Illuminazione, progettazione e nuove tecnologie

LightCube, lo spin-off dell’Università di Padova

 

La caratterizzazione avanzata in microscopia di dispositivi LED consente di ottenere parametri fondamentali per la progettazione ottica ed i meccanismi di guasto a livello di chip LED (cortesia: LightCube)
La caratterizzazione avanzata in microscopia di dispositivi LED consente di ottenere parametri fondamentali per la progettazione ottica ed i meccanismi di guasto a livello di chip LED (cortesia: LightCube)

LightCube è uno spin-off dell’Università degli studi di Padova fondato nel 2011 e si occupa di ricerca, sviluppo e progettazione di sistemi LED, sia per applicazioni general lighting che per specifiche applicazioni custom, dal campo industriale al campo biomedico e fotobiologico.

Il gruppo di ricercatori che collaborano con LightCube ha un’esperienza più che decennale nel campo dell’optoelettronica, e ha ottenuto un vasto riconoscimento internazionale, con più di 200 lavori scientifici pubblicati su sistemi LED e laser a semiconduttore e con collaborazioni con  partner industriali e accademici come Osram OptoSemiconductors, Panasonic Corporation, Sensor Electronic Technology, Universal Display Corporation, Fraunhofer Institute e University of California, Santa Barbara.

La cultura industriale del gruppo, i numerosi brevetti sviluppati e il laboratorio, dotato di strumentazione avanzata per la diagnostica e la caratterizzazione elettrica, termica, ottica e fotometrica delle sorgenti rendono la società un punto di riferimento nazionale per il trasferimento tecnologico verso le aziende operanti nel settore dell’illuminazione che intendono intraprendere un’attività di ricerca nel campo dei sistemi LED o sviluppare un prodotto con caratteristiche innovative.

I servizi di misura, progettazione ed ingegneria offerti

Caratterizzazione e diagnostica.

L’offerta di LightCube in termini di servizi copre tutti i settori della ricerca e sviluppo sia industriale che sperimentale. Lo spin-off sfrutta strumentazione allo stato dell’arte: source meters, semiconductor parameter analyzers, power meters, per la caratterizzazione elettrica; sfere di integrazione con spettrometro, fotogoniometro per sorgenti fino a 2 metri (figura 1), per l’analisi fotometrica;  spettroradiometri, optical power meter e strumentazione progettata ad hoc per la caratterizzazione ottica; termocamera ad infrarossi ad alta risoluzione, sistemi a termocoppie calibrate e tecniche elettriche proprietarie per la misura della temperatura di giunzione dei LED per la caratterizzazione termica.

Strumenti di misura allo stato dell'arte, come il fotogoniometro da 2m, consentono una caratterizzazione avanzata dei sistemi LED (cortesia: LightCube)
Figura 1 – Strumenti di misura allo stato dell’arte, come il fotogoniometro da 2 m, consentono una caratterizzazione avanzata dei sistemi LED (cortesia: LightCube)

La sinergia con il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Padova (DEI) permette di accedere a tecniche diagnostiche e di analisi guasto quali microscopia elettronica a scansione (SEM) con microanalisi X, tecniche di microsezionamento, analisi dei materiali e molte altre.

Sono in particolare offerti sia servizi di caratterizzazione sperimentale di sorgenti LED, apparati elettronici e componenti ottici, che test di affidabilità nel breve, medio e lungo periodo in differenti condizioni operative, sia basate su normativa LM80 e TM21 che su modelli matematici più elaborati che consentono di prevedere la degradazione sia in termini di lumen depreciation che di qualità della luce, nelle diverse condizioni operative per i vari sistemi analizzati, siano questi moduli o interi luminaire.

La capacità  dei modelli matematici di degradazione di calcolare con esattezza il tempo di vita ed il degrado atteso del sistema LED è stata  provata sperimentalmente da Light Cube e dal DEI attraverso l’effettuazione di centinaia di prove in condizioni accelerate, con l’accumulazione di dati relativi a centinaia di migliaia di componenti-ora.

