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Come funzionano i LED

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Ti sei reso conto che è sempre più difficile trovare una lampadina a incandescenza o a fluorescenza e che, al loro posto, ti vengono ormai proposte solo lampadine a LED. Ti è dunque venuta la curiosità di approfondire l’argomento e, facendo delle ricerche in Rete, sei approdato su questo mio articolo. Le cose stanno così, dico bene? Beh, allora sappi che sei capitato nel posto giusto al momento giusto!

In questo tutorial, infatti, ti spiegherò con poche e semplici parole tutto quello che devi sapere sulla natura di un LED e sulle sue funzionalità. Se, ad esempio, ti domandi se il LED di cui si parla tanto per le lampadine è lo stesso che trovi nelle “spie luminose” di PC, TV e altri dispositivi, finalmente troverai risposte ai tuoi dubbi e capirai un po’ meglio come funzionano i LED.

Allora, si può sapere cosa aspetti? Se vuoi saperne di più sull’argomento, ritagliati cinque minuti di tempo libero e mettiti comodo, in modo da concentrarti sulla lettura delle seguenti righe. Vedrai, che alla fine della guida, avrai le idee più chiare sul funzionamento dei LED e sarai pronto, se lo vorrai, ad approfondire ancor di più la questione dal punto di vista tecnico tramite manuali, libri e altre risorse disponibili sia online che offline. Dunque, non mi resta che augurarti una buona lettura!

Indice

Come funzionano i LED

come funzione un led

Prima di entrare nel vivo dell’articolo, ci tengo a fornirti qualche informazione preliminare. Immagino che prima di chiederti come funzionano i LED, ti sia chiesto almeno una volta che cosa, in concreto, questi LED. Ebbene, sarò felice di darti tutte le informazioni che ti servono.

Il LED è un componente elettronico formato da due filamenti, o terminali (per questo chiamato bipolo e, più comunemente, diodo), che consentono il passaggio di corrente elettrica. Nel nucleo del LED i due terminali si congiungono in modo non lineare, ovvero non si toccano direttamente, poiché sono separati da micro strati di materiale semiconduttore, come ad esempio il gallio, l’alluminio, il silicio e altri ancora.

Quando i due terminali vengono attraversati dalla corrente elettrica, il materiale semiconduttore tra essi converte l’energia elettrica in energia luminosa che descrive, in breve, il principio dell’elettroluminescenza. Per funzionare correttamente, questo processo deve essere scaturito dal passaggio di corrente continua (non alternata) a bassa tensione (1,3/4,5V).

diodo led

Per riassumere ulteriormente la natura di un LED, la luce emessa dal componente elettronico viene irradiata dalla giunzione del diodo, resa possibile dall’attraversamento di corrente continua. Da questa emissione nasce il nome del LED, che significa Light Emitting Diode, ovvero diodo a emissione di luce.

Il principio di funzionamento del classico LED di una TV (quello che identifica lo stato di standby) è quindi lo stesso di un LED collocato su un lampadario. Può cambiare il tipo di semiconduttore adoperato, può cambiare la struttura fisica del LED che potrebbe essere rotonda, quadrata, piatta o “bombata” ma entrambi funzioneranno alla stessa maniera.

Una caratteristica fondamentale del LED è che può essere di dimensioni minuscole (meno di 1mm) e funziona a basso assorbimento di corrente. Allo stesso tempo fornisce un’elevata emissione di luce migliorando, dunque, l’efficienza energetica adoperata. Questa caratteristica del LED ha consentito al mercato mondiale di introdurre il suddetto componente elettronico nell’illuminazione domestica, industriale e pubblica oltre che nei classici dispositivi elettronici sotto forma di “spia luminosa”.

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Come funzionano i LED colorati

LED

In origine, il materiale semiconduttore utilizzato per sperimentare la luce nei LED fu il silicio che ha la proprietà di rilasciare luce bianca. Più impuro era il silicio e più la luce emessa era tendente al colore giallo/verde. A questo punto ti starai chiedendo: dunque, come funzionano i LED colorati?

Come abbiamo visto nel capitolo precedente, all’interno del LED e più precisamente tra i due filamenti (o terminali), ci sono degli strati di materiale semiconduttore. Le combinazioni di semiconduttori attraversati dalla corrente elettrica sono in grado di trasformare l’energia elettrica in energia luminosa con la caratteristica speciale di emettere fotoni in colorazioni differenti percettibili all’occhio umano.

Tuttavia, i soli semiconduttori non bastano a rilasciare i fotoni nelle diverse colorazioni. Per far sì che avvenga l’emissione spontanea di luce nella colorazione caratteristica di un minerale semiconduttore, è necessario attraversare il LED con una quantità di tensione (o voltaggio) specifica. Da qui si può assistere all’emissione di radiazioni visibili sotto forma di colore.

Per farti un esempio pratico, ti parlerò del LED di colore blu. I materiali semiconduttori in grado di produrre luce blu sono diversi: tra i più popolari puoi trovare lo zinco e il selenio. Tuttavia, per rilasciare fotoni percettibili con tale colorazione, è necessario applicare una tensione di 3,5V alla giunzione del LED.

led rgb

Il colore rosso, comune in quasi tutti i LED di segnalazione situati nei dispositivi elettronici domestici o industriali (come ad esempio la spia del televisore quando è in standby) è comunemente prodotto dai LED contenenti strati di fosforo, gallio e arsenico ma attraversati da una tensione minima di 1,8V.

