LED (DIODO A EMISSIONE LUMINOSA)

I LED sono attualmente la sorgente luminosa più efficiente, molto piccola, infrangibile e non distruttiva (se utilizzata correttamente) e sono ora utilizzati praticamente ovunque in molte potenze e dimensioni diverse.

Convenzionale vs. HI-CRI

L'indice CRI si riferisce alla qualità della luce, ossia alla fedeltà con cui essa visualizza i colori degli oggetti illuminati. Va da 0 a 100. I LED convenzionali hanno un CRI di. 70, mentre i LED HI-CRI hanno di solito un indice di almeno 90. Allo stesso tempo, hanno un'emissione luminosa leggermente inferiore. Sono adatti per il lavoro, per attività specifiche, per le persone con problemi di vista, ma naturalmente non solo per loro.

Elenco dei LED che utilizziamo attualmente

• CREE XP-L2 LED - i LED più efficienti in formato 3x3 mm, che raggiungono i 220lm/W. Utilizziamo un modello con una temperatura di colore di 4500K o 4000K (bianco neutro) e con le bande T6, W2 e W3. Questa serie di LED è più efficiente dei popolari e utilizzati Cree XP-G3 o Cree XM-L2 e XM-L3.
• Samsung LH351D - utilizziamo una variante con una temperatura di colore di 5000K e un indice CRI di 93. Hanno un'emissione luminosa inferiore solo del 12% rispetto alle XP-L2, T6, ma producono un bagliore assolutamente bianco come la neve, senza sfumature e con colori accurati. A parità di ottica TIR, producono un centro più stretto e definito rispetto ai Cree XP-L2, per cui vengono spesso abbinati a ottiche più ampie.

Molte varianti diverse

Gli elementi LED sono prodotti da diversi grandi produttori, oltre a Cree, anche Osram, Nichia, Lumileds (Phillips), LG, Samsung e Seoul Semiconductor. Esistono grandi chip per circuiti stampati e piccoli chip, bianchi e colorati, deboli e più potenti, con dimensioni che vanno da 1x1 mm a 25x25 mm. Non significa certo che un LED più grande sia migliore o che brilli di più. Ognuno ha un'applicazione diversa.

I chip LED quadrati di 3-5 mm sono adatti a piccoli alimentatori. I riflettori o le ottiche TIR sono ancora abbastanza piccoli per questi LED. I chip LED più grandi richiedono elementi ottici più grandi. Per i LED più grandi è già un grosso problema dirigere la luce in un fascio abbastanza stretto che non crei artefatti (cerchi, transizioni nette).

Durata del LED

CREE, i cui LED della serie XP-L2 sono utilizzati nei nostri proiettori, indica una durata di 50.000 ore di funzionamento, dopo le quali il flusso luminoso originale scende al 70%. Questo tempo è calcolato e stimato secondo una metodologia basata su un campione di 6000 ore e si riferisce a una corrente di passaggio di 3A; per correnti inferiori la durata è ancora più elevata. In altre parole, se una persona con una lampada frontale illuminasse per un'ora al giorno, questa riduzione di luminosità si verificherebbe dopo circa 99 anni. Quindi né voi né noi dobbiamo preoccuparci di questo. I LED, se ben raffreddati, dureranno per sempre.

Forse avete già avuto una brutta esperienza con le strisce LED in cucina, che hanno smesso di funzionare una dopo l'altra prima di smettere di brillare tutte. Questa è una cosa completamente diversa dai LED dei fari. Le strisce tendono ad avere chip di scarsa qualità, la corrente di passaggio è impostata su valori troppo elevati, la striscia stessa presenta grandi transienti termici ed è raffreddata male. I LED si degradano gradualmente con il calore e si spengono dopo un anno. Con i fari non ci si deve preoccupare di questo.

