Il documento esplora il funzionamento dei LED, evidenziando il ruolo dei semiconduttori nella determinazione del colore e fornendo dettagli sulla scelta dei LED e le schede tecniche di prestazione. Vengono affrontati anche aspetti di sicurezza fotobiologica, classificando le sorgenti luminose in gruppi di rischio secondo la normativa IEC 62471 e discutendo i potenziali danni causati dalla luce blu-violetta. Infine, viene analizzata l'efficienza luminosa dei LED rispetto ad altre fonti di illuminazione, con attentione alle curve fotometriche e all'indice di resa cromatica.

1. Tecnologia LED

2. LED: funzionamento

3. Colore dei LED
• La scelta del
semiconduttore
determina la lunghezza
d’onda dell’emissione di
picco dei fotoni

4. Colore dei LED
• GaAsP – Fosforo Arseniuro di Gallio ROSSO – ARANCIONE
• SiC – Carburo si Silicio BLU
• GaN – Nitruro di Gallio VERDE - BLU

5. Led bianco – metodo 1

6. Led bianco –metodo 2

7. Parametri di scelta dei LED

8. Scheda tecnica – dati essenziali

9. Scheda tecnica – dati prestazionali

10. Codice fotometrico
• Il codice fotometrico è composto da sei digits e indica i parametri
fondamentali della qualità della luce come da esempio:

11. Codice fotometrico – resa cromatica
• I - Indice di resa cromatica (CRI): La resa cromatica di un modulo LED a
luce bianca è l’effetto dell’apparenza dei colori degli oggetti derivante
dal confronto conscio o inconscio con il loro colore sotto una fonte
luminosa di riferimento.
• La classificazione del valore CRI iniziale per il codice fotometrico può
essere ottenuto utilizzando i seguenti intervalli:

12. Codice fotometrico
• l flusso luminoso iniziale misurato (valore iniziale) è normalizzato al
100% e utilizzato come punto di partenza per la determinazione della
vita del modulo LED. Il flusso luminoso mantenuto è misurato al 25%
della vita nominale fino ad un massimo di 6.000 ore ed è espresso
come percentuale del valore iniziale.

13. Sicurezza fotobiologica
• Con l’obbligo di valutazione del rischio da Radiazioni Ottiche
Artificiali (ROA) introdotta dal capo V del Titolo VIII del DECRETO
LEGISLATIVO 9 aprile 2008 N. 81 è emersa l’esigenza di ottenere dai
produttori di illuminazione dati di emissione idonei ai fini della
valutazione del rischio per i lavoratori.
• Questa esigenza ha indotto a modificare ed integrare le differenti
norme di prodotto al fine di garantire un adeguato livello di sicurezza
ottica e di normalizzare le informazioni da fornire all’utente.

14. Sicurezza fotobiologica
• Le lampade e i sistemi di lampade sono classificati in 4 gruppi (classi
di rischio) secondo lo standard CEI EN 62471:2010.
• Questa norma prevede metodi di misura e classificazione: i Gruppi di
rischio sono descritti in base ai tempi di esposizione e su questi sono
determinati i limiti di esposizione.

15. Sicurezza fotobiologica
• RG 0 (Gruppo di rischio esente) – Assenza di pericolo
• I limiti sono calcolati con tempi di esposizione molto lunghi e ne
deriva che i livelli prescritti per questo gruppo non sono mai in grado
di causare un pericolo anche in seguito a esposizioni prolungate nel
tempo.
• RG 1 (Gruppo di rischio basso) – Assenza di pericolo derivante da una
limitata emissione di radiazione intrinsecamente propria del prodotto.
• I limiti sono calcolati con tempi di esposizione inferiori, che
garantiscono un’esposizione sicura in seguito alla naturale limitazione
dell’esposizione dovuta al normale utilizzo delle apparecchiature.

16. Sicurezza fotobiologica
• RG 2 (Gruppo di rischio medio) – Pericolo dovuto principalmente a
effetti fotochimici e termici.
• La sorgente non provoca un rischio grazie ad una reazione istintiva,
spontanea in chi guarda sorgenti di Luce molto luminose o in seguito
ad una sensazione di disagio termico.
• RG 3 (Gruppo di rischio elevato) – Pericolo presente anche in caso di
esposizione breve e limitata.
• La sorgente può costituire un rischio anche in seguito a
un’esposizione momentanea o breve.

