La storia dell’illuminazione
Il passato
Il presente ed il futuro
La svolta : 1990 HP e Toshiba (
AlInGaP giallo-rosso) , Nichia (
Nakamura LED blu-verdi-bianchi
e diodi laser blu)
Shuji Nakamura: Millenium
Technology Prize 2006
Dispositivi a semiconduttore
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Due differenti esigenze
Sorgenti quasi-monocromatiche ( applicazioni luci semaforiche,
litografia ottica, agricoltura, settore biomedicale, etc.)
Sorgenti di luce bianca ( mercato automobilistico, illuminazione per
usi civili, retroilluminatori per displays, etc.)
Dispositivi a semiconduttore
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Sorgenti tradizionali

Illuminazione domestica –
Lampade ad
incandescenza o lampade
 Buona resa del colore
a fluorescenza con resa più
elevata

Ambienti lavorativi –
Lampade a fluorescenza

Illuminazione stradale –
 Sorgenti non monocromatiche :
richiedono filtraggio spettrale per
applicazioni specifiche
Lampade a sodio
Dispositivi a semiconduttore
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Alogena
Corpo nero 3000K
Alogene
Riproduzione dello spettro
solare per temperature del
filamento superiori a 5000 K
Attualmente è la soluzione più
utilizzata per illuminazione
domestica
Risposta occhio
Alta intensita’
Significativa componente IR
Bassa intensita’
Risposta dell’occhio
Dispositivi a semiconduttore
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Lampade a fluorescenza
Distribuzione spettrale
differente da quella solare
Efficienza aumentata rispetto
all’incandescenza
Accensione lenta
Mercurio o Sodio (giallo)
nm
Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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IL LED “old style”
Il LED “new style”
Il confinamento dei portatori migliora drasticamente l’efficienza interna
Realizzando anche il confinamento della luce si riduce il riassorbimento
Dispositivi a semiconduttore
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Efficienza
Dispositivi a semiconduttore
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Definizioni fotometriche
FLUSSO LUMINOSO prodotto tra la potenza emessa da una sorgente luminosa
puntiforme e il coefficiente di visibilità dell’occhio umano. Il coefficiente di visibilità
è ottenuto statisticamente come il valore atteso o medio tra un certo numero di
soggetti testati.
LUMEN: Equivale al flusso luminoso rilevabile in un angolo solido di 1
steradiante emesso da una sorgente isotropa con intensità luminosa di 1
candela. Ne discende che la stessa sorgente isotropa con intensità luminosa
di 1 candela emette un flusso luminoso totale di 4π lumen.
CANDELA: Una candela è pari all'intensità luminosa, in una data direzione, di
una sorgente emettente una radiazione monocromatica di frequenza pari a
540 1012 Hz (l=555 nm) e di intensità in quella direzione di 1/683 di watt per
steradiante.
Dispositivi a semiconduttore
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Flusso luminoso

lum 
 y (l )I (l )dl
0


Visibilità umana
I (l )dl
0
(l=450 nm) 40 lumen/watt
(l=500 nm) 200 lumen/watt
(l=555 nm) 683 lumen/watt
(l=600 nm) 400 lumen/watt
(l=650 nm) 70 lumen/watt
(Luce bianca) 250 lumen/watt
Dispositivi a semiconduttore
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Costi e Prestazioni
Lumen:
The SI unit of luminous flux. The total amount of
light emitted by a light source, without regard to
directionality, is given in lumens.
Luminous efficacy:
The total luminous flux emitted by the light source
divided by the lamp wattage; expressed in lumens
per watt (lm/W).
Crescita esponenziale nelle prestazioni e decrescita esponenziale nei costi!
Dispositivi a semiconduttore
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Nel prossimo futuro
Dispositivi a semiconduttore
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Applicazioni con luce monocromatica
Dispositivi a semiconduttore
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Applicazioni su larga scala
Dispositivi a semiconduttore
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La competitività delle sorgenti luminose a stato solido
dipende dal raggiungimento di alcuni traguardi:
-Aumento dell’efficienza della generazione di luce
( fortemente dipendente dalla qualita’ del materiale)
-Aumento dell’efficienza dell’estrazione di luce
( attualmente < 40%)
-Aumento della qualità della luce (CRI)
-Riduzione dei costi ( attualmente 2-3 E per package,
confrontabile con CFL)
Poiche’ per poter illuminare occorrono sorgenti luminose che emettano oltre i 1000
lumens (Kl) occorrono dispositivi di potenza ed aumento del package ( da 100 verso 1Kl
per package)
Dispositivi a semiconduttore
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Emissione
KT
Dispositivi a semiconduttore
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Pompaggio elettrico LED
Dispositivi a semiconduttore
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LED
Dispositivi a semiconduttore
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LED for visible
Dispositivi a semiconduttore
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LED for IR
GaSb
InAs
Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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Miglioramento efficienza
esterna: modifica geometria
emettitore con substrato
trasparente
Generazione di luce bianca
RGB, UV LED+fosfori, BLU
LED+fosfori ( 100l/W UCBS)
Da pochi l/W a >100 l/W
Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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Categoria
Tipo
Efficienza (lm/W)
Efficienza
Combustione
candela
0,3
0,04%
lampada a gas
2
0,3%
100 W tungsteno, incandescente (
13,8
2,0%
100 W tungsteno, alogena
16,7 [
2,4%
500 W tungsteno, alogena
19,8 [
2,9%
Lampada allo xeno
30–50
4,4–7,3%
Lampade a mercurio-xeno
50–55
7,3–8,0%
9–26 W fluorescente compatta
57–72
8–11%
T8 tubo fluorescente
80–100
12–15%
Lampada a vapori di sodio (alta
pressione)
85–150
12–22%
Lampada a vapori di sodio (bassa
pressione)
100–200
15–29%
LED
LED bianco
10–160
1,5–24%
Massimo teorico
Luce bianca
250
36%
Massimo teorico
Dispositivi a semiconduttore
Luce monocromatica verde
683
Incandescente
Lampada ad arco
Fluorescente
Lampada a scarica
27
100%
Durata
Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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ROADMAP
Cree Achieves 1,000 Lumens from a Single LED
DURHAM, NC, SEPTEMBER 7, 2007
Cree Achieves 161 Lumens per Watt from a High-Power LED
DURHAM, N.C., NOVEMBER 19, 2008
Dispositivi a semiconduttore
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