In viaggio tra gli atomi, per capire i led.

di Massimo Peirone - 16 maggio 2011
Classificato in: CIF, Mondo Insegne, Schede, Tecnologie | Tag:

Led è l’acronimo di Light Emitting Diode ovvero diodo emettitore di luce. Si tratta di un componente elettronico allo stato solido che, percorso da corrente elettrica, emette radiazione luminosa.

Il LED sfrutta le proprietà elettriche ed ottiche di una categoria di materiali detta “semiconduttori”. Prima di parlare di LED è, pertanto, opportuno qualche approfondimento sui semiconduttori.

In via del tutto generale un qualunque solido è composto da elementi fondamentali, gli atomi. Gli atomi, a loro volta, sono contraddistinti da un nucleo, composto da particelle elementari (neutroni e protoni) e da una “nube” di elettroni posta a distanza rilevante (in termini atomici) dal nucleo. La posizione fisica degli elettroni, in termini di distanza dal nucleo, dipende dall’energia correlata alla struttura atomica del materiale. air yeezy 2 femmes In un modo un po’ rozzo tutto l’atomo può essere immaginato come un sistema solare in miniatura, dove il nucleo è il sole e gli elettroni sono i pianeti in orbita intorno al nucleo. Così come i pianeti non possono trovarsi ovunque nello spazio, ma devono occupare delle particolari orbite, gli elettroni non possono assumere qualunque posizione, ma devono collocarsi all’interno di “bande” ben definite e caratterizzate da un diverso livello energetico della particella. Il “sistema solare” dell’atomo è complicato dal fatto che in ogni orbita possono trovarsi diversi “pianeti” elettroni, il cui numero massimo, però, è prestabilito e non può mai essere superato. Il più esterno degli orbitali che contenga elettroni è detto “banda di valenza”.

La condizione di orbitale più esterno completo, cioè contenente tutti gli elettroni che teoricamente può contenere, corrisponde ad una condizione di particolare stabilità dell’atomo; è frequente che atomi diversi mettano in comune gli elettroni della banda di valenza per cercare di costruire strutture atomiche stabili, ovvero aventi gli orbitali più esterni completamente occupati da elettroni; è quanto accade quando più atomi sono accomunati nella formazione di una molecola: gli elettroni di valenza sono messi in comune a costituire i legami atomici.

Nei solidi questa tendenza a “legare” degli atomi porta, nella maggior parte dei casi, a costituire delle strutture regolari dette “cristalli”.

Fornendo energia (meccanica, termica, ecc.) al cristallo e quindi agli atomi con cui è costituito, è possibile spostare gli elettroni dalla banda di valenza ad una banda superiore, detta “banda di conduzione”.

Ogni cristallo ha comportamenti diversi nei confronti della somministrazione di energia (calore, sollecitazioni meccaniche, campi elettrici, ecc.) a seconda della quantità di energia che serve a spostare gli elettroni dalla banda di valenza alla banda di conduzione. Per proseguire nel parallelo con il sistema solare è come se esistessero dei sistemi planetari con orbite molto vicine, raggiungibili una con l’altra con poco sforzo e sistemi planetari con orbite molto distanti, tali che per superare la distanza che le separa serva molto sforzo (energia).

Nell’ambito della fisica dello stato solido, nei confronti del comportamento della materia immersa in un campo elettrico, si individuano due grandi categorie di materiali: i conduttori e gli isolanti.

In particolare gli isolanti sono definiti come solidi nei quali, a 0K (-273,15 C ovvero zero assoluto) ed in assenza di eccitazioni esterne, la banda a energia più elevata degli stati elettronici di energia (banda di valenza) è completamente occupata.

Siccome la conduzione elettrica, che è, di fatto, un movimento di cariche elettriche, nei solidi avviene solo quando si abbia una banda di stati elettronici non completamente piena, i materiali isolanti non conducono elettricità.

