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LED, luce di una nuova tecnologia

 

I LED sono molto usati da decenni: basta guardare il frontalino di uno stereo per rendersene conto e per trovarli al lavoro, nella forma di una spia luminosa. Durante le scorse feste di Natale sono anche apparse sugli scaffali nella forma di ghirlande luminose, grazie anche alla recente introduzione di varianti dai colori brillanti e inusuali come il blu, il rosa e il viola.
I guidatori che prestano attenzione alle novità li avranno notati in uso per le luci di stop di alcune automobili, per esempio la Audi S6 . Al posto di una singola lampadina normale o alogena, alcuni costruttori hanno deciso di combinare una matrice di piccoli LED rossi ad elevata luminosità. Sia i LED che le lampadine possono cedere improvvisamente e smettere di illuminare, ma quando cede l'unica lampadina usata in uno stop il conducente si trova in una situazione di immediato pericolo, perché chi lo segue non si rende conto dell'inizio di una frenata; invece il fallimento di un LED tra molti non comporta questo pericolo. Ne guadagnano comunque anche le durate: se una lampadina incandescente va mediamente cambiata ogni millecinquecento ore di utilizzo circa, e le fluorescenti arrivano a diecimila, un LED può continuare a funzionare sino a un massimo di un milione di ore e in pratica durare anche più dell'intera automobile. È anche merito della miglior resistenza dei LED agli shock fisici (non si frantumano se lasciati cadere) e alle accensioni e spegnimenti ripetuti.
Per ora i LED vengono usati solo infrequentemente per i fari abbaglianti e anabbaglianti: oltre a un non trascurabile fattore costo bisogna anche sapere che le micro-lampadine di colore bianco non reggono bene ai cambi di temperatura e se sforzate per produrre una elevata luminosità, come quella richiesta per illuminare una strada buia, possono consumarsi anzitempo.

Sullo schermo, i LED sono stati usati nel recente passato soprattutto per la realizzazione di monitor giganteschi, dove la combinazione di moltissime di queste piccole lampadine genera immagini visibili da una certa distanza. Negli stadi, per esempio, la tecnologia è piuttosto diffusa.

I piccoli diodi a emissione di luce (è questo il significato di LED, sigla di light emitting diode ) sono anche molto apprezzati dagli ecologisti specialmente quando vengono adottati dalle case produttrici di piccoli apparecchi usa e getta. Le lampadine fluorescenti e gli schermi piatti, come spieghiamo nell'articolo di approfondimento che accompagna questo pezzo, contengono mercurio, mentre i LED vengono prodotti senza farne alcun uso. Anche per questo motivo già oggi gli schermi a LED sono usati su alcuni telefoni cellulari di fascia alta così come negli iPod di Apple. Anche schermi più grandi basati su LED stanno cominciando ad apparire: la Samsung offre uno schermo da venti pollici chiamato Syncmaster XL20 e un fratello maggiore da 30 pollici: le caratteristiche tecniche sono assolutamente superiori. La gamma di colori raggiunge il 114% della tipica tavolozza di colori possibile ad una stampa fotografica, contro il 74% dei vecchi schermi a tubo catodico e l'82% degli schermi piatti a cristalli liquidi TFT. Il contrasto tra il bianco e il nero raggiunge il rapporto di tremila a uno, la visibilità è garantita in un angolo di visuale di 178 gradi e la risoluzione è altissima: 1600 per 1200 punti. Anche il prezzo, purtroppo, è di tutto rispetto: circa tremila franchi. Secondo gli esperti, questi prezzi sono destinati a scendere con gradevole rapidità. Entro la fine del 2007 gli schermi a LED saranno offerti su tutti i personal computer portatili di fascia alta secondo Steve Jobs, amministratore delegato di Apple.

Ci si attendono anche usi più specialistici o curiosi. E' dimostrato che la luce dei LED blu ha effetti positivi sull'acne nel lungo periodo, anche se non è ancora chiarissimo il motivo. Interessanti anche alcune moderne sperimentazioni della NASA. Poiché esistono varianti di questi diodi non solo per i colori consueti ma anche per gli infrarossi e gli ultravioletti, l'agenzia spaziale americana ne ha studiato l'utilizzo per aiutare la crescita delle piante. Lo scopo degli scienziati americani era quello di ottenere la crescita di vegetali sulle astronavi. Si è scoperto che alcune piante trovano perfettamente accettabile la luce prodotta da questi diodi: non tutte, purtroppo, perché non tutte le lunghezze d'onda, ovvero i colori, si possono per ora ottenere con i LED.
Infine, stilisti e modiste stanno attendendo la disponibilità commerciale del Lumalive (www.lumalive.com), un prodotto Philips: si tratta di un tessuto sintetico illuminabile con una batteria di LED organici (OLED), e i cui disegni dunque possono venire cambiati sotto controllo di un programma. La moda non sarà più la stessa.


Cosa sono i LED

I LