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XXIV Lighting LIGHTING 25 - MARZO 2021 Negli ultimi anni, quando si parla di illuminazione, la tecnologia preponderante è quella del LED: da semplici indicatori negli elettrodomestici alla retroilluminazione degli schermi, alle lampadine e lampioni stradali, siamo ormai circondati da questa tecnologia. In questo articolo studiamo da vicino i principi fisici che ne permettono il funzionamento e diamo uno sguardo all’applicazione elettronica. La tecnologia LED (Light Emitting Diode, ovvero diodo a emissione di luce) è utilizzata pressoché in ogni dispositivo elettronico. Questo a sottolinearne la versatilità, sia delle caratteristiche intrinseche (potenza dissipata, colore, intensità luminosa e così via), ma an- che delle funzionalità (indicatori di stato, luci di corte- sia, illuminazione ambientale o di atmosfera). La versa- tilità è proprio uno dei punti forti di questa tecnologia, insieme ai bassi costi di produzione e alla semplicità di interfacciamento con altri componenti elettronici. Con il miglioramento dei processi di produzione sono stati realizzati LED ad alta luminosità e LED di potenza, capaci oggi di soppiantare le altre tecnologie per l’illu- minazione. Inoltre, è possibile realizzare LED di ogni co- lore, a maggior ragione grazie all’impiego di LED RGB: combinando 3 dispositivi in un unico chip e polarizzandoli direttamente, i 3 fasci luminosi si mixeranno in un fascio di luce nello spettro del visibi- le in base alle intensità luminose dei singoli dispositivi, secondo la regola della mescolanza additiva. Per capire come funziona il LED bisogna fare un passo indietro e studiare il suo progenitore: il diodo (ovvero la giun- zione P-N). Il principio di base: il diodo e la giunzione PN Il diodo è un dispositivo elettronico formato da due semiconduttori che hanno subito il processo di drogaggio. I due semicondut- tori, la cui interfaccia è denominata giunzione PN, sono drogati rispettivamente P (in cui prevarranno lacune, ov- vero cariche positive) ed N (in cui ci sarà prevalenza di elettroni, ovvero cariche negative). L’effetto principale di questo drogaggio è il differente comportamento otte- nuto in base alla polarizzazione del componente. Infatti, se il diodo è polarizzato inversamente (ovvero si applica una tensione positiva sul lato drogato N e una tensione negativa sul lato P), la zone di giunzione risulterà “svuo- tata”, impedendo così il fluire della corrente attraverso il dispositivo; al contrario, se il diodo è polarizzato di- rettamente (con tensione positiva sul lato P, e tensione negativa sul lato N), le cariche aventi stesso segno si re- spingeranno, assottigliando la regione della giunzione; in questo scenario il dispositivo si comporta in maniera simile a un resistore, permettendo così alle cariche di scorrere, creando una corrente. Questo fa sì che il diodo permette il fluire di corrente in un solo verso (da qui il simbolo circuitale simile a una freccia): maggiore è la differenza di potenziale applicata al diodo, maggiore è la corrente che attraversa il dispositivo (Fig. 1) Il diodo che emette la luce: il LED Già agli inizi del ‘900 era noto l’ef- fetto della elettroluminescenza: se applichiamo una differenza di poten- ziale a un LED, le cariche nei pressi della giunzione si spostano di livel- lo energetico in livello energetico; quando lacune ed elettroni si ricom- binano, se l’energia rilasciata è suffi- cientemente elevata, saranno emessi dei fotoni, la cui frequenza (quindi colore) e intensità luminosa dipen- dono dalle caratteristiche fisiche del materiale. Come accade per i diodi, anche i LED hanno bisogno di una Tecnologia LED: versatile e universale Dall’invenzione della lampadina a incandescenza fino a oggi, la tecnologia per l’illuminazione ha fatto passi da gigante. Riduzione dei consumi, migliore resa dei colori, controllo dell’intensità luminosa ed efficienza sono solo alcune delle caratteristiche che l’industria del lighting è riuscita a ottenere, grazie alla ricerca e a ingenti capitali investiti A. Di Paolo Fig. 1 – Caratteristiche giunzione PN (Fonte: Wikipedia)