 V / 0,014 A = 357 Ohm
357 Ohm di resistenza frontale necessaria

Quali sono i vantaggi della luce LED?

Una delle caratteristiche più importanti dei LED è la loro elevata efficienza. Infatti, una lampada a incandescenza convenzionale emette molto calore durante l'uso, mentre un LED, al contrario, rimane relativamente fresco. Tutto questo perché produce la maggior parte della luce nello spettro visibile all'uomo e non spreca energia in lunghezze d'onda non necessarie. Le lampade a incandescenza hanno un'efficienza di appena il 5%, mentre quelle a LED possono raggiungere il 90%. Inoltre, i circuiti LED hanno dimensioni molto più ridotte, quindi possono essere collocati praticamente ovunque.

Quali colori possono produrre i LED?

Per regolare il colore e l'intensità della luce, è necessario selezionare il materiale semiconduttore appropriato. Il semiconduttore utilizzato nella miscela è fondamentale, poiché la sua reazione con gli elettrodi influisce sul colore della luce. Tuttavia, i LED non emettono necessariamente tutti i colori ed è possibile ottenere uno spettro accurato.

I colori più comuni sono il rosso, il giallo, il verde e l'arancione. Questo perché sono più facili da produrre e sono molto più economici dei LED blu e bianchi che sono apparsi negli anni '90.

La tabella seguente mostra i materiali semiconduttori utilizzati per ottenere un particolare colore di luce:

La tabella mostra che lo stesso materiale semiconduttore è adatto a diversi colori e il produttore decide quale materiale utilizzare. I fattori decisivi sono la disponibilità e il prezzo, che variano.

Come vengono costruiti i LED?

Ora che sappiamo come funziona il LED, parliamo un po' di più del suo funzionamento in parti. Ogni LED è composto dalle seguenti parti:

• catodo
• anodi
• circuito a semiconduttore
• riflettore
• diffusore

Ognuno di questi componenti è importante per il funzionamento della luce LED. Le parti principali del LED sono il catodo e l'anodo. A cosa servono queste parti in un LED?

Gli elettroni passano dal catodo (-) all'anodo (+) quando viene applicata una tensione al dispositivo. Di conseguenza, gli elettroni si incontrano nella giunzione PN e occupano gli spazi vuoti (buchi). Di conseguenza, gli elettroni passano a un nuovo livello energetico e vengono rilasciati fotoni. Come ho detto prima, i fotoni sono diretti verso l'alto da un riflettore e da un diffusore (ad esempio, resina epossidica).

In cosa differiscono le diverse tecnologie LED?

Se parliamo dei principali tipi di luci LED, ci sono ovviamente le luci LED per l'illuminazione generale e le luci LED per la segnaletica, che di solito vengono utilizzate nei dispositivi elettronici.

I LED possono essere distinti in diverse tecnologie anche in base al processo di produzione:

DIP-LED

Il primo tipo di LED commerciale è stato il DIP-LED, un indicatore luminoso piuttosto semplice e non molto efficiente. Ma sono piuttosto economici. Hanno una lente cilindrica, le cui dimensioni sono di solito piuttosto grandi rispetto al circuito del LED stesso.

LED SMD

I LED SMD sono stati inventati dopo i LED DIP. Le luci LED tradizionali sono montate in superficie e gli SMD hanno rappresentato una soluzione. Sono molto più piatti e vengono utilizzati solo per il montaggio in superficie. Il montaggio viene sempre effettuato su un materiale termicamente conduttivo. L'SMD è la forma più comune di LED utilizzata nell'illuminazione (entro il 2023) e lo sviluppo dell'SMD non è ancora finito.

LED COB

Ora le luci LED più recenti incorporano un circuito LED con tecnologia COB (Chip On Board). Il nome indica direttamente che il LED, o meglio diversi LED, sono montati direttamente sulla piastra di base. Sono molto piccole. Oltre alle dimensioni ridotte, hanno il vantaggio di essere illuminati in modo molto uniforme e ben protetti dall'ossidazione grazie a uno strato di fosforo.

Grazie a questi vantaggi, sono stati utilizzati, ad esempio, nell'industria automobilistica per creare i fari. Da allora si sono diffusi nei downlight e nelle strip LED.

LED FILAMENTARE

Un altro nuovo modo di produrre circuiti LED è il filamento (filo). Con questo circuito LED, la luce può essere diffusa in tutte le direzioni. Il suo principale vantaggio è l'aspetto: sembra un filamento, come nelle lampade a incandescenza. Per questo motivo i LED a filamento vengono utilizzati soprattutto nelle lampadine LED che sostituiscono quelle a incandescenza.

Qui abbiamo risposto alla domanda più frequente: "Che cos'è un LED?".

*1 Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d7/PnJunction-LED-E.svg/640px-PnJunction-LED-E.svg.png

*2 Fonte: https://www.electronics-notes.com/articles/electronic_components/diode/light-emitting-diode-led-technology-how-does-led-work.php

*3 Fonte: https://en.wikipedia.org/wiki/LED_circuit

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