Efficienza dei LED

L'efficienza di un LED, ovvero la sua luminosità, dipende principalmente dalla corrente che gli viene fornita. Ogni LED è più efficiente a una corrente bassa. Più lumen si richiedono, peggiore è l'efficienza (la capacità di convertire l'energia che passa in luce).

Ad esempio, se si fa passare una corrente di 100 mA attraverso un LED Cree XM-L2, bin T6, questo produce un flusso di lumen con un'efficienza energetica di 180 lm/W. Ma a 1A produce solo 145lm/W e alla corrente massima di 3A solo 102lm/W. Il top della gamma di LED è la serie XP-L2, che utilizziamo in tutte le nostre lampade. Questi raggiungono efficienze record fino a 200lm/W a bassa corrente.

Da questo punto di vista, è quindi molto vantaggioso avere più chip LED nelle luci che non funzionano al limite. Proprio perché la loro efficienza sia massima.

Il secondo fattore, meno importante, è la temperatura del LED. Più bassa è la temperatura del LED (= migliore è la dissipazione del calore), più efficiente è il suo funzionamento.

Questa è una schermata di stampa di un LED XP-L2 dal sito web pct.cree.com, dove è possibile vedere facilmente la tensione, i lumen e l'efficienza (lm/w) di questo LED a diverse correnti e temperature del chip.

Coni di luce e opzioni di focalizzazione della luce

Il LED stesso produce un cono di luce di 125°. Si tratta di un cono molto ampio, quindi la luce deve essere diretta attraverso un'ottica o un riflettore. Con entrambi è possibile ottenere un cono di ampiezza ragionevole, migliorando al contempo la portata in lontananza. Un'illuminazione più ampia favorisce l'orientamento nello spazio e un'ampia portata è utile per pedalare in sicurezza a velocità elevate. I riflettori tradizionali hanno solitamente uno strato riflettente in alluminio con un'efficienza di circa il 70%. Anche il vetro di copertura, a seconda del materiale e del numero e della composizione degli strati antiriflesso, trasmette solo il 92%-96%. Un'opzione migliore è quella di utilizzare ottiche TIR, che hanno un'efficienza fino al 93% e non necessitano di un vetro di copertura aggiuntivo. Le ottiche TIR sono realizzate in PMMA, un materiale di per sé piuttosto duro. Il cono di queste ottiche è molto più omogeneo dal centro ai bordi e non presenta transizioni brusche. Molte luci attuali, anche di marca, utilizzano riflettori e il cono di luce che ne risulta arriva lontano, ma non ha l'illuminazione periferica necessaria.

Abbiamo scelto le ottiche TIR, che forniscono un cono con transizioni morbide e senza artefatti. L'efficienza e le dimensioni sono superiori a quelle dei riflettori, che presentano una perdita aggiuntiva sulla lamina di copertura. Nei proiettori combiniamo più riflettori diversi per ottenere un'illuminazione perfetta sia dei bordi che del lungo raggio. Allo stesso tempo, non utilizziamo coprioggetti aggiuntivi e, nonostante ciò, i proiettori sono impermeabili. Tutto ciò è possibile grazie al nostro know-how, che non chiamiamo nemmeno con nomi inglesi assurdi. La nostra soluzione è ideale per l'uso sportivo e ricreativo e il cono di luce che ne risulta è ottimo.

Il colore della luce

Il colore (temperatura) della luce è un altro aspetto importante. I produttori producono diverse cosiddette tinte, ovvero le sfumature di colore dei diodi. I diodi più efficienti sono sempre di colore blu o verde (6500K o più) e questo è anche il motivo per cui molte torce elettriche economiche hanno una luce bluastra. I diodi con una tonalità di colore neutra arrivano sul mercato con la stessa efficienza molto più tardi. Tuttavia, la temperatura di colore della luce influisce notevolmente sulla capacità di distinguere forme e colori reali. In questo modo è possibile distinguere rocce, rami e altri ostacoli quando si va in bicicletta o si corre sul campo.

