Cos'è il diodo LED: la scoperta, il LED blu e la vera durata

LED vuol dire Light Emitting Diode: diodo a emissione di luce. È un componente che, attraversato dalla corrente in un verso solo, emette luce. Niente filamento, niente gas.

Questa guida parte dal cristallo e arriva alla domanda che conta per chi compra: quanto durerà davvero, e da cosa dipende.

1 · Cos'è un diodo LED

Un diodo LED è una giunzione fra due strati di semiconduttore: uno con elettroni in eccesso, l'altro con «lacune», posti vuoti. Quando la corrente spinge un elettrone in una lacuna, l'energia in più esce come un fotone.

Il colore dipende dal materiale, non da un filtro: il salto di energia del cristallo decide la lunghezza d'onda. Il chip misura meno di un millimetro e sta in un contenitore con due contatti, una lente e spesso uno strato di fosforo.

2 · La scoperta

3 · Lo spettro: cosa c'è dentro la luce LED

Un LED colorato emette una banda stretta intorno al suo colore. Per questo rosso, verde e blu di uno schermo sono così puri.

La luce LED bianca è un'altra cosa. Nasce da un chip blu coperto da un fosforo che ne converte una parte in giallo e rosso. Lo spettro mostra un picco blu stretto e una gobba larga: dalla loro proporzione vengono la temperatura di colore e la resa dei colori, il CRI.

Sullo spettro LED si legge quanto blu resta nella luce, tema della guida ai lampioni a 2200 K, e quanto bene il fosforo copre i rossi.

4 · Il LED blu e Nichia

Il blu era il colore difficile. Il nitruro di gallio era difficile da far crescere in cristalli puliti, e ancora di più da drogare nel verso che serve alla giunzione.

Isamu Akasaki e Hiroshi Amano, all'università di Nagoya, risolsero la crescita del cristallo e il drogaggio. Shuji Nakamura, alla Nichia, un'azienda chimica giapponese, arrivò nel 1993 al LED blu luminoso che si poteva vendere. Nel 1996 la stessa Nichia unì il blu a un fosforo giallo: il LED bianco.

Il Nobel per la fisica del 2014 è arrivato per quel lavoro. Oggi un LED Nichia resta un riferimento: lo montiamo sul passo 16 con lente. Quali chip montino gli schermi di fascia alta lo dice la guida ai chip LED per ledwall.

5 · Il nemico numero uno: la corrente troppo alta

Ogni LED ha una corrente di progetto. Spingerne di più fa un po' più luce ma molto più calore: una parte crescente dell'energia non diventa fotoni.

È la tentazione di chi vuole uno schermo luminoso a basso costo: meno chip, pilotati oltre il loro valore. All'accensione i nit ci sono. Poi fosforo e resina ingialliscono, il flusso cala e il colore vira.

La corrente LED è il parametro che un capitolato non chiede quasi mai, ed è quello che decide gli anni.

6 · La temperatura di giunzione

La temperatura di giunzione, Tj, è quella del cristallo che emette, non dell'aria intorno. Dipende dalla corrente, dalla resistenza termica del contenitore e dal percorso che il calore trova per uscire.

Le schede dei chip danno flusso ed efficienza a 25 °C di giunzione, un valore da laboratorio. In uno schermo al sole la giunzione sta molto più in alto, e lì flusso e durata sono altri.

Per questo contano la dissipazione del modulo, la ventilazione e la luminosità regolata sull'ambiente. La guida alla fisica del calore nei ledwall racconta cosa succede al Sud e in un deserto.

7 · La vera durata: il segreto che sta nella scheda

La durata LED non è un numero di ore stampato in grande. È una curva: il flusso cala piano, e si chiama vita utile il tempo in cui resta sopra una soglia. La soglia più usata è L70: il 70% del flusso iniziale.

Il metodo è normato. Le misure LM-80 seguono i chip per almeno 6.000 ore a correnti e temperature dichiarate. Il metodo TM-21 estrapola la curva, non oltre sei volte la durata misurata. Chi scrive molto di più non l'ha misurato: l'ha supposto.

Il segreto è tutto qui: la vita di un LED è la vita della sua corrente e della sua giunzione. Lo stesso chip, pilotato sotto il valore di progetto e tenuto fresco, dura molto più di uno spinto al limite.

Sulla scheda di uno schermo, ecco cosa chiedere:

• Marca e sigla del chip, con il rapporto LM-80 e la stima TM-21.
• Corrente di pilotaggio nello schermo, confrontata con quella di progetto del chip.
• Temperatura di giunzione prevista e come si dissipa il calore.
• Cosa si ripara quando un LED si guasta: il singolo LED, la scheda o il modulo intero.

8 · Il driver: corrente costante, non un trasformatore

Un LED è un semiconduttore e vuole una corrente costante: gliela dà il driver. Molti lo chiamano ancora trasformatore o alimentatore, ma non lo è: un trasformatore cambia la tensione, un driver regola la corrente.

L'eccezione sono le strisce LED: lì il resistore a bordo limita la corrente, e la sorgente eroga una tensione costante. In quel caso, e solo in quello, si parla di alimentatore.

Il driver incide sulla resa e sull'efficienza di tutto l'impianto. Il punto che oggi pesa di più è il fattore di potenza: troppi driver economici stanno sotto 0,5. In una casa passa inosservato. In un'azienda con una fornitura sopra i 16,5 kW no: il distributore addebita in bolletta l'energia reattiva oltre la soglia, se non c'è un rifasatore. Ne parliamo nella guida al fattore di potenza dei ledwall.

Dieci anni fa il problema quasi non esisteva: i driver li facevano poche aziende, bene. Oggi il mercato è pieno di prodotti economici, e il filtro lo facciamo noi, scheda alla mano.

9 · Perché scegliamo LED riparabili

Noi di VeroLED progettiamo gli schermi su nostra distinta, li facciamo assemblare in fabbrica, li importiamo e li rivendiamo. Nella distinta scegliamo chip di marca pilotati sotto la corrente massima, e un contenitore che si possa riparare.

Riparabile vuol dire che il singolo LED o la singola scheda si sostituiscono a banco: è il lavoro del nostro laboratorio di riparazione, che ripara anche apparecchi di illuminazione Artemide, XAL, Wever & Ducré e Nobile, oltre ai nostri. Le architetture SMD, GOB e MIP lo permettono; il COB no, perché la resina copre i pixel, e lì si sostituisce il modulo. Dove un display COB entra a catalogo, lo diciamo nella scheda. Le differenze sono nella guida COB contro SMD.

Questa guida parla del componente. Per capire come i LED diventano uno schermo, legga cos'è un ledwall. Per i driver che fissano la corrente degli apparecchi di illuminazione, i driver LED che distribuiamo.