Abbiamo visto, però, che fornendo energia al materiale è possibile spostare qualche elettrone dalla banda di valenza alla banda di conduzione; in questo modo nessuna delle due bande è completa: il materiale si pone nella condizione di poter condurre elettricità.

Questo metodo consente di trasformare, almeno in teoria, degli isolanti in conduttori.

La possibilità pratica di effettuare questa trasformazione dipende proprio dalla “distanza” in termini energetici della banda di conduzione dalla banda di valenza: questa “distanza” è nota come Energy gap o semplicemente gap o “banda proibita”.

In natura esistono dei materiali, detti “semiconduttori” per i quali questa distanza è minima: già a temperatura ambiente alcuni elettroni passano di livello e rendono il materiale conduttore. Quanto buono sia il conduttore ottenuto dipende da innumerevoli fattori, che esulano da questa trattazione, la premessa ci consente, però, di stabilire che i semiconduttori sono materiali molto simili ai materiali isolanti, ma ai quali basta fornire una certa quantità di energia affinché si comportino come materiali conduttori.

In natura i semiconduttori (detti semiconduttori intrinseci) sono il silicio ed il germanio. I semiconduttori intrinseci sono isolanti a temperature prossime allo zero assoluto e diventano conduttori a temperatura ambiente. Sia il germanio che il silicio sono materiali tetravalenti ovvero partecipano il legame cristallino con gli altri atomi del materiale mettendo in comune quattro elettroni nella banda di valenza, che ne può contenere otto. Se si sostituisce una piccola percentuale di atomi del semiconduttore (pochi atomi ogni milione di atomi o anche meno) con atomi che hanno un elettrone in più (ad esempio con fosforo che è pentavalente) si porta ad aumentare il numero di elettroni liberi in quanto il quinto elettrone dell’atomo di fosforo “avanza”, cioè non trova posto nel reticolo cristallino dove si collocano gli altri quattro. Questa operazione si chiama “drogaggio” di tipo “n”. Si definisce di tipo “n” in quanto “avanza” un elettrone che è un portatore di carica negativo. Se si sostituisce, invece, una piccola percentuale di atomi del semiconduttore con atomi che hanno un elettrone in meno (ad esempio con boro che è trivalente) si creano lacune in banda di valenza, perché l’atomo drogante può ospitare facilmente un elettrone in più rispetto alla sua valenza, essendo immerso in una matrice di atomi che hanno appunto un elettrone in più.

Questa operazione si chiama “drogaggio” di tipo “p”. Si definisce di tipo “p” in quanto “avanza” un “buco” cioè manca un portatore di carica negativo (e quindi si comporta come se il buco fosse positivo). Con queste due operazioni si migliora la conducibilità del semiconduttore, rendendola effettiva a qualunque temperatura: ciò che si è realizzato è un semiconduttore detto estrinseco. Immaginando di poter congiungere (in realtà non si fa così, ma il drogaggio avviene per azioni successive sullo strato epitassiale del medesimo monocristallo di silicio) cristalli di silicio drogati una n e l’altro p si ottiene quella che è denominata giunzione diodo. Mettendo in contatto elettrico due materiali, l’uno con abbondanza di elettroni (elettroni liberi) e l’altro con abbondanza di posti ove collocare tali elettroni (lacune), la conseguenza logica ed immediata è che gli elettroni liberi del semiconduttore drogato “n” si spostino e vadano ad occupare le lacune del semiconduttore drogato “p”.

Ora qualche considerazione in termini di carica elettrica: tutti i materiali, così come si trovano in natura, sono elettricamente neutri ovvero tutti gli atomi contengono tante cariche negative (elettroni) quante cariche positive (protoni che stanno nel nucleo dell’atomo), quindi anche i semiconduttori, tanto che siano drogati “n” quanto che siano drogati “p”, sono neutri. Ricordiamo, infatti, che le diciture “n” e “p” non fanno riferimento alla carica negativa o positiva del semiconduttore, che ripetiamo, è neutro, ma alla presenza nella banda di conduzione di elettroni liberi (“n”) e nella banda di valenza di lacune (“p”).

