il chip LED non è la scatola
che lo contiene.

«Che chip monta?». Nei preventivi commerciali la risposta tipica è disarmante: «Monta SMD», oppure «Monta COB». È come chiedere che motore monta un'automobile e sentirsi rispondere «ha quattro ruote e il cofano». SMD o COB definiscono l'involucro esterno. Non dicono assolutamente nulla sul semiconduttore nascosto sotto la resina.

La distanza tra un die di prima scelta binnato al decimo di nanometro e uno scarto di wafer di seconda mano è impercettibile a schermo appena acceso. Entrambi sembrano luminosi. Ma dopo due estati di sollecitazioni termiche, il chip economico perde il 35% di flusso luminoso, vira al rosa e si spegne per fatica meccanica. Il chip nobile lavora ancora a pieno regime per 100.000 ore.

Quali chip LED montano i ledwall di fascia alta?

I maxischermi professionali per broadcast, grandi impianti DOOH e retail di alta gamma impiegano esclusivamente diodi semiconduttori selezionati con filo di saldatura (bonding) in oro puro 99,99% e selezione metrologica di binning:

• Nichia (Giappone): L'eccellenza mondiale assoluta per purezza spettrale, saturazione e tenuta del bianco (adottata, con Cree e Kinglight, nelle configurazioni Diamond e Platinum VeroLED: studi televisivi, virtual production, musei).
• Cree LED (USA): Riconosciuta internazionalmente per la massima resa lumen/Watt sotto irraggiamento solare estremo e l'alta resistenza nei grandi stadi e impianti autostradali.
• Nationstar GoldWire (serie RS / RE, Cina): Il diodo del nostro livello Gold, con filo d'oro zecchino che non teme gli sbalzi termici tra estate e inverno.
• Kinglight GoldWire (Cina): Eccellente costanza fotometrica tra lotti successivi: è il terzo marchio, con Cree e Nichia, dei nostri Diamond e Platinum.

I marchi di chip LED a confronto: dove rende meglio ciascuno

Il marchio del chip LED non è un'etichetta di prestigio: dice in quale ambiente quel diodo è stato progettato per lavorare. La tabella mette in fila i costruttori che si trovano nei ledwall professionali e la fascia in cui li usiamo.

La differenza che pesa di più non è fra Giappone, USA e Cina: è fra filo d'oro e filo di rame. Lo stesso costruttore cinese vende entrambe le serie, e sulla scheda commerciale spesso compare solo il nome. Per questo in un'offerta seria il marchio si scrive sempre insieme al filo: «Nationstar» da solo non dice quale dei due chip riceverà.

la scatola: le sigle e cosa risolve ciascuna

partiamo dal riconoscere che le sigle servono. Ognuna nasce per risolvere un problema preciso, e vale la pena saperlo:

La tassonomia per esteso, con vantaggi e limiti di ognuna, sta in DIP, SMD, GOB, COB. Qui ci interessa una cosa sola: tutte e sei descrivono l'involucro. Nessuna dice quale semiconduttore c'è dentro, a che corrente lavora, né quanto è vicino al suo limite.

il chip: cos'è, per davvero

dentro un package RGB ci sono tre die di semiconduttore, uno per colore, e non sono fatti dello stesso materiale. Il verde e il blu sono InGaN (nitruro di gallio e indio), il rosso è AlInGaP. È il motivo per cui i tre colori si comportano in modo diverso a parità di corrente — ci torniamo fra poco, perché è la cosa più utile di tutta questa pagina.

Ogni die è collegato al contenitore da un filo di bonding: oro, oro-palladio, rame o alluminio. Costa poco e decide molto — è il punto che cede per primo ai cicli termici, cioè al riscaldarsi e raffreddarsi di ogni giorno. Un filo d'oro e uno di alluminio non si distinguono guardando lo schermo acceso: si distinguono al terzo inverno.

