LED
cristalli in grado di emettere radiazioni anche luminose
copyright 2003
Torniamo indietro nel tempo, nel 1960, in un laboratorio della General Electric, mentre Nick Holonyak Jr., durante esperimenti sullo spettro della luce, scoprì che la lunghezza d'onda dell'arseniuro di gallio (GaAs) poteva variare dall'infrarosso alla luce visibile modificando solamente la composizione chimica del cristallo stesso.
In sintesi, l'energia che veniva fatta passare attraverso il cristallo poteva essere trasformata o in calore o in luce a seconda della percentuale chimica tra arseniuro e fosfato di gallio presente; dopo vari esperimenti il 40% di fosfato ed il 60% di arseniuro plasmavano un cristallo in grado di emettere una luce rosso rubino molto luminosa.
Fisicamente accade che gli elettroni dell'area N scorrono verso l'area P ed una gran parte ne resta imprigionata e si lega alle cariche positive perdendo energia che si trasforma in emissione luminosa (il processo viene definito ricombinazione).
Holonyak creò così nel 1962 il primo LED o diodo ad emissione luminosa.
Quindi i LED non sono semplici filamenti incandescenti all'interno di un bulbo a vuoto come una lampadina! Se così fosse dopo poco tempo potrebbero bruciarsi o rompersi in seguito ad urti anche leggeri... in realtà il LED è robustissimo e quasi indistruttibile.
Infatti solitamente quando si verificano problemi di funzionamento (LED che non si illuminano, mancano segmenti o altro) non è mai da imputarsi ad una rottura del LED, ma piuttosto una possibile avaria del circuito di comando ed accensione o dei contatti che alimentano il pannello LED.
In effetti se noi andassimo a fornire corrente direttamente alle connessioni, avremmo l'accensione del cristallo!
Quindi variando la combinazione del cristallo è anche possibile virare il colore dello spettro luminoso di emissione.
Lo standard degli orologi a LED ha sempre utilizzato la versione ad emissione cromatica "rossa" e in casi limitatissimi ad opera della Sanyo sono stati realizzate delle versioni a diodi con emissione verde.
Teoricamente le colorazioni sono tutte possibili, sebbene il blu sia la frequenza più difficile da ottenere. Il LED addirittura esce dal campo del visibile e può emettere radiazioni infrarosse (quelle normalmente usate nei telecomandi delle televisioni ) o ultraviolette come dei LED di ultima generazione ( con spettro di luce a 4.600A. o luce di "Wood" ), esistono pure LED in grado di emettere radiazione LASER.
La luminosità del led è pari ad una lampadina ma con un risparmio di energia attorno all'80%.
La caratteristica di essere un cristallo lo definisce "solid state2 o componente allo stato solido, a differenzea dei bulbi a filamento che soffrono anche di uan notevole fragilità.
La luminosità non decresce con il tempo fino quasi alla morte del led che avviene dopo circa 100.000 ore ( a seconda del voltaggio applicato!)... circa 11 anni di funzionamento ininterrotto, 24 ore su 24!!!.
Il fenomeno di ricombinazione elettronica avviene a determinate temperature e voltaggi, superare una delle due varianti può portare ad una modifica della struttura atomica del cristallo che perde le caratteristiche succitate.
Solitamente un LED viene normalmente alimentato ad un voltaggio compreso tra 1,60V e 3,50V... al di sotto di questo valore il "pompaggio" elettronico entra in fase critica ed il cristallo non emette alcuna emissione luminosa o radiante (è un processo simile ad un tubo al neon o ad un laser ); superando invece il valore massimo di alimentazione il cristallo sottoposto ad un pompaggio eccessivo inizia a produrre calore per dissipare energia, ma l'emissione di calore è esponenziale, minimi aumenti di voltaggio portano ad un notevole surriscaldamento con sostanziali modifiche chimiche ed atomiche irreversibili del cristallo stesso (burning effect).
La caratteristica di emissione luminosa viene persa sebbene l'assorbimento ed emissione termica sia notevole; a questo punto avviene un viraggio totale verso il giallo dell'emissione luminosa e inizia così la necrosi e bruciatura del LED.
Solitamente dopo pochi secondi da questo stato raggiunto si ha lo scoppio violento del cristallo.