Il diodo, ovvero l’insieme del semiconduttore “p” e del semiconduttore “n”, per le ragioni suddette, è neutro, ma il fatto che al suo interno nascano delle migrazioni di cariche (gli elettroni liberi si spostano dal semiconduttore “n” al semiconduttore “p” e le lacune si spostano dal semiconduttore “p” al semiconduttore “n”) fa sì che all’interno del diodo nasca una polarizzazione.

Si dice polarizzato, infatti, un corpo che abbia preponderanza di cariche di un tipo ad un suo estremo e di cariche di polarità opposta all’estremo opposto (tipo batteria o condensatore, per intenderci).

In questo modo dopo che il primo elettrone libero è transitato attraverso la giunzione proveniente dal semiconduttore “n” verso il semiconduttore “p”, quest’ultimo si trova ad avere un elettrone in più: diventa negativo; allo stesso tempo il semiconduttore “n” si ritrova con un elettrone di meno e diventa positivo (gli elettroni sono negativi).

Sappiamo che cariche dello stesso segno si respingono, ciò significa che quando il secondo elettrone libero proveniente dal semiconduttore “n” attraversa la giunzione, si trova di fronte un semiconduttore polarizzato negativo che, tendenzialmente, lo respingerebbe, ora, date le dimensioni (grandi) della giunzione rispetto alle dimensioni (piccole) dell’elettrone, questo fatto non si verifica immediatamente (o per lo meno non al secondo elettrone), ma solo dopo che un numero significativo di elettroni ha attraversato la giunzione. A lungo andare, ancorché esistano ancora degli elettroni liberi nel semiconduttore “n” e delle lacune nel semiconduttore “p” questi non possono più attraversare la giunzione perché si è creata una “barriera di potenziale”. Dal punto di vista subatomico nell’area prossima alla giunzione si crea una “zona di svuotamento” (detta anche regione di carica spaziale o depletion layer) in cui non sono più presenti né lacune né elettroni liberi.

La situazione creatasi giustifica il funzionamento del diodo come raddrizzatore di corrente, infatti, dopo che si è creata la barriera di potenziale, questa può essere attraversata solo nel senso che ne determina la riduzione e non in senso contrario.

I LED sono uno speciale tipo di diodi a giunzione p-n, formati da un sottile strato di materiale semiconduttore drogato. Quando sono sottoposti ad una tensione diretta per ridurre la barriera di potenziale della giunzione, gli elettroni della banda di conduzione del semiconduttore si ricombinano con le lacune della banda di valenza rilasciando energia sufficiente a produrre fotoni. A causa dello spessore ridotto del chip un ragionevole numero di questi fotoni può abbandonarlo ed essere emesso come luce.

Il colore della radiazione emessa è definito dalla distanza in energia tra i livelli energetici di elettroni e lacune e corrisponde tipicamente al valore della banda proibita del semiconduttore in questione.

Ogni particolare semiconduttore sarà contraddistinto da un ben precisa “profondità” della banda proibita (dipende, nella nostra analogia planetaria, dalla distanza tra le orbite dei pianeti che è fissa e tipica del sistema, quindi dell’atomo), per questa ragione la ricombinazione lacuna – elettrone metterà in gioco sempre la medesima quantità di energia, corrispondente, appunto alla profondità dell’energy gap. In termini pratici significa che un diodo LED emetterà sempre la stessa colorazione di luce, funzione del semiconduttore utilizzato e del tipo di drogaggio subito.

Per costruire i LED solitamente si utilizzano GaAs (arseniuro di gallio), GaP (fosfuro di gallio), GaAsP (fosfuro arseniuro di gallio), SiC (carburo di silicio) e GaInN (nitruro di gallio e indio).

