Cinquantamila.it La storia raccontata da Giorgio Dell'Arti

Led: light emitting diode, diodi a emissione luminosa.

I led nei primi orologi digitali, in cui per vedere l’ora per qualche secondo si doveva spingere un pulsante, in modo da risparmiare la batteria. Lucette rosse, appena sufficienti per mostrare informazioni su piccoli schermi.

Il futuro dei led sembra promettere oggi una vera esplosione, che porterà questa tecnologia a dominare i sistemi di illuminazione mondiali, sia nelle case che negli ambienti pubblici. Secondo un’analisi di Pike Research, azienda americana di marketing, resa nota pochi giorni fa, entro il 2020 le lampade a led rappresenteranno il 46% di tutti i sistemi di illuminazione negli Stati Uniti. Naturale pensare che il resto dei paesi avanzati segua la stessa strada.

Attualmente i sistemi di illuminazione a led occupano solo il 2% del mercato. Il salto enorme che intravede Pike Research sarà guidato soprattutto dalla ricerca di lampade sempre più efficienti dal punto di vista energetico, più durature e senza problemi di inquinamento quando è il momento di smaltirle. Tutte caratteristiche che i diodi a emissione luminosa posseggono.

La strada dei led inizia nel 1907, quando lo sperimentatore inglese Henry Joseph Round notò che su un pezzo di carburo di silicio (una ceramica composta da silicio e carbonio), se sottoposto ad una corrente elettrica, nascevano alcuni punti luminosi. Successivamente la cosa fu notata anche da un tecnico russo, Oleg Vladimirovich Losev. Ma entrambi i lavori, legati al mondo della radio, rimasero ignorati, semplici curiosità di un fenomeno classificato come elettroluminescenza. possibile ripetere quegli esperimenti anche a casa, se si supera il problema di trovare il carburo di silicio. Un video può guidare passo passo (http://blog.makezine.com/archive/2008/11/make_presents_the_led_a_m.html).

Il 1962 è la data data ufficiale della nascita dei diodi a emissione luminosa. Quell’anno Nick Holonyak, che lavorava nel colosso americano General Electric, realizzò in laboratorio il primo led vero e proprio. Di colore rosso, entro pochi anni cominciò a essere usato per tutte quelle applicazioni in cui era richiesta una luce non molto potente e a basso consumo. Indicatori luminosi, apparecchiature da laboratorio, calcolatrici e, appunto, orologi da polso.

Come dice il nome, il led è sostanzialmente un diodo, un componente elettronico molto usato per rettificare correnti elettriche e per altre applicazioni nel campo delle radiotrasmissioni. I diodi sono formati da materiali semiconduttori nei quali vengono inserite delle impurità (’drogati”, in gergo) di altri elementi. In questo modo si hanno elettroni liberi a disposizione, ma anche dei cosiddetti ”buchi”, di carica elettrica opposta, punti in cui gli elettroni possono andare a cadere. La caratteristica principale di un diodo è che, applicando una corrente, questa può andare in una sola direzione, non potrà mai tornare indietro. E’ stata la sua applicazione principale per decenni.

Nei led il discorso è identico, solo che, scegliendo con cura i materiali di costruzione del dispositivo, ogni volta che un elettrone finisce in un buco, perde una parte di energia, che viene trasformata in fotoni, quindi in luce. Avendo cura di incapsulare il tutto in un materiale trasparente, si ottiene quel piccolo puntino luminoso. Il colore può essere regolato cambiando il materiale semiconduttore e variando la corrente che lo attraversa. I primi, rossi, erano fatti con arseniuro di gallio, ma nel corso degli anni gli esperimenti con altre sostanze hanno portato a ottenere molti più colori, fino al recente nitrato di gallio e indio (InGaN) che permette led a luce blu, una frequenza luminosa allora considerata la ”vacca sacra” di questa tecnologia perché avrebbe aperto la strada alla possibilità di usare i diodi luminosi come vere lampadine. L’ingegnere giapponese Shuji Nakamura, per questa invenzione e per gli sviluppi che hanno portato al laser a luce blu (il famoso Blu-ray usato nei dvd di ultima generazione), ha ricevuto il Millenium Technology Prize, praticamente il nobel per le applicazioni tecnologiche.

