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Luci Led: come funzionano e perché sono la scelta migliore

REGGIO EMILIA – In parole povere, un diodo a emissione di luce (Led) è un dispositivo a semiconduttore che emette luce quando viene attraversata da una corrente elettrica. La luce viene prodotta quando le particelle che trasportano la corrente (note come elettroni e lacune) si uniscono all’interno del materiale semiconduttore.

Poiché la luce viene generata all’interno del materiale semiconduttore solido, i Led sono descritti come dispositivi a stato solido. All’interno del materiale semiconduttore del Led, gli elettroni e i fori sono contenuti all’interno di bande di energia. La separazione delle bande determina l’energia dei fotoni che vengono emessi dal Led. L’energia del fotone determina la lunghezza d’onda della luce emessa, e quindi il suo colore. Diversi materiali semiconduttori con differenti intervalli di banda producono diversi colori di luce.

La lunghezza d’onda (colore) può essere regolata andando ad agire sulla composizione della regione che emette luce. Fino alla metà degli anni ’90 i Led avevano una gamma limitata di colori e, in particolare i Led blu, e bianchi commerciali non esistevano. Lo sviluppo di Led basati sul sistema di materiale al nitruro di gallio (GaN) ha completato la gamma di colori e aperto molte nuove applicazioni, per cui adesso è possibile acquistare varie tipologie di luci Led.

Come funzionano le luci a Led?
In realtà è davvero semplice e molto economico da produrre, motivo per cui c’è stata così tanta eccitazione quando sono state inventate le luci a Led.

Le luci a Led sono composte da due tipi di materiale semiconduttore (un tipo p e un tipo n). Sia i materiali di tipo p che quelli di tipo n, sono stati drogati in modo da alterare leggermente le loro proprietà elettriche dalla loro forma pura. I materiali di tipo p e di tipo n vengono creati introducendo il materiale originale negli atomi di un altro elemento. Questi nuovi atomi sostituiscono alcuni degli atomi precedentemente esistenti e, in tal modo, alterano la struttura fisica e chimica.

L’effetto netto è la creazione di una giunzione pn con proprietà interessanti e utili per applicazioni elettroniche. Le proprietà di tali giunzioni dipendono principalmente dalla tensione esterna applicata al circuito (se presente) e dalla direzione della corrente.

Quando un diodo a emissione di luce (Led) ha una sorgente di tensione collegata con il lato positivo sull’anodo e il lato negativo sul catodo, la corrente scorrerà (e la luce verrà emessa, una condizione nota come polarizzazione diretta). Se le estremità positiva e negativa della sorgente di tensione fossero inversamente connesse (positiva al catodo e negativa all’anodo), la corrente non fluirebbe (una condizione nota come polarizzazione inversa).

La polarizzazione diretta consente alla corrente di fluire attraverso il Led e, così facendo, emette luce. La polarizzazione inversa impedisce alla corrente di fluire attraverso il Led (almeno fino a un certo punto in cui non è in grado di tenere a bada la corrente – nota come tensione inversa di picco – un punto che, se raggiunto, danneggerà irreversibilmente il dispositivo).

Vantaggi dei Led e perché sono la scelta migliore
I Led offrono numerosi vantaggi rispetto alle lampadine tradizionali, basandosi sulle parti migliori dei loro predecessori lasciando indietro le loro inefficienze. Ecco cosa offrono i Led e cosa li rende così vantaggiosi:

I componenti di un Led e il modo in cui generano luce prolungano significativamente la durata di queste lampadine. Laddove la durata di vita di altre lampadine viene ridotta attraverso un uso corretto e improprio, i bassi livelli di calore, la durata e l’efficienza energetica della lampadina a Led consentono di sopravvivere ad altri tipi di lampadine per migliaia di ore.

In genere, le parti importanti di una lampadina, come il filamento, si indeboliscono nel tempo, causando la combustione della lampadina. Ma i Led non si bruciano come fanno le altre lampadine; invece, la quantità di luce che producono diminuisce gradualmente in quello che viene chiamato “deprezzamento del lume“.

Grazie all’elevato flusso luminoso in uscita per watt, i Led sono in grado di trasformare in luce circa il 70% della loro energia. Questo li rende molto più efficienti rispetto ad altre lampadine, che sprecano molta energia trasformandola in calore. Ci vuole solo una lampadina a Led da 6 watt per produrre la quantità di luce che produce un’incandescenza da 40 watt e la loro temperatura più bassa le rende anche più sicure.

In confronto, le lampadine a incandescenza possono diventare così calde che dovrebbero essere tenute fuori dalla portata dei bambini che potrebbero bruciarsi, e sono anche note per provocare incendi se accidentalmente vengono a contatto con materiali infiammabili, come il tessuto per tende.

Le lampadine a incandescenza richiedono gel o filtri per creare diversi colori e sfumature di luce. D’altra parte, i Led offrono una vasta gamma di colori e temperature di colore senza l’uso di gel o filtri, che possono bruciare o sbiadire nel tempo. Con i Led, è il diodo reale (o il suo rivestimento al fosforo) che viene modificato per alterare il colore della luce emessa, quindi puoi fidarti che rimarrà la stessa tonalità fino alla fine della sua durata.

Mentre una lampadina a incandescenza funziona riscaldando il suo filamento a una temperatura che produce luce, una lampadina a Led emette energia elettromagnetica come luce quando elettrificata. Trasformando l’energia in luce anziché in calore, i Led sono in grado di funzionare a una temperatura significativamente inferiore rispetto ad altri tipi di lampadine.