Come funzionano le luci a led

Il LED (Light Emitting Diode) è un dispositivo a semiconduttore che converte l’energia elettrica in luce visibile. È una tecnologia di illuminazione utilizzata in un’ampia gamma di dispositivi di illuminazione, elettronici e in varie applicazioni. Per capire come funzionano i LED sono necessarie alcune conoscenze di base di elettronica, ma cercherò di spiegarlo in modo semplice e comprensibile.

Che cos’è un LED?

Un LED è un dispositivo semiconduttore costituito da due materiali semiconduttori, solitamente silicio (Si) e arseniuro di gallio (GaAs). Si tratta di un diodo con due elettrodi, l’anodo (Anode) e il catodo (Cathode). Il principio di funzionamento di un LED si basa sul movimento degli elettroni attraverso il semiconduttore e sull’emissione di fotoni.

Nozioni di base sui semiconduttori

Semiconduttore: un semiconduttore è un materiale che si trova tra un conduttore e un isolante. Ha una conducibilità intermedia tra quella di un conduttore e quella di un isolante, che può essere modificata controllando il campo elettrico o la corrente applicata.

Coppie elettrone-buco: nei semiconduttori, gli elettroni e le buche sono i principali portatori. Quando un elettrone guadagna abbastanza energia da un atomo per fare un salto nella banda di conduzione, forma un elettrone libero, lasciando una buca elettronica.

Iniezione di portatori: iniettando elettroni e buchi in un semiconduttore, è possibile modificarne la conduttività. Questo è un passo fondamentale per ottenere l’emissione luminosa dei LED.

Come funzionano i LED

Il principio di funzionamento dei LED può essere semplificato nei seguenti passaggi chiave:

3.1. Iniezione di portatori: affinché un LED emetta luce, è necessario iniettare elettroni e buchi nel materiale semiconduttore del LED. Questo avviene solitamente applicando una tensione tra l’anodo e il catodo del LED. L’anodo è un semiconduttore di tipo P, ricco di buchi di elettroni, mentre il catodo è un semiconduttore di tipo N, ricco di elettroni liberi. Quando la corrente attraversa il LED, gli elettroni si spostano dal materiale di tipo N a quello di tipo P e si combinano con le buche elettroniche.

3.2. Ricombinazione elettronica: quando elettroni e buchi di elettroni si combinano, si ricombinano. In questo processo, l’energia degli elettroni viene rilasciata ed emessa sotto forma di fotoni. Questi fotoni sono la luce visibile del LED.

3.3. Spettro luminoso: lo spettro luminoso dei LED dipende dal materiale semiconduttore e dalla struttura della banda energetica utilizzata. I LED di materiali diversi emettono colori di luce diversi. Ad esempio, i LED all’arseniuro di gallio (GaAs) emettono solitamente luce rossa, mentre i LED blu utilizzano il materiale nitruro di indio e gallio (InGaN). Controllando il materiale semiconduttore e il processo, è possibile ottenere LED di colori diversi.

3.4. Regolazione della luminosità: la luminosità di un LED può essere regolata controllando la corrente. Aumentando la corrente si aumenta l’iniezione di elettroni e buchi di elettroni, aumentando così l’intensità luminosa. Diminuendo la corrente si riduce la luminosità. Ciò rende i LED ideali per applicazioni con requisiti di luminosità variabili.

3.5. Efficienza luminosa: i LED hanno in genere un’elevata efficienza luminosa perché la maggior parte degli elettroni e dei buchi iniettati si ricombinano e producono luce visibile. Al contrario, le sorgenti luminose come le tradizionali lampadine a incandescenza sprecano molta energia per produrre calore anziché luce.

Applicazioni e vantaggi dei LED

I led offrono numerosi vantaggi che li rendono la tecnologia di illuminazione preferita per una serie di applicazioni:

Efficienza energetica: I led sono molto efficienti dal punto di vista energetico e convertono la maggior parte dell’energia elettrica in luce senza generare calore in eccesso. Ciò contribuisce a ridurre il consumo energetico e le bollette dell’elettricità.

Lunga durata: I led hanno una lunga durata, spesso migliaia di ore o più. Questo riduce i costi di sostituzione e manutenzione.