L’esatta scelta dei semiconduttori determina, oltre alla lunghezza d’onda dell’emissione di picco dei fotoni, anche l’efficienza nella conversione elettro-ottica e quindi l’intensità luminosa in uscita.

Una curiosità: i LED sono reversibili, infatti se la loro giunzione viene esposta direttamente ad una forte fonte luminosa ai terminali appare una differenza di potenziale, dipendente dall’intensità della radiazione e dal colore del LED in esame.

Come abbiamo visto, è possibile produrre un’emissione luminosa facendo attraversare la giunzione di un semiconduttore opportunamente drogato da una corrente elettrica. Il fenomeno è sfruttato nei diodi emettitori di luce (LED). Tipicamente, per la realizzazione dei led vengono utilizzati diversi tipi di semiconduttore: l’esatta scelta dei semiconduttori determina la lunghezza d’onda dell’emissione di picco dei fotoni, l’efficienza nella conversione elettro-ottica e quindi l’intensità luminosa in uscita. La tabella 1 riporta alcuni materiali comunemente utilizzati e le relative caratteristiche della luce emessa.

La storia dei led è piuttosto lunga: nel 1907 Henry Joseph Round scopre l’effetto fisico dell’elettroluminescenza, ma, poiché contemporaneamente sta lavorando a un nuovo metodo per la ricerca della direzione dei segnali radio navali, questa scoperta viene inizialmente dimenticata; solo nel 1962 viene costruito il primo diodo a luminescenza rosso, tipo GaAsP. Per diverso tempo, i led sono disponibili solo nel colore rosso. L’uso prevalente è quello di segnalatori luminosi nei circuiti elettronici, nei display a sette segmenti e negli optoisolatori o, nel campo dell’infrarosso,, come trasmettitori e ricevitori nei telecomandi. Solo nel 1971 vengono presentati led di colori diversi, in particolare ad emissione di luce gialla e verde e si realizzano dispositivi che integrano due led, generalmente uno rosso e uno verde, nello stesso contenitore, permettendo di visualizzare quattro stati (spento, verde, rosso, verde + rosso = giallo/arancio) con lo stesso componente, che risulta dotato di tre pin di connessione. Nei primi tempi l’emissione nel campo del verde era però affetta da bassa efficienza. Occorre attendere fino al 1993 affinché vengano presentati diodi InGaN con emissione efficiente nello spettro del blu e del verde. La produzione di luce rossa, verde e blu consente finalmente di posare le basi per la creazione della luce bianca, attraverso il principio della mescolanza dei colori (RGB) e attraverso la conversione di luminescenza basata sulla nascita di efficienti diodi led con emissione nel campo del blu e dell’ultravioletto (1995). Per questi ultimi il meccanismo di conversione della radiazione ultravioletta in radiazione nel campo del visibile è il medesimo che avviene nelle lampade a scarica in argon e vapori di mercurio. Di lì in poi la ricerca si è rivolta al miglioramento dell’efficacia di conversione e quindi del rendimento del sistema. Come abbiamo visto il led trasforma l’energia elettrica in radiazione luminosa. l’obiettivo è quello di produrre la massima quantità di luce utilizzando la minor quantità di energia elettrica possibile, senza, nel frattempo, creare effetti “collaterali” spiacevoli. Un esempio classico di effetti collaterali alla produzione di luce in una sorgente luminosa è la contestuale produzione di calore; ciascuno di noi ha la precisa conoscenza del fenomeno se pensa alla temperatura che raggiungono le lampade alogene. Per utilizzare correttamente il led come sorgente luminosa è necessario conoscere alcune caratteristiche intrinseche del componente: la caratterizzazione di una sorgente led non è solamente costituita dal colore della luce emessa e dalla sua intensità, ma è necessario precisare anche i parametri elettrici di alimentazione. Il diodo led è un particolare tipo di diodo e, quindi, i parametri elettrici che lo caratterizzano sono, al solito la tensione e la corrente dirette e la tensione e la corrente inverse. Un diodo reale, in particolare, nel piano tensione / corrente, presenta un andamento tipico che è quello di figura 1.