Quindi, il colore di un LED è determinato dai semiconduttori utilizzati e dalla quantità di tensione che li attraversa. Se il comune LED rosso dovesse essere attraversato da una tensione leggermente superiore rispetto a quella dichiarata nel paragrafo precedente, come ad esempio 1,9V, potrebbe emettere luce gialla.

Sulla base di questo principio puoi comprendere come funzionano i LED RGB (Rosso, Verde, Blu). Un LED multicolore può essere composto da più semiconduttori che, in base alla tensione applicata, generano una luce di colore differente. Esistono anche i LED multicolore con più filamenti che contengono un controller elettronico a bordo per la gestione della tensione dinamica e quindi della variazione dei colori.

I LED RGB possono essere usati anche per emettere luce bianca; tuttavia la qualità del colore non è sempre elevata in questo modo, quindi per la luce bianca vengono spesso usati LED blu ad alta efficienza con strati di fosforo.

Come funziona LED a infrarossi

LED

Dopo aver visto come funzionano i LED colorati, rimane la questione allettante dei LED a infrarossi. Se ci pensi bene, guardando un LED a infrarossi (presenti nei telecomandi dei televisori o nelle telecamere notturne), non noterai nessuna luce e nessun colore, quindi cosa accade di preciso? Ebbene, in questo capitolo ti spiegherò in pochi semplici parole come funziona LED a infrarossi.

l’infrarosso non è un colore percettibile all’occhio umano ed è generato dalla combinazione di semiconduttori specifici come il gallio, l’arsenico e l’alluminio attraversati da una tensione di corrente molto bassa (1,3V). Questa condizione consente al LED di generare delle radiazioni a bassissima frequenza e quindi non umanamente percettibili.

Vorrei farti l’esempio del LED rosso: per ottenere questa colorazione, i semiconduttori attraversati dalla corrente generano radiazioni a frequenze molto basse, le più basse di qualsiasi altro colore mai prodotto da un LED, in ogni caso umanamente percettibili. Il “colore” di un LED infrarosso è dovuto all’emissione di radiazioni a frequenze ancora più basse di un LED rosso, non più percettibili all’occhio umano: ecco perché la parola infrarosso significa letteralmente “sotto il rosso”.

Per farti alcuni esempi pratici, le radiazioni emesse dai LED infrarossi sono utilizzate comunemente nelle telecamere notturne, che riescono a interpretare il rimbalzo delle radiazioni e a convertirle in immagine oppure colori, se programmati da un software specifico. Puoi trovare i LED a infrarossi nei telecomandi dei televisori utilizzati per inviare segnali recepiti e convertiti dal fotodiodo situato solitamente nella parte inferiore di un televisore.

Come funzionano i lampadari LED

LED

Ora che hai le idee un po’ più chiare sul funzionamento di un LED, immagino che starai pensando come può un solo piccolo LED illuminare un’intera stanza? Ecco perché in questo capitolo ti spiegherò come funzionano i lampadari LED, che nascondono dietro al bulbo di vetro uno o più gruppi di tanti piccoli LED.

Esatto! Le lampadine a LED che trovi in commercio e che puoi avvitare ad un classico lampadario si presentano come delle lampadine tradizionali, tuttavia all’interno del bulbo puoi trovare una o più matrici su cui sono installati tanti piccoli LED (per una maggiore emissione di luce). Esistono moltissimi tipi di lampadine a LED progettate con più o meno matrici LED in base alla destinazione d’uso (casa, ufficio, negozio, eccetera).

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I lampadari a LED invece sono equipaggiati con una quantità precisa di LED, al fine di raggiungere la luminosità pensata per l’ambiente di destinazione. Il design non incide sulla qualità del lampadario, poiché una caratteristica vantaggiosa dei LED è che possono essere installati in posizioni e distanze variabili al fine di consentire al lampadario di avere forme particolari e design unici.

Infine, l’elettronica necessaria per trasformare la tensione nel valore richiesto dalla quantità dei LED installati è integrata a bordo del lampadario.

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In rari casi può capitare che i lampadari a LED non abbiano sufficiente spazio per consentire all’elettronica di essere installata a bordo, questa è una realtà che si manifesta soprattutto con le strisce LED.

A tal proposito vengono forniti degli appositi trasformatori di corrente per essere installati anche in un luogo remoto purché facciano da tramite tra il lampadario e la linea elettrica da 230V.

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Quelle che ti ho appena fornito sono delle informazioni, spero utili, ma comunque basilari sul funzionamento dei LED. Se sono riuscito nell’intento di stuzzicare la tua curiosità nei confronti di questo tema, ti invito ad approfondire la questione consultando le varie risorse disponibili liberamente online, ad esempio Wikipedia, e acquistando manuali e libri sul tema. C’è un mondo molto affascinante che non aspetta altro che essere scoperto!

Salvatore Aranzulla

Autore

Salvatore Aranzulla

Salvatore Aranzulla è il blogger e divulgatore informatico più letto in Italia. Noto per aver scoperto delle vulnerabilità nei siti di Google e Microsoft. Collabora con riviste di informatica e cura la rubrica tecnologica del quotidiano Il Messaggero. È il fondatore di Aranzulla.it, uno dei trenta siti più visitati d'Italia, nel quale risponde con semplicità a migliaia di dubbi di tipo informatico. Ha pubblicato per Mondadori e Mondadori Informatica.