17. Sicurezza fotobiologica
• La norma tecnica di riferimento (IEC/EN 62471:2010) non definisce
una soglia tra sicurezza e non sicurezza, ma definisce soltanto una
classificazione delle sorgenti in Gruppi di rischio.
• Prodotti che hanno un gruppo di rischio superiore a 1 riportano
limitazioni di impiego o avvertenze. La normativa imporrà simboli per
non fissare direttamente la sorgente o distanze di installazione.

18. Sicurezza fotobiologica
• Da tempo agli esperti è noto che i raggi UV sono potenzialmente in grado di
causare danni ai tessuti organici quali la nostra pelle e gli occhi. Tuttavia,
anche la luce blu-violetta può causare lesioni, soprattutto ai nostri occhi.
• La luce blu-violetta può avere minore energia di quella ultravioletta ma, al
contrario della luce UV – la maggior parte della quale viene assorbita dalla
parte frontale dell’occhio – la luce blu raggiunge la retina.

19. Sicurezza fotobiologica
• Nelle interazioni fotochimiche la luce
eccita gli elettroni delle molecole
cellulari rompendo o ri-organizzando i
legami chimici.
• Questo può avere conseguenze dirette
sul DNA ed indirettamente portare alla
formazione di radicali liberi i quali
possono a loro volta interagire col DNA
o con altre cellule come i fotoricettori
della retina dell’occhio causandone il
deterioramento e la morte cellulare.

20. Sicurezza fotobiologica

21. Sicurezza fotobiologica

22. Sicurezza fotobiologica

23. Sicurezza fotobiologica

24. Sicurezza fotobiologica

25. Temperatura di colore
• La temperatura di colore è un parametro fisico corrispondente alla
tonalità dominante. Si misura in Kelvin (k)

26. Temperatura di colore
• Nell’industria e nel terziario si utilizza generalmente una temperatura
di colore pari a 4000 K, nell’uso domestico pari a 3000 K

27. Resa cromatica
• L’indice di resa cromatica generale Ra o Color Rendering Index (CRI) ci
dice in che modo una sorgente è in grado di riprodurre il colore di un
oggetto da essa illuminato. Illuminando un oggetto colorato (rosso
per esempio) con due sorgenti diverse, caratterizzate da un CRI
differente, si può notare come il colore apparirà differente a seconda
della sorgente che lo illumina.
• Il colore con cui ci appare un oggetto, che non emette luce propria,
dipende sia dal suo modo di riflettere la luce (cioè da quali lunghezze
d’onda riflette maggiormente), sia dalla luce che lo illumina (cioè dalla
composizione spettrale di quest’ultima). In generale, un indice pari
all’85-100% indica un’ottima resa cromatica. Essa è considerata
buona per valori del 70-85% e discreta per valori del 50-70%.

28. Calcolo della resa cromatica
• L’illuminante standard deve essere selezionato in base alla temperatura di colore
della sorgente da misurare:
• Quando il valore è >5000K:
• Selezionare l’illuminante CIE daylight con la stessa temperatura di colore.
• Quando il valore è <5000K:
• Selezionare il radiatore Perfetto (corpo nero) con la stessa temperatura di colore.

29. Resa cromatica
1A CRI ≥ 90% Abitazioni, musei, studi grafici, ospedali, studi medici, ecc.
1B 80% ≤ CRI < 90% Uffici, scuole, negozi, palestre, teatri, industrie tessili e dei colori, ecc.
2 60% ≤ CRI < 80% Locali di passaggio, corridoi, scale ascensori, palestre, aree servizio, ecc.
3 40% ≤ CRI < 60% Interni industriali, officine, magazzini depositi, ecc.
4 20% ≤ CRI < 40% Parcheggi, banchine, cantieri, scavi, aree di carico e scarico, ecc.
La norma UNI 10380 suddivide l’insieme dei possibili valori dell’indice di resa cromatica in
cinque gruppi e fornisce anche indicazioni su quale CRI utilizzare a seconda degli ambienti da
illuminare:

30. Resa cromatica
• Resa cromatica per tipo di sorgente

31. Misura della resa cromatica

32. Indice di MacAdam
• Un parametro fondamentale per valutare la qualità dei LED è l’indice
MacAdam che è utile per individuare la costanza cromatica.
• Nei primi anni del 1940, David L. MacAdam eseguì un esperimento
empirico per definire la sensibilità del colore all’occhio umano.
• Il risultato fu la definizione di ellissi per descrivere le distanze di
colore sulle coordinate XY della scala cromatica. L’area racchiusa in
ciascuna ellisse raggruppa tutti i colori identici al colore standard di
riferimento; la dimensione dell’ellisse è data in SDCM (Standard
Deviation of Color Matching) e viene valutata su una scala di 7 punti.