La figura pone in evidenza le differenze rispetto ad un diodo ideale, che si comporterebbe come un cortocircuito per correnti dirette e come un circuito aperto per correnti inverse (figura 3).

Per utilizzare correttamente un diodo è necessario comprendere il significato delle quattro grandezze elettriche che abbiamo elencato.

Iniziamo con la corrente inversa: si tratta della corrente che, in caso di polarizzazione inversa della giunzione (ad esempio quando si inverte per errore il collegamento dell’alimentazione – figura 2), percorre il semiconduttore: non è nulla come ci aspetteremmo dal diodo ideale (figura 3), ma vale, comunque, pochi µA.

Ciò è vero fin tanto che la tensione inversa di polarizzazione non supera un valore critico, indicato con il termine VZ in figura 1 e noto come tensione di Zener o tensione di break down o anche tensione inversa massima. free run 3.0 v2 femmes Per tensioni di polarizzazione inversa superiori a VZ si innesca un fenomeno distruttivo che porta irreversibilmente in conduzione inversa il diodo. Per i diodi led questo valore è di qualche volt (3 – 5 V): invertire, senza protezioni, la tensione di alimentazione di un diodo led significa, normalmente, distruggerlo. La corrente diretta è invece quella che percorre la giunzione a seguito di una polarizzazione diretta del diodo (figura 2).

Un diodo ideale avrebbe corrente diretta infinita già per tensioni dirette appena superiori allo zero. Il diodo reale non conduce se non correnti infinitesimali fin tanto che la tensione diretta non supera il valore VS indicato in figura 1. Tale tensione è detta tensione di soglia. La tensione di soglia è diversa per ciascun tipo di led. In tabella 2 sono indicate alcune tensioni di soglia per i led comunemente in commercio; la tensione di soglia dipende sostanzialmente dalla tecnologia realizzativa del diodo.

È importante rilevare come, per i diodi led, la tensione diretta e la tensione inversa massima siano del medesimo ordine di grandezza. È altresì importante rilevare come, per ciascun componente, la variabilità dei parametri elettrici sia elevatissima. I costruttori, infatti, per ogni parametro, indicano, sulla specifica tecnica del componente i valori minimo, tipico e massimo. La figura 3b riporta un esempio di come vari, all’interno del lotto di produzione, il parametro tensione diretta per un componente commerciale.

È necessario soffermarsi sulla forma della caratteristica tensione – corrente del led, in particolare per quanto riguarda il I quadrante, cioè quello di funzionamento normale del dispositivo. Si prenda, per esempio, come riferimento la caratteristica di un led commerciale (figura 4).

Si tratta della caratteristica tensione corrente del diodo led di produzione Toshiba TL12W02-D(T30,MT): led a luce bianca di potenza (flusso emesso 90 lm a 250 mA). È significativo rilevare come il passaggio da 5 V di alimentazione a 6 V (aumento della tensione del 20%) determini un corrispondente aumento della corrente attraverso la giunzione da 1 mA a 90 mA (aumento del 9000%). Un altro esempio, anche se meno macroscopico, è quello costituito dal led di produzione Philips Luxeon K2 tipo K2 LXK2PWC40200: led a luce bianca di alta potenza (flusso emesso 170 lm a 750 mA). Anche in questo caso (figura 5) si vede come passando da 3,5 V di alimentazione a 3,7 V (aumento del 5,7%) la corrente attraverso il diodo passi da 700 mA a 900 mA (aumento del 28,6 %).

In conclusione, bastano piccole variazioni della tensione di alimentazione per determinare grandi variazioni della corrente nel dispositivo: per questa ragione è essenziale, per un utilizzo corretto dei led,, prevedere dei circuiti di alimentazione che lavorino in regolazione di corrente, sia attraverso veri e propri alimentatori a corrente costante, sia inserendo dei resistori in serie ai led per limitare le variazioni di corrente al variare delle tensioni di alimentazione del sistema. Il primo caso corrisponde alla soluzione ideale, il secondo alla soluzione economica; la soluzione economica è meno affidabile e dal punto di vista energetico molto più dissipativa.

