LEDs: What A Wonderful World

LEDs: Light-Emitting Diodes

Chi di noi non ha mai sentito parlare di LED, ovverosia Light-Emitting Diodes? Questi gioielli sono quanto più sublime l'elettronica abbia mai sfornato. Vengono utilizzati ovunque: nei televisori, nei semafori e nei display dei nostri smartphone. Ma cosa sono esattamente? Vediamo di scoprirli man mano nel dettaglio.

Sono sicuramente dispositivi per l'emissione di luce, come dice il nome, ma hanno una caratteristica fondamentale rispetto ad una lampadina normale. Le lampadine al tungsteno in commercio hanno un enorme problema: funzionano ad incandescenza, cioè il filamento viene attraversato da corrente, reso incandescente e quindi comincia a brillare. Il risultato è che il 90% della corrente usata viene sprecata sotto forma di calore, anziché di luce.

Un LED sfrutta un fenomeno completamente diverso, ossia l'elettroluminescenza, che consiste nell'applicare un voltaggio tra due elettrodi che comprendono un HTL, un ETL e uno strato di ricombinazione delle cariche (l'ultimo è facoltativo). Dunque uno schema di un tipico LED è il seguente:

Applicando un voltaggio, si arricchisce il catodo di elettroni e l'anodo si arricchisce di buche (accettiamo il formalismo delle buche); questi portatori di carica entrano negli strati Electron Transporting Layer e Hole Transporting Layer per essere, appunto, trasportati verso la giunzione. Qui, alla giunzione, le cariche di segno opposto si ricombinano generando calore e luce. È proprio questa luce che vediamo quando un LED è acceso; e il calore? Il calore è esattamente quello che vogliamo studiare: ecco perché i chimici passano ore ed ore a provare a sintetizzare sostanze utili a questo scopo.
Il problema, insito in un dispositivo del genere, è che gli elettroni sono attratti dall'anodo e le buche dal catodo; ma dobbiamo prevenire che queste vi arrivino. Perché? Devono ricombinarsi alla giunzione, per dare segnale luminoso! Quindi, sempre i chimici passano ore ed ore a cercare sostanze utili per l'HTL e l'ETL, che sono gli strati che più influenzano la mobilità delle cariche.

Quello appena mostrato è il dispositivo LED più semplice e pratico, ma vi sono anche LED con un solo strato tra gli elettrodi, o con addirittura tre! Con uno strato si hanno pochi parametri da mettere appunto, quindi sono poco adattabili, mentre con tre si hanno troppi parametri da controllare! Di solito si parte da un doppio strato, come quello nell'immagine, e poi si cerca di perfezionarlo tramite l'aggiunta di sostanze dopanti o che favoriscano la ricombinazione (ad esempio peggiorando la mobilità delle cariche).

Uno adesso può chiedersi: "E quindi? Che vantaggio mi danno?". La risposta è semplice: "Sfruttando transizioni elettroniche in complessi si possono scegliere le sostanze per ottenere un particolare colore! Inoltre sono estremamente meno costosi perché più efficaci delle lampadine ad incandescenza. Costa poco fabbricare gli OLED, che sono LED che sfruttano sostanze organiche". Infine, si può fare questo:

Gli svantaggi? Purtroppo sono facilmente deteriorabile, specialmente quelli organici: intorno a 130°C cominciano a decomporsi le sostanze usate.

Pensiamoci: sul telecomando hai un LED a infrarossi, sul pc hai un monitor ai LED, sul televisore hai i LED... Cosa? Non ce li hai?? Sai che i LED permettono di avere i televisori più piatti in assoluto perché non hanno bisogno di retroilluminazione (come visto producono luce da sé); gli LCD sono fantastici, ma senza retroilluminazione non funzionano!!

Nel caso interessati a numeri ed esempi, possiamo fornirvi parecchi dati, articoli scientifici e recensioni in merito.