33. Indice di MacAdam
• Le ellissi di MacAdam sono
descritte come “step”,
ovvero “deviazioni
standard”. Ad esempio,
qualsiasi punto sul
contorno di “1-step” o
ellisse – intorno a un punto
assunto come riferimento
(target) – ha una (1)
deviazione standard dal
punto di riferimento.

34. Indice di MacAdam

35. Efficienza luminosa
• L'efficienza luminosa di una sorgente di luce e il rapporto tra il flusso
luminoso e la potenza in ingresso. Viene espressa in lumen/watt.
• L’efficienza luminosa dell’apparecchio è un parametro utile per
determinare il giusto apparecchio illuminante perche’ fornisce il dato
pratico tra l’emissione luminosa e l’assorbimento complessivo
dell’apparecchio illuminante.
• Attenzione alle pubblicazioni in cui sono riportate efficienze luminose
superiori legate solo all’efficienza teorica del puro componente led
(temperatura di riferimento a 25°c) e non alla prestazione dello
stesso all’interno del corpo illuminante.

36. Efficienza luminosa
• LAMPADE ALOGENE 25 lm/W
• LAMPADE A SCARICA AI VAPORI DI MERCURIO 46 lm/W
• LAMPADA A SCARICA AI VAPORI DI SODIO 110 lm/W
• LAMPADE A SCARICA AD ALOGENURI METALLICI 90 lm/W
• LAMPADE FLUORESCENTI COMPATTE 75 lm/W
• LAMPADE FLUORESCENTI LINEARI 115 lm/W
• LED 150 lm/W

37. Curve fotometriche
• Le curve fotometriche rappresentano l’insieme delle Informazioni sulla
luce emessa nelle varie direzioni dalla Sorgente o apparecchio luminoso
raccolte in un file e Visualizzate come immagine in due o tre dimensioni.
• I formati piu’ diffusi sono eulumdat (.ldt) e iesna (.ies)
• Il file fotometrico, viene utilizzato in programmi Illuminotecnici come dialux
per simulare l’illuminazione di un ambiente. Sapendo qual e la direzione
che ci interessa, possiamo Leggere sul grafico il valore di intensita: un
semplice disegno sostituisce dunque una intera tabella.
• Le curve fotometriche hanno una loro immediatezza visiva Che le rende
facilmente comprensibili ed esprime subito il Comportamento di un
apparecchio.

38. Curve fotometriche

39. Unified Glare Rating - UGR
• UGR (Unified Glare Rating) è una scala di valore che valuta l’abbagliamento
diretto per ogni specifica applicazione. In pratica questo indice prende in
considerazione l’abbagliamento in un ambiente.
• L’UGR ha una sua norma di riferimento che è la EN12464-1 per
l’illuminazione di interni.
• Il valore UGR dipende dalla disposizione delle lampade, l’ambiente con le
sue dimensioni e le possibili riflessioni ed infine il nostro punto di
osservazione.
• I valori vanno da 10 (nessun abbagliamento) a 30 (abbagliamento
eccessivo), secondo una scala di 3 unità (10, 13, 16, 19, 22, 25 e 28): più
basso è il valore, minore è l’abbagliamento.

40. Unified Glare Rating – UGR da garantire in
funzione del compito visivo
• 16 = compito visivo molto difficoltoso
• 19 = compito visivo che richiede prestazioni visive elevate
• 22 = compito visivo che richiede prestazioni visive normali
• 25 = compito visivo che richiede prestazioni visive modeste
• 28 = per interni in cui le persone non sono ubicate in una Posizione di
lavoro precisa ma si spostano da un posto all’altro esplicando compiti
che richiedono prestazioni visive modeste.

