I Mid Power LED | Progettazione ottica

I primi LED in commercio sono stati i low-power, inizialmente utilizzati come spie di segnalazione nei circuiti elettronici, dai televisori fino ai computer, poi sono stati impiegati per realizzare le prime lampadine (figura 1), la categoria racchiude anche i nuovi LED a bassa potenza (figura 2). Il loro flusso è di poche decine di lumen, basso flusso e bassa efficienza.

Figura 1. Lampadine con LED spia.

Figura 2. Lampadina con low power LED

L’evoluzione del LED ha portato allo sviluppo degli high-power LED o più semplicemente power LED. Questa categoria raccoglie i LED ad elevato flusso utilizzati oggi nella realizzazione di molti dispositivi di illuminazione da quella stradale a quella per interni (figura 3), il loro flusso arriva a qualche centinaio di lumen per i chip singoli fino a diverse migliaia per i multichip. Questi LED sono però costosi ed hanno problemi di dissipazione del calore poichè generano molta potenza in uno spazio ridotto. La gestione del calore aumenta ulteriormente i costi richiedendo ad esempio materiali ad alto coefficiente di trasmissione e grosse superfici per lo scambio del calore con l’esterno.

Figura 3. Lampadina con high power LED

Un modo per risolvere i problemi di calore e di costo è stato trovato nei LED a media potenza, i cosidetti Mid-power LED, presenti sul mercato gia da qualche anno ma che proprio nel 2013 hanno raggiunto risultati davvero interessanti. Questi LED arrivano a flussi massimi di 100 lumen con dimensioni di qualche mm2, nulla a che vedere con i flussi degli high-power LED ma costano un decimo ed hanno la stessa efficienza se non superiore in alcuni casi. Inoltre la loro potenza ridotta genera molto meno calore.

Seoul Semiconductor e Cree si stanno imponendo come produttori leader del settore. Cree ha in commercio due modelli: XH-G e XH-B raggiungendo i 170 lm/W a 65 mA, 5000 K e 25 °C. Seoul risponde con i modelli 5630 e 3030 dichiarando un’efficienza di 180 lm/W ed i costi ridotti del 50%. Con questi dati puntano ad essere i LED con la migliore efficienza (lm/W) e il miglior prezzo (€/Klm), ma spesso le prestazioni reali sono ben lontane da quele dichiarate. Ho analizzato il datasheet dell’XH-G e l’ho messo a confronto con l’XT-E, l’high power LED con le caratteristiche costo-efficienza più elevate del settore, vediamo i dettagli nella tabella seguente.

	Mid-power XH-G	High-power XT-E
Selezione	CW CRI 80	CW CRI 80
Tensione	2.9 V	2.85 V
Corrente	65 mA	350 mA
Flusso a 25 °C	26.8 lm	140 lm
Efficenza a 25 °C	142 lm/W	140 lm/W
Costo	5.6 €/Klm	7.9 €/Klm

Dal flusso luminoso generato vediamo subito la differenza tra le due categorie, 140 lumen con 1 Watt di potenza contro i 26 lumen a 0,2 Watt, due stili diversi. Siamo lontani dai 170 lm/W dichiarati per l’XH-G, ma i 140 lm/W tipici sono comunque un grande risultato come efficienza tipica. L’efficienza dei due LED a confronto è praticamente uguale ed a parità di flusso luminoso il Mid-power LED costa il 30% in meno. La sua bassa potenza ( a 65 mA consuma meno di 0,2 W) permette l’utilizzo di schede in FR4 con un’ulteriore riduzione dei costi nella parte elettronica e di dissipazione. Se non sono richieste ottiche particolari e se non ci sono limiti di spazio i Mid-power LED risultano la soluzione migliore ad oggi, offrendo luce a basso costo. Sono particolarmente adatti per ottenere sorgenti luminose estese ed uniformi.

Per approfondire l’argomento vi rimando all’articolo sul Mid-power LED della Cree ed all’articolo apparso su LED Magazine riguardo i Mid-power LED.