Attualmente nelle nostre lampade frontali utilizziamo LED XP-L2 dell'americana Cree con una temperatura di colore di 4500K. Li consideriamo completamente neutri dal punto di vista cromatico, con un'elevata qualità di visualizzazione e il feedback dei nostri clienti lo conferma. In passato abbiamo utilizzato anche LED da 4000K e 5000K e riteniamo che quelli attuali siano i migliori.

Resa cromatica - CRI (Color Rendering Index)

Un problema comune dei LED è un basso indice di resa cromatica (CRI). Il CRI assume valori da 0 a 100 e definisce la fedeltà con cui la luce rende i colori. Una lampadina ha un CRI pari a 100. I LED hanno un CRI compreso tra 65 e 95, mentre quelli superiori a 90 sono definiti HiCRI. Per la fotografia o le riprese, si utilizzano esclusivamente luci con un CRI superiore a 90. La figura seguente mostra le differenze tra i diversi valori di CRI.

Figura 4: Immagine tratta da https://ledspots.org/color-rendering-index/

La visualizzazione inferiore di alcuni colori è dovuta al fatto che il LED non genera luce con la stessa intensità in tutte le lunghezze d'onda. L'occhio umano è in grado di percepire lunghezze d'onda comprese tra 390 nm e 700 nm, quindi è improbabile che gli estremi di questo spettro influiscano sulla resa dei colori. Tuttavia, il problema è il calo di emissione intorno ai 480 nm (blu) e la disomogeneità dell'intero spettro.

Figura 5: Immagine tratta dalla scheda tecnica di Cree XM-L2.

I diodi convenzionali a chip singolo (XP-L2, XM-L2, XP-G2 ecc.) hanno un indice di 70-75 a una temperatura di colore di 5000K. Le tonalità più fredde possono arrivare a 65, un valore basso che causa il washout del colore (desaturazione). I produttori sono in grado di produrre LED con un elevato indice di resa cromatica (Cree ne produce con CRI 90), ma purtroppo non così potenti. Ad esempio. XM-L2 con una temperatura di colore di 3000K e HiCRI (CRI=90) brilla con 1/3 di intensità in meno rispetto alla variante da 5000K.

Nella nostra lampada frontale Lucifer utilizziamo i diodi XP-L2 più potenti di Cree. Ora utilizziamo una temperatura di colore di 4500K, che consideriamo un bel colore bianco neutro con un indice CRI di 70. In passato offrivamo diodi con un CRI90, ma ora non più. Questo perché quelli esistenti sono semplicemente fantastici e brillano molto bene. Non escludiamo un'opzione CRI90 in futuro e monitoreremo tutti i nuovi LED che arriveranno.

Tuttavia, l'indice CRI Ra soffre di imperfezioni: è calcolato solo sulla base di uno spostamento di 8 colori pastello. Non si occupa quindi, ad esempio, del colore rosso intenso R9, importante per le riprese cinematografiche, la fotografia, l'arte o la medicina. Pertanto, sono stati gradualmente sviluppati altri indici di qualità del colore, come CRI2012 o CQS. Il CRI2012 è calcolato sulla base di 17 colori saturi. Il CQS (Color Quality Score) calcola il suo indice Qa sulla base di 15 colori.

Qui si può vedere una tipica misurazione spettroscopica di un LED Cree XP-L2, 4000K, CRI90, bin U5.

I LED sono suddivisi in diversi intervalli di prestazioni, a seconda della quantità di luce che producono con una determinata corrente. Al momento utilizziamo il bin più alto disponibile, V6. Naturalmente è possibile ottenere i bin V5 e V4, molto più economici, che hanno un'emissione luminosa rispettivamente del 93% e dell'85%, ma noi non vogliamo farlo. Cerchiamo sempre di vendere proiettori con la tecnologia più avanzata, anche se costa qualcosa.