Cos’è un LED?
Il LED (light-emitting diode) è un diodo ad emissione luminosa: sono quelle piccole lucine che solitamente vengono utilizzate per indicare se un dispositivo come il computer o la televisione è acceso o spento.
A differenza delle lampade classiche, però, il LED non produce luce attraverso il riscaldamento di un filamento interno, ma grazie a nient’altro che un chip collegato a una batteria a basso voltaggio.
Il primo LED fu sviluppato nel lontano 1962 da Nick Holonyak Jr, scienziato americano, nonostante fossero ormai decenni, precisamente dal 1907, che venivano effettuati studi e descrizioni sull’effetto luminoso dei diodi.
Come funziona il LED?
Grazie al voltaggio che la batteria applica sul chip, in grado di muovere gli elettroni qui presenti e con ciò emettendo fotoni. Infatti la luce emessa del LED non è altro che emissione di fotoni, cioè una perdita di energia generata dallo spostamento di elettroni da un’orbita all’altra.
S’intende: la luce è una forma di energia ed è per definizione costituita da quelle piccole particelle che sono i fotoni. Ma nel LED, rispetto alle lampadine tradizionali, il principio di funzionamento, di emissione dei fotoni, è diverso.
In un led ci sono diversi atomi e negli atomi sono presenti diversi elettroni, i quali girano attorno al nucleo dell’atomo nelle orbite che gli appartengono. In base all’orbita su cui “viaggia” un elettrone, questi sarà più o meno carico di energia (laddove l’energia di un elettrone è direttamente proporzionale alla larghezza dell’orbita: maggiore è questa, più alta sarà la carica energetica dell’elettrone).
Ora: quando al chip è collegata una batteria, questa genera un voltaggio tale da far slittare gli elettroni da un’orbita maggiore a una inferiore. Quando ciò avviene, l’elettrone perde un po’ della sua energia e questa energia è la luce che vediamo nel LED: è l’emissione di fotoni causata dalla perdita di energia degli elettroni che “cadono” da un’orbita maggiore a una minore, grazie al voltaggio della batteria cui il LED è connesso.
Perché i LED possono avere colori diversi?
Molto semplice: il colore della luce è determinato dalla quantità di energia persa dall’elettrone che si sposta: più energia perde l’elettrone, cioè più salti orbitali compie l’elettrone, maggiore sarà la frequenza della luce emessa. La differenza di frequenza comporta differenza di colore.
In sostanza e ricapitolando, il LED è un dispositivo optoelettronico che sfrutta la capacità di alcuni materiali semiconduttori di produrre fotoni attraverso un fenomeno di emissione spontanea (ed è questa emissione spontanea la particolarità del principio di funzionamento del LED rispetto alle lampadine classiche), cioè quel processo per cui un elettrone compie una transizione da uno stato eccitato verso uno ad energia inferiore emettendo un fotone.
L’emissione spontanea che avviene nel LED è un processo alla base di molti altri fenomeni sia naturali che artificiali: pensiamo alla fluorescenza e alla fosforescenza, così come gli schermi al plasma o i laser.
Per quanto riguarda il LED, la produzione di fotoni si deve alla particolare qualità del materiale semiconduttore di cui è composto: nella maggior parte dei casi il semiconduttore è costituito da arseniuro di gallio (GaAs), fosfuro di gallio (GaP) o arseniuro di fosforo di gallio (GaAsP): la particolarità di questo tipo di semiconduttori sta nella loro sottilezza: il LED, pensate, può essere assottigliato fino a 0,5 micron, dove un micron corrisponde a un millesimo di millimetro!