Fisica del semiconduttore: InGaN, AlInGaP e tensione di soglia differenziata

I tre colori primari all'interno di un singolo pixel RGB non condividono la stessa chimica molecolare. La giunzione p-n a banda proibita (bandgap) diretta richiede elementi diversi della tavola periodica a seconda dell'energia del fotone emesso:

Questa asimmetria fisica ha un impatto diretto sull'efficienza termica del ledwall. Nei sistemi tradizionali ad anodo comune (Common Anode), tutti e tre i canali RGB sono alimentati con la medesima linea a 5,0 V: la caduta di tensione in eccesso sul diodo rosso (oltre 2,8 V di surplus) viene integralmente dissipata in calore inutile dal driver IC. Nei display moderni VeroLED ad architettura a catodo comune (Common Cathode), la linea del rosso lavora a 2,8 V e quelle di verde e blu a 3,8 V, abbattendo la temperatura di esercizio del pannello fino al 35% e salvaguardando il silicio dal degrado precoce.

Metallurgia del bonding wire: perché l'oro 24k batte rame e alluminio

Il punto più vulnerabile di un intero schermo LED misura meno di 25 micrometri: è il filo di bonding (micro-saldatura) che mette in comunicazione il minuscolo die di silicio con il telaio metallico esterno (lead frame). Sottoposto a oltre 100.000 ore di cicli di dilatazione termica (accensioni, spegnimenti, irraggiamento solare estivo e gelate invernali), la scelta del metallo di saldatura segna la linea di confine tra un impianto che dura un decennio e uno che perde pixel al secondo anno:

• Filo d'oro puro 99,99% (Au, serie GoldWire): L'oro è un metallo nobile inerte che non si ossida a contatto con l'ossigeno o con l'umidità atmosferica. Ha un coefficiente di dilatazione termica eccellentemente compatibile con il substrato e mantiene una resistenza di contatto pressoché invariata (< 0,05 Ω) nel corso degli anni. Resiste senza cedere a oltre 300.000 cicli termici da −20 °C a +60 °C.
• Filo in lega di rame (Cu): Adottato sui moduli low-cost per ridurre le spese vive di produzione, il rame è fortemente reattivo. A contatto con le microscopiche impurità alogene presenti nelle resine epossidiche e in presenza di calore, il rame sviluppa ossidazione superficiale e fenomeni di elettromigrazione ad alta densità di corrente, generando microfratture a fatica che isolano il die e lasciano il pixel spento.
• Filo in lega di alluminio (Al): Utilizzato esclusivamente nelle produzioni ultra-economiche, possiede una resistenza a trazione bassissima e un tasso di guasto da stress termomeccanico inaccettabile per display di livello professionale.

Il binning metrologico: ellissi di MacAdam, Delta E < 1.5 e coordinate CIE 1931

La produzione del silicio in camera bianca non produce chip identici: tra il centro e il bordo di un singolo wafer semiconduttore da 8 pollici esiste sempre una naturale dispersione microscopica di parametri optoelettronici. Il binning è il processo metrologico di selezione automatica che classifica ogni singolo chip secondo tre coordinate rigorose:

1. Lunghezza d'onda dominante (λd): Nei chip di fascia alta la tolleranza spettrale è contenuta entro ±1,0 nm, mentre i chip di seconda scelta tollerano dispersioni fino a ±5,0 nm.
2. Flusso luminoso e intensità (mcd): Selezione a scaglioni strettissimi per evitare che pixel adiacenti emettano quantità di luce visibilmente disomogenee.
3. Tensione diretta di soglia (Vf): Per garantire che a parità di corrente fornita dal driver IC, tutti i diodi reagiscano in modo perfettamente parallelo.

Secondo lo standard colorimetrico internazionale ANSI C78.377 e il modello delle ellissi di MacAdam (SDCM - Standard Deviation of Colour Matching), l'occhio umano comincia a percepire discrepanze cromatiche quando la deviazione spaziale supera lo Step 3 (ΔE > 1,5). Nei ledwall professionali VeroLED, tutti i diodi di un lotto produttivo provengono da selezioni a Step 1 / Step 2 MacAdam (ΔE < 1,5): una superficie di 30 metri quadri appare come una campitura di colore solido continuo, priva del temuto effetto "mosaico" o a chiazze tipico dei pannelli assemblati con lotti misti di scarto. Inoltre, accantoniamo a magazzino lotti di ricambio dello stesso identico bin per garantire integrità visiva nel corso dell'intero decennio di servizio.