Accensione rapida: i LED possono essere accesi e spenti rapidamente in microsecondi, il che li rende ideali per le applicazioni che richiedono lampi ad alta frequenza o tempi di risposta rapidi, come i display e le apparecchiature di comunicazione.

Temperatura di colore regolabile: i LED possono regolare facilmente la loro temperatura di colore da giallo caldo a bianco freddo per soddisfare le esigenze di illuminazione in diverse occasioni.

Rispetto dell’ambiente: i LED sono ecologici in quanto non contengono sostanze pericolose come il mercurio. Inoltre, possono essere riciclati e smaltiti più facilmente.

Resistenti alle vibrazioni: i LED sono altamente resistenti alle vibrazioni, il che li rende adatti ai dispositivi mobili e alle applicazioni in ambienti difficili.

Come funzionano le comuni luci a LED

Come funzionano le strisce LED:

Le strisce LED sono una soluzione di illuminazione LED flessibile che consiste tipicamente in più piccole sfere LED disposte lungo un circuito flessibile. Le strisce LED funzionano in modo simile ai LED di base, ma con alcune caratteristiche speciali:

Disposizione delle microsfere LED: le microsfere LED di una striscia LED sono tipicamente disposte molto vicine tra loro su una scheda di circuito flessibile per un’illuminazione uniforme.

Alimentazione e controllo: le strisce LED richiedono solitamente un alimentatore e un controller esterni per fornire il controllo della corrente e della luminosità. Il controller viene solitamente utilizzato per regolare il colore, la luminosità e l’effetto.

DESIGN FLESSIBILE: grazie al suo design flessibile, le strisce LED possono essere facilmente piegate e montate su una varietà di curve e superfici, rendendole adatte all’illuminazione decorativa e creativa.

Come funzionano le luci a pannello:

I pannelli LED sono apparecchi di illuminazione piatti, illuminati in modo uniforme, solitamente composti da più LED e guide luminose. Il principio di funzionamento è il seguente:

Disposizione dei LED: più LED sono distribuiti uniformemente sul bordo o sul retro della guida luminosa. Queste perle LED emettono luce e, attraverso la piastra di guida della luce, disperdono e diffondono la luce per ottenere un’illuminazione uniforme.

Piastra di guida della luce: la piastra di guida della luce è una sottile lastra trasparente, solitamente in acrilico o policarbonato. La sua superficie è progettata per diffondere la luce in modo uniforme.

Riflettori e diffusori: le lampade a pannello di solito includono anche riflettori e diffusori per migliorare ulteriormente la distribuzione e l’uniformità della luce.

Alimentazione e controllo: le lampade a pannello richiedono solitamente un alimentatore esterno e un circuito di controllo per fornire la corrente e il controllo della luminosità necessari. Alcune luci a pannello sono dotate anche di funzionalità di dimmerazione.

Come funzionano le lampada lineare led:

Una lampada lineare led è una lunga striscia di apparecchi di illuminazione che vengono tipicamente utilizzati per fornire un’illuminazione uniforme, ad esempio in uffici, locali commerciali e fabbriche. Il suo principio di funzionamento è il seguente:

Disposizione dei LED: le lampade lineari a LED includono solitamente una o più file di LED, disposte in modo uniforme lungo la lunghezza dell’apparecchio.

Paralume trasparente e riflettore: le lampade lineari sono solitamente dotate di un paralume trasparente per proteggere le perle LED e disperdere la luce in modo uniforme. Alcune lampade lineari includono anche riflettori per migliorare l’effetto della luce.

Alimentazione e controllo: le lampade lineari richiedono in genere un alimentatore esterno e un circuito di controllo per fornire la corrente e la regolazione della luminosità. Ciò consente all’utente di regolare la luminosità dell’apparecchio secondo le proprie esigenze.

I LED sono una tecnologia di illuminazione basata su materiali semiconduttori che funzionano grazie all’iniezione di elettroni e alla ricombinazione di buchi di elettroni per produrre luce visibile. I LED offrono molti vantaggi, tra cui l’elevata efficienza energetica, la lunga durata, la temperatura di colore regolabile e il rispetto dell’ambiente, e sono quindi utilizzati in un’ampia varietà di applicazioni, dall’illuminazione domestica ai dispositivi elettronici e ai segnali stradali. Capire come funzionano i LED aiuta a comprendere meglio questa importante tecnologia di illuminazione.