41. Unified Glare Rating - UGR
• Le lampade di solito sono installate tenendo come criterio di
installazione due punti di vista ortogonali.
• L’UGR tiene in considerazione la luce di sfondo (soffitto, pareti e
oggetti) che sono in una posizione standard.
• Riepilogando il valore UGR tiene conto della:
• Posizione dell’osservatore
• Luminanza della lampada
• Dimensione dell’ambiente
• Sfondo dove sono collocate le lampade

42. Unified Glare Rating - UGR
• Quando si indica per esempio UGR19 questo serve per dare
un’indicazione agli operatori a come la lampada si comporta in
rapporto all’abbagliamento. Ovviamente sono dati approssimativi che
sono tratti da tabelle generali. Per effettuare un reale calcolo
dell’abbagliamento bisogna considerare tutte le variabili sopra
elencate.

43. Metodo sorpassato - Curve limite di
luminanza di Söllner

44. UGR – calcolo secondo CIE 117
• Lb è la luminanza di sfondo (cd/m2) calcolata come Eind/π, dove Eind è
l’illuminamento verticale indiretto al livello dell’occhio dell’osservatore;
• L è la luminanza (cd/m2) delle parti luminose di ogni singolo apparecchio
di illuminazione nella direzione dell’occhio dell’osservatore;
• ω è l’angolo solido (sr – steradianti) delle parti luminose di ogni singolo
apparecchio di illuminazione nella direzione dell’occhio dell’osservatore;
• p è l’indice di posizione di Guth di ogni singolo apparecchio;
• Σ indica la sommatoria di tutti gli apparecchi di illuminazione;

45. Indice di durata
• I led diminuiscono gradualmente il loro flusso luminoso Iniziale fino ad
esaurirsi completamente in un periodo molto lungo.
• Si determina quindi con il parametro “l” la percentuale di Decadimento del
flusso luminoso riferito alle ore di funzionamento utili.
• Con l85:50000h viene definito che raggiunto 50.000 h di funzionamento il
modulo led fornisce ancora l’85% del Flusso luminoso iniziale.
• Questo parametro e’ fortemente influenzato dalle condizioni di lavoro del
led all’interno dell’apparecchio e quindi il risultato ottenuto e’ il binomio
tra qualita’ del componente e dimensionamento termico
dell’apparecchio.

46. Indice di durata

47. Aspettativa di vita del LED
• Indica la qualita’ del componente utilizzato in quanto definisce la
percentuale di componenti che allo scadere delle ore dichiarate non
mantengono le caratteristiche di flusso luminoso.
• Un led dichiarato l85/b10=50.000 indica che al raggiungimento delle
50.000 ore il 90% (b10) dei componenti presenta un flusso luminoso
residuo pari o superiore all’85% del flusso iniziale (l85).
• Se nelle caratteristiche dell’apparecchio a led non viene indicato il
valore b, questo e da considerarsi b50.

48. Tasso di guasto
• Questo valore indica la percentuale di led che alla fine della durata
utile non sono più funzionanti.
• Tale valore può essere indicato con due combinazioni:
• L85/b10/c0: 50.000 - indica che dopo 50.000 ore, la percentuale di led spenti
e lo 0%.
• L85/b10: 50.000 ore - l0/c5: 150.000 ore - indica che dopo 150.000 ore la
percentuale di led non piu’ funzionanti e’ pari al 5%.

49. Livello di isolamento
• La norma iec 61547 stabilisce che tutti gli apparecchi devono essere
protetti da sovratensioni fino a 1 kv in modo differenziale e 2 kv in
modo comune.
• Tipicamente il livello di protezione sul quadro con spd di tipo ii che
hanno una ur pari a 2,5 kv e livello di protezione piu’fine con spd di
tipo iii presso i led.
• Le case costruttrici hanno elevato il livello di isolamento garantito fino
a 10 kv se utilizzati in classe di isolamento 1 e fino a 6 kv se utilizzati
in classe di isolamento ii.

50. Caratteristiche meccaniche – grado di
protezione

51. Resistenza agli urti
• Il codice IK è il grado di protezione contro gli impatti e determina la
resistenza meccanica agli urti degli involucri. La norma CEI EN 50102
(CEI 70-3) introduce i gradi di protezione contro gli impatti meccanici,
e si applica quando la potenza nominale dell' apparecchiatura non
supera i 72,5 kW.

52. Resistenza agli urti

53. Resistenza alla nebbia salina
• Resistenza al test in nebbia salina superiore a 1.500 ore, secondo il
test UNI ISO 9227. Valore attestato con certificato rilasciato da ente
terzo.
• Classe di corrosività C3H - resistenza 480 h
• Classe di corrosività C4H - resistenza 720 h
• Classe di corrosività C5H - resistenza 1440 h

54. Resistenza alla nebbia salina