Certificazioni IES LM-80, estrapolazione IES TM-21 e collaudo in laboratorio

Come si misura la vera durata di un chip LED senza attendere dieci anni? La risposta dell'ingegneria illuminotecnica risiede in due standard internazionalmente riconosciuti:

• IES LM-80: È il protocollo standardizzato di prova che misura il decadimento del flusso luminoso (Lumen Maintenance) di campioni di chip operanti in laboratorio continuo per almeno 6.000 – 10.000 ore, testati simultaneamente a tre temperature di case controllate: 55 °C, 85 °C e 105 °C.
• IES TM-21: È l'algoritmo matematico approvato dalla Illuminating Engineering Society che estrapola i dati sperimentali LM-80 per calcolare la vita utile attesa L70 (il punto in cui il flusso residuo scende sotto il 70% del valore iniziale) e L80. I chip a filo d'oro dei nostri partner certificano proiezioni L70/B50 superiori a 100.000 ore.

Nel nostro laboratorio tecnico al CIS di Nola, ogni nuovo lotto di fornitura viene sottoposto a verifica strumentale prima della posa in opera: attraverso termocamere radiometriche FLIR verifichiamo che la temperatura di giunzione del semiconduttore (Tj) non superi mai i 65 °C sotto carico continuato, mentre con spettroradiometri Konica Minolta CS-2000 convalidiamo le coordinate cromatiche CIE 1931 e la purezza spettrale dei chip montati.

perché due schermi «SMD P3.91» possono essere due prodotti diversi

Prendiamo due offerte con la stessa identica descrizione: SMD, passo 3,91, outdoor. Ecco cosa può esserci sotto, con i valori dei cataloghi dei costruttori.

1. i millicandela non significano niente senza la corrente

l'intensità di un LED si dichiara in mcd, e ogni costruttore la misura a una corrente di prova che sceglie lui. Non è una costante di settore: cambia da parte a parte dentro lo stesso costruttore. Un esempio reale dal nostro catalogo componenti: la stessa azienda misura il formato 1515 a 10/10/5 mA e il formato 2727 a 20/20/20 mA.

Mettere quei due numeri in colonna e dire «questo è più luminoso» è un confronto senza significato: il secondo è semplicemente stato misurato spingendo di più. Un mcd senza la sua corrente non è un dato, è una cifra.

2. quanto lavora rispetto al suo limite

Questa è la domanda che nessuno fa e che decide la durata. Ogni die ha una corrente massima assoluta; la domanda giusta non è «quanti mcd fa», è a che percentuale del suo limite li fa.

Nel nostro catalogo interno la forbice è larghissima: ci sono package misurati intorno al 40-57% del proprio massimo — stessa luce dichiarata, metà dello sforzo — e altri la cui corrente di prova coincide esattamente con il massimo assoluto su verde e blu. Fanno gli stessi mcd. Non faranno gli stessi anni.

tre cose che il package non dice, e cambiano tutto

lo scan: la leva più grossa, e non è nel prezzo

Un pannello non accende tutte le righe insieme: le accende a gruppi, molto in fretta. Il rapporto si chiama scan — 1/8 vuol dire che ogni LED è acceso un ottavo del tempo. Sembra un dettaglio elettronico e invece è la leva che sposta di più la luminanza finale.

Dal catalogo di un costruttore, lo stesso formato di package allo stesso passo: la versione a 1/16 e quella a 1/8 non danno la stessa luce a parità di sforzo — la seconda arriva molto più in alto chiedendo meno corrente a ogni LED. Un preventivo che scrive «6.000 nit» senza scrivere lo scan non ha detto abbastanza per essere confrontato con un altro.

il nero costa luce, e si misura

I package si vendono anche per la finitura: «cinque lati neri», «nero», «tutto nero». Serve al contrasto, e funziona. Ma non è gratis. Sempre dal catalogo di un costruttore, stesso formato e stessa corrente di prova, il verde — che è il colore che detta il bianco — passa da 780 a 480 mcd fra la versione a cinque lati neri e quella tutta nera: circa il 38% in meno.