Il continuo miglioramento ha portato i led a essere ormai onnipresenti. Apparecchiature elettroniche, torce elettriche, cartelloni pubblicitari, fari delle auto, è difficile guardarsi attorno senza incontrare la luce creata dai led. E molti non li vediamo. Ad esempio i particolari diodi luminosi capaci di creare fasci laser. Sono nei lettori e nei masterizzatori di pc, dvd, console di videogiochi ecc. Ancora per i laser, sono led anche quelli che permettono le comunicazioni sulle fibre ottiche, la spina dorsale di Internet.

Ora la sfida è di usare i led per l’illuminazione di casa e di altri ambienti. Per questo è necessario avere una luce bianca, che il led da solo, però, non può creare. Il diodo, infatti, produce luce di un colore molto preciso. Il colore bianco può essere ottenuto solo in due modi: usando tre led diversi (rosso, verde e blu) in modo che la loro luce si mescoli. Oppure rivestendo un led blu con una patina di fosforo che, colpito dalla luce, emetterà anche luce gialla. Il risultato è un bianco accettabile. Questa è, tra l’altro, una tecnologia perfezionata proprio da Nakamura.

Ottenuta la luce bianca, le applicazioni sono subito aumentate in tutti quei campi in cui era richiesta una illuminazione uniforme ed a basso consumo. Lo schermo lcd dei computer portatili è illuminato da led, ad esempio. E da mesi sono presenti sugli scaffali dei centri commerciali televisori lcd in cui la luce viene prodotta da diodi anziché dalle classiche lampade a fluorescenza.

Sulla carta, i vantaggi dei led per l’illuminazione domestica sono enormi.
• Durata. Un diodo luminoso può arrivare a 50.000 ore a fronte delle 25.000 di una lampada a fluorescenza, ed è il doppio più efficiente dal punto di vista energetico. Considerando che le lampade a fluorescenza sono l’attuale termine di paragone, e sono destinate a soppiantare le classiche a filamento, in via di scomparsa in tutto il mondo, sarà proprio con queste che i led giocheranno quindi la partita.
• Ecocompatibilità. Rispetto alle lampade a fluorescenza, che hanno piccole quantità di mercurio, da smaltire con cura, i led hanno un vantaggio notevole che potrebbe fare la differenza: non contengono materiali pericolosi.

I produttori di lampade a led, però, devono ancora superare alcuni ostacoli tecnici prima di aspirare a invadere il mercato.
• La luce non ancora ”calda”, troppo bianca da apparire innaturale (basti pensare ai led usati per i fari delle auto). Si sta lavorando su diversi fronti per ovviare a questo inconveniente.
• Il fascio di luce prodotto, troppo concentrato. Praticamente sembra un faretto più che una lampadina. Per questo si trovano in commercio lampade in cui i led sono distribuiti attorno ad una superficie sferica.
• I costi. Una lampada a diodi luminosi può costare dieci volte di più dell’equivalente lampadina a fluorescenza. Anche se diverse ricerche hanno mostrato che è un falso problema: la migliore efficienza e la più lunga durata dei led permettono di ammortizzare il maggiore costo pagato per lampade a led al posto di quelle a fluorescenza nel giro di 15-16 anni. Un periodo accettabile per un’industria che voglia rinnovare i suoi sistemi di illuminazione. Meno, magari, per una famiglia.

Alcuni prodotti. Il prezzo di una luce led equivalente a una lampada a incandescenza da 60 watt è intorno ai 50 euro, ma a settembre, con l’arrivo di una nuova generazione di lampadine, Philips conta di abbassare il costo a circa 25-30 euro. Già oggi con meno di 15 euro si acquista una Philips Novallure sferica, equivalente a una 40 watt. Nightlux di Osram, poco meno di 13 euro, è una luce notturna per interni ed esterni che si accende e spegne automaticamente. La serie Living color di Philips permette una grande varietà di colori con le combinazioni di sette led: col telecomando si può scegliere tra 256 colori (intorno ai 100 euro) o 16 milioni di colori (circa 150 euro).

Lo scenario è che nei prossimi dieci anni le lampade a fluorescenza a basso consumo rimarranno padrone del mercato. Subito dopo i led prenderanno la rincorsa, fino al sorpasso. Anche General Electric, che nel 1880 produsse la prima lampadina elettrica e oggi è la prima compagnia al mondo, sembra crederci: entro la fine del 2010 metterà in commercio una lampada a led identica come forma alle vecchie lampadine a filamento.

AMERICO BONANNI