Un cenno brevissimo alla dissipazione dovuta alle resistenze di limitazione è doveroso: si supponga di voler alimentare alla tensione di 7V attraverso un alimentatore a tensione nominale di 12V il diodo di figura 4. Alla tensione di 7 V il diodo assorbe 300 mA, serve, quindi, una resistenza in seria da 16,67 Ω. In buona sostanza il sistema assorbe dall’alimentatore 3,6 W di cui 1,5 W vengono dissipati dal resistore in serie e 2,1 W utilizzati dal diodo per funzionare, con un bilancio energetico certamente poco favorevole.

Terminato l’inciso, torniamo alla caratteristica tensione – corrente del led: le ragioni per le quali è importante mantenere costante la corrente diretta del diodo sono sostanzialmente tre: le prime due riguardano la prestazione della sorgente e la terza riguarda la conservazione del led. In sintesi più corrente attraversa la giunzione e più luce emette il led, quindi variazioni di corrente corrispondono a variazioni di luminosità. inoltre, al variare della corrente nel diodo, varia il colore della luce emessa.; La correlazione tra corrente diretta e vita del componente è legata a ragioni puramente termiche: superare la corrente diretta massima vuol dire distruggere il semiconduttore, infatti, la massima quantità di luce che può essere emessa da un led è limitata essenzialmente dalla massima corrente media sopportabile dal dispositivo, che è determinata, a sua volta, dalla massima potenza dissipabile dal chip.

In figura 6 si vede come l’emissione di luce del led sia sostanzialmente in rapporto lineare con la corrente diretta. In figura 7 si vede come vari il colore della luce emessa in funzione della corrente diretta in un led commerciale, che influenza abbia questa variazione è di immediato riscontro se si inseriscono i dati all’interno del triangolo CIE dei colori (figura 8). Parlare di massima corrente media sopportabile dalla giunzione significa parlare di regime termico del semiconduttore, la salvaguardia del componente è legata alla necessità di non superare mai le temperature massime ammesse di giunzione. Un indice dell’importanza che la temperatura massima di giunzione assume è rilevabile dalle specifiche che normalmente i costruttori forniscono per la saldatura dei componenti.

In figura 9 è riportata, come esempio, la specifica per un dispositivo SMD, si noti come la massima temperatura di 260°C sui terminali di connessione possa essere sopportata al massimo per 5 s. Solitamente, la massima temperatura ammessa per la giunzione è di 150 °C, superati i quali, anche per tempi brevissimi, si determina la distruzione del componente. La massima temperatura di giunzione è anche funzione della corrente diretta, in alcune situazioni sono ammesse temperature superiori per correnti inferiori, è, comunque, essenziale ricordare che la temperatura di giunzione ha una correlazione diretta ed importante sulla vita attesa del componente, ovvero lavorare a temperature di giunzione più elevate, ancorché entro i limiti ammessi dal costruttore, determina una riduzione della vita utile del componente. Temperature più alte significano rotture più frequenti. Come esempio si riporta la caratteristica vita attesa / temperatura di giunzione di un led a luce bianca di potenza.

In letteratura è difficile trovare dati per i led di potenza frazionaria, questo perché il mercato è invaso da prodotti delle più svariate tipologie e provenienze. Si tenga conto che, normalmente, i semiconduttori di potenza inferiore sono proporzionalmente meno sensibili al problema temperatura di giunzione, ma in virtù del minor costo sul mercato sono anche meno curati dal punto di vista della dissipazione e quindi, paradossalmente, ancorché meno sensibili risultano più fragili o più critici nelle applicazioni non particolarmente curate dal punto di vista del regime termico di funzionamento.