Non è un difetto: è un compromesso legittimo, e su una vetrina o una sala conferenze conviene. Diventa un problema solo quando si chiedono le due cose insieme — il pannello più nero e la stessa luminanza — e nessuno dice che si contendono.

la luce non segue la corrente

È la parte controintuitiva, ed è documentata dai costruttori stessi. In una nota applicativa pubblicata da Nichia, la curva misurata di una parte a chip blu dice:

Il fenomeno si chiama droop e riguarda il blu e il verde; il rosso è lineare, lo dichiara lo stesso documento. Da qui discendono due conseguenze pratiche che valgono più di molte pagine di brochure:

1. chi dimensiona a proporzione promette troppo. Per raddoppiare il verde non basta raddoppiare la corrente: ne serve circa il 26% in più del previsto. Chi ha fatto il conto lineare arriva sotto la luminanza promessa, e ci arriva con più corrente, più calore e meno anni di quelli che pensava. L'errore va sempre nella stessa direzione: fa sembrare lo schermo migliore di quello che sarà.
2. alzare la corrente sposta il colore. Se il rosso cresce in proporzione e il verde no, il bianco vira. È esattamente il motivo per cui la luminosità di un ledwall si regola in PWM — accendendo e spegnendo velocissimamente a corrente costante — e non abbassando la corrente. Ed è il motivo per cui la frequenza di refresh e i bit di grigio del driver sono un parametro serio e non una riga di scheda tecnica.

come riconoscere la qualità del chip LED prima di firmare un preventivo

A schermo acceso, il primo giorno, un chip buono e uno scadente si somigliano. La qualità si riconosce prima, sulla carta: da cosa l'offerta scrive e da cosa non scrive. Sono cinque domande, da fare a chiunque. Le lasciamo qui senza condizioni, perché servono anche — e soprattutto — se l'offerta che sta valutando non è la nostra. Sono le stesse che facciamo noi ai nostri fornitori.

1. Quale package, con la sigla esatta. Non «SMD»: la sigla completa.
2. Che filo di bonding. Oro, oro-palladio, rame o alluminio.
3. A che corrente lavora, e qual è il massimo assoluto. Le due insieme, o la prima da sola non dice niente.
4. Quale driver, e a che corrente è impostato. Con lo scan del pannello.
5. Alimentatore: marca e serie, con rendimento e fattore di potenza al carico reale. La serie, non il marchio — la differenza fra due serie della stessa marca è più grande di quella fra due marche.

E tre cose da pretendere scritte nell'offerta, non dette al telefono: il marchio del chip insieme al filo (per esempio «Kinglight Gold Wire», non «Kinglight»); il bin o almeno l'impegno a fornire moduli dello stesso lotto; e una scorta di ricambi dello stesso lotto, consegnata con l'impianto. Un ricambio di un altro lotto si vede a occhio nudo accanto ai moduli originali, anche se il marchio è lo stesso.

Se le risposte non arrivano, quella è già un'informazione: significa che chi propone l'impianto non sa cosa sta montando. Non è necessariamente disonestà — capita anche comprando in fabbrica, perché l'assemblatore monta ciò che il suo ufficio acquisti ha comprato, e non sempre lo conosce nel dettaglio. È la ragione per cui, sul primo lotto di un fornitore nuovo, quello che è stato dichiarato lo misuriamo: luminanza allo scan dichiarato, temperatura sotto carico, filo al microscopio, corrente del driver all'oscilloscopio.

e se guarda solo il prezzo

Allora probabilmente non siamo il fornitore giusto, ed è meglio dirlo prima che dopo. Non perché la fascia economica non esista — esiste, è consultabile nel nostro listino prezzi LEDwall al m² e la vendiamo — ma perché la vendiamo dicendo che cosa monta, quanto lavora e quanto durerà. Un cliente che sceglie la fascia bassa sapendolo ha comprato bene. Uno che crede di aver comprato la fascia alta al prezzo della bassa ha comprato un contenzioso, e lo scoprirà fra due estati.

Il resto della catena — driver, circuito stampato, cablaggi, alimentatore, e solo alla fine il passo — è in il passo è l'ultima cosa che si sceglie.

Letture correlate

• il passo è l'ultima cosa che si sceglie — la catena completa, anello per anello
• prezzi LEDwall al m² — listino ufficiale con fasce di costo per passo pixel e semiconduttori
• DIP, SMD, GOB, COB — le tecnologie di incapsulamento per esteso
• l'alimentatore che dura dieci anni e Le costa 3.900 € l'anno — perché il rendimento è un dato della serie
• «passo 5» non esiste — i pixel pitch outdoor reali
• i componenti che montiamo — package, driver, alimentatori e controller per tier