Diodo a emissione luminosa: Struttura e funzione

I diodi a emissione luminosa (LED) sono costituiti da strati di cristallo semiconduttore che, a seconda del materiale utilizzato, emettono luce di determinate lunghezze d'onda quando una corrente li attraversa in direzione di marcia (elettroluminescenza). I singoli diodi brillano di rosso, verde o blu; la luce bianca può essere ottenuta in vari modi. In passato, i diodi a emissione luminosa servivano principalmente come lampade di segnalazione colorate ma poco luminose. Dopo decenni di ricerca e sviluppo, queste sorgenti luminose a controllo digitale e a risparmio energetico stanno rivoluzionando l'illuminazione, sostituendo le obsolete e inefficienti lampade a incandescenza.

Diodo a emissione luminosa: Struttura e funzione

I semiconduttori hanno la proprietà di condurre bene l'elettricità in una sola delle due possibili direzioni di flusso. Il chip LED è accoppiato a un catodo (eccesso di elettroni, polo di carica negativa) attraverso uno strato di silicio cristallino. Sopra lo strato di silicio si trova un secondo strato più sottile di materiale semiconduttore che presenta una carenza di elettroni. Nella zona di transizione, il cosiddetto strato barriera, gli elettroni in eccesso colpiscono i "buchi" dove mancano gli elettroni e li chiudono, rilasciando energia sotto forma di luce. Il collegamento all'anodo (polo di carica positiva) avviene tramite un filo d'oro molto sottile, che influisce solo in minima parte sull'emissione luminosa. Uno strato protettivo in plastica circonda i chip LED e migliora l'emissione luminosa.

Un tipico diodo a emissione luminosa ha una dimensione di circa un millimetro. L'elemento illuminante emette la sua luce in modo mirato invece di irradiarla in tutte le direzioni come una lampadina. Tuttavia, i singoli chip LED possono essere combinati spazialmente in qualsiasi modo per dirigere l'emissione luminosa nelle direzioni desiderate. Un altro aiuto per orientare la luce sono le lunette che fungono da riflettori.

Luce LED colorata e bianca

I LED RGB sono dotati di un diodo rosso, uno verde e uno blu e possono controllare la quantità di luce che emettono, ottenendo così il colore desiderato. Il metodo più complesso è quello di produrre luce LED bianca. In sostanza, esistono due metodi diversi per produrre il bianco desiderato da diversi colori di luce. Una variante combina un LED blu con uno strato di fosforo, la cui luce gialla conferisce il colore bianco complessivo. La miscelazione additiva dei colori può anche creare la luce bianca dei LED a partire dalla luce rossa, blu e verde di determinate lunghezze d'onda.