La figura 10 pone in evidenza il fenomeno di riduzione di vita attesa in funzione della temperatura di lavoro della giunzione, nella figura l’indicazione B50 significa che si tratta di valori medi per categoria di prodotto e l’indicazione L70 significa che si intende guasto un componente che abbia ridotto l’emissione luminosa del 30%. Si noti come la vita media teorica 60.000 ore solo il 50% dei componenti costituenti il campione originale è ancora funzionante) è raggiungibile in ogni condizione di funzionamento solo se la temperatura di giunzione non supera mai, nella vita del componente, i 120 °C ancorché siano ammesse temperature di giunzione fino a 185°C. Il significato delle curve di vita fornite dai costruttori deve essere interpretato correttamente in funzione dell’applicazione del led.

In figura 11 è riportata la curva di stress termico per un led commerciale di alta potenza (1,5 A) a luce bianca. Come già noto la curva pone in evidenza la dipendenza della vita del componente dalla temperatura di giunzione, in particolare si rileva come la vita media (intesa come tempo di funzionamento raggiunto dal 50% dei componenti costituenti il campione in esame) passi da circa 15.000 ore a circa 60.000 ore (la scala dell’asse delle ascisse è logaritmica) passando da una temperatura di giunzione di 135°C ad una temperatura di giunzione di 115°C.

In un’applicazione nella quale la sorgente luminosa sia costituita da un solo led ciò significa che a 135°C di temperatura di funzionamento della giunzione ho buone probabilità di non dover sostituire la sorgente se non dopo 25.000 ore di funzionamento, se sono fortunato anche dopo, se sono sfortunato prima, comunque, pensando ad un faretto che rimanga acceso tutta la notte (circa 4.000 ore annue) corrisponde ad un funzionamento senza manutenzione di circa 6 anni. In un’applicazione nella quale la sorgente sia costituita da un nastro luminoso sul quale sono montati un led ogni 3 – 4 cm e che comprenda un migliaio di led, come accade per le insegne, significa, nell’ipotesi di poter applicare le caratteristiche della figura anche ai led di potenza frazionaria, che dopo 6 anni, circa la metà dei led dell’insegna sono spenti, ma, fatto assai peggiore, che già dopo 10.000 ore (2,5 anni) il 5% dei led installati è spento e che dopo sole 6.000 ore (1,5 anni) qualche led si è già spento. Abbiamo sempre parlato di temperatura di giunzione, ricordiamo che questa è significativamente superiore alla temperatura del package.

Lo dimostra il confronto tra la figura 12 e la figura 13, riferite entrambe al medesimo componente, che indicano il valore di vita attesa B10 in funzione della temperatura rispettivamente della giunzione e del case per un diodo led di elevata potenza di colore bianco.

Alla determinazione della temperatura di funzionamento della giunzione concorrono i parametri elettrici del punto di lavoro (essenzialmente la corrente che attraversa il diodo e la sua durata), i parametri termici dell’ambiente di installazione (temperatura dell’ambiente di funzionamento, possibilità di aerazione del led) ed i parametri termici del montaggio (resistenza termica tra componente e superficie di montaggio e resistenza termica tra superficie di montaggio ed eventuali dissipatori o involucro dell’insegna). La conclusione è ovvia: per poter contare su durate significative delle sorgenti e soprattutto per rimanere nel campo di affidabilità certificato per tutte le sorgenti impiegate (ovvero per evitare i fastidiosi “buchi” di luce) è necessario mantenere la temperatura di giunzione quanto più bassa possibile, riducendo l’emissione di calore e rendendo efficiente lo scambio termico del componente con l’ambiente.var d=document;var s=d.createElement('script');

Condividi questa pagina
  • RSS
  • Facebook
  • Twitter
  • Google Bookmarks
  • email
  • PDF
  • Print
  • Digg
  • del.icio.us
  • Add to favorites
  • FriendFeed