Progettazione di sorgenti di illuminazione.

LightCube offre ai propri partner un servizio di progettazione completo per  i sistemi di illuminazione LED custom che comprende l’intero spettro delle competenze richieste (figura 2).

Progettazione e prototipazione in-house proseguono di pari passo per accelerare i tempi di sviluppo (cortesia: LightCube)
Figura 2 – Progettazione e prototipazione in-house proseguono di pari passo per accelerare i tempi di sviluppo (cortesia: LightCube)

L’integrazione della progettazione fotometrica, elettronica, ottica e termica in un unico sviluppo  progettuale, raramente disponibile sul mercato, rappresenta per le aziende partner un significativo vantaggio competitivo.

La progettazione può inoltre avvalersi della vasta esperienza sperimentale sviluppata nei diversi ambiti: il progettista, ad esempio, può basarsi  sulla conoscenza reale delle caratteristiche elettriche, termiche ed ottiche  caratterizzazione delle sorgenti LED da utilizzare, misurate nelle condizioni operative con strumentazione sempre aggiornata e calibrata, e non su dati dichiarati.

Questo consente una progettazione realistica ed un diretto confronto sperimentale delle differenti soluzioni verso un progetto ottimale. Nata dal gruppo di ricerca in microelettronica dell’Università di Padova, LightCube mantiene parte del know-how originario del gruppo stesso, e si avvale anche della vicinanza e della collaborazione del gruppo di ricerca in elettronica di potenza dello stesso dipartimento.

In  LightCube, l’integrazione di sistemi di alimentazione con controlli digitali consente di progettare sistemi avanzati con proprietà e tecnologie innovative, non solo nel campo dell’illuminazione generale, ma nel campo delle applicazioni scientifiche (fotobiologia, strumentazione a fotoluminescenza, disinfezione), della visione computazionale e delle applicazioni industriali (reazioni chimiche, polimerizzazioni).

Grazie alle capacità di sviluppo di prototipi in-house, LightCube è in grado di offrire tempi di risposta estremamente ridotti dall’ideazione del progetto alla realizzazione del primo dimostratore o prototipo del sistema sviluppato.

I prodotti e i progetti innovativi

Sistemi LED Tunable White.

LightCube crede fortemente nello sviluppo di sistemi di illuminazione a LED non solo per i vantaggi intrinseci legati alla tecnologia, come risparmio energetico, versatilità di utilizzo, ridotte dimensioni e maggiore libertà creativa, ma soprattutto per la possibilità di integrazione elettronica avanzata di prodotto garantita dai sistemi allo stato solido.

Il diodo LED è, di fatto, un puro componente elettronico dalle caratteristiche elettriche semplici (anche se con importanti effetti legati alla temperatura operativa); per questo è naturalmente integrabile in topologie e progetti elettronici avanzati, in particolare sotto l’aspetto delle funzionalità di controllo digitale.

Le funzionalità dei sistemi LED giocheranno quindi un ruolo fondamentale nell’illuminazione del futuro, in particolare sotto il profilo della possibilità di interfacciamento con terminali mobili quali telefoni cellulari, iPad, di regolazione dello spettro di emissione, del dimming locale e predittivo, della modulazione ottica del fascio emesso.

Nell’ultimo anno, LightCube ha concentrato i propri sforzi nella ricerca e sviluppo di sorgenti LED con spettro di emissione tunable, dedicando particolare attenzione agli aspetti di percezione e sicurezza nell’illuminazione.

Esempio di applicazione reale del sistema Tunable White ad alte prestazioni proposto da LightCube (cortesia: LightCube)
Esempio di applicazione reale del sistema Tunable White ad alte prestazioni proposto da LightCube (cortesia: LightCube)

Il progetto MoonPhase, disponibile come proprietà intellettuale per l’integrazione anche in prodotti già esistenti e/o in prodotti specifici realizzati da LightCube, prevede un sistema semplice ed efficace per la regolazione della temperatura di colore di un illuminatore LED che sfrutta componenti di sistema commerciali e comprime i costi grazie ad un design innovativo.

Il LED light engine al cuore del progetto è ottimizzato per un intervallo di regolazione compreso tra 3000 e 5000K, con indice di resa cromatica Ra superiore a 90 in ogni condizione operativa; in questo range, il flusso luminoso rimane costante al variare della temperatura di colore.

Le possibili applicazioni possono riguardare sia la compensazione del ritmo circadiano con il conseguente miglioramento della qualità di vita e del ciclo sonno/veglia, che applicazioni di tipo retail o hospitality: si pensi ad esempio alla possibilità di dare un aspetto caldo e accogliente agli indumenti invernali, o energetico e fresco all’abbigliamento estivo semplicemente intervenendo sulla regolazione in temperatura di colore del sistema di Studio prototipazione diilluminazione.

LightCube ha collaborato con Laura Modoni e “2G-Vivere nel legno” per la realizzazione, l’ingegnerizzazione e la prototipazione di Filò: una lampada a LED riconfigurabile. Il progetto è risultato vincitore del concorso Design Award 2013 promosso da FSC-Italia (cortesia: LightCube)
Studio di prototipazione “Filò” (cortesia: LightCube)

LightCube ha collaborato con Laura Modoni e “2G-Vivere nel legno” per la realizzazione, l’ingegnerizzazione e la prototipazione di Filò: una lampada a LED riconfigurabile.

Il progetto è risultato vincitore del concorso Design Award 2013 promosso da FSC-Italia (cortesia: LightCube)

 

Sviluppo di sistemi LED a fosforo remoto.

LightCube, in collaborazione con l’Università di Padova, sviluppa sistemi LED custom basati su fosfori remoti, ovvero sistemi LED nei quali i fosfori di conversione non sono in diretto contatto con il chip, ma posizionati ad una certa distanza dall’emettitore stesso su un supporto polimerico o vetroso trasparente.

L’utilizzo dei fosfori remoti è particolarmente interessante quando si vuole scorporare la generazione della luce monocromatica (generalmente blu o viola nel campo del visibile) dalla conversione luminosa data da fosfori (generalmente nel verde, giallo e rosso) ottenendo così maggiore efficienza in sistemi con output luminoso estremamente uniforme e con ridotto abbagliamento.

La possibilità di realizzare fosfori custom, consente inoltre di progettare a piacimento lo spettro di emissione a partire da sorgenti di eccitazione standard.

Sistemi LED per applicazioni speciali.

L’esperienza nella progettazione di sistemi LED per applicazioni speciali risale al 2010, quando il team di LightCube è risultato vincitore della prima fase di StartCup Veneto e finalista presso il Premio Nazionale dell’Innovazione, con un progetto per la disinfezione di impianti di itticoltura con sistemi basati su tecnologia LED visibile e sostanze fotosensibili.

Attualmente LightCube propone una linea di sviluppo denominata Opto4Bio che tratta applicazioni speciali per la ricerca in ambito fotobiologico. Progetti attivi e possibilità di collaborazione riguardano: la caratterizzazione di gas disciolti in liquidi attraverso fotoeccitazione, lo studio e lo sfruttamento di reazioni fotochimiche che si basano sulla radiazione UV o nel visibile e la fotostimolazione della crescita di organismi vegetali mediante sorgenti con spettro di emissione opportuno.

Contatto diretto: nicola.trivellin @light-cube.com

(Nicola Trivellin (ntrivell@dei.unipd.it) – MatteoMeneghini (menego@dei.unipd.it) –Gaudenzio Meneghesso (gauss@dei.unipd.it) – Enrico Zanoni (zanoni@dei.unipd.it)-Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione, Università di Padova, e LightCube srl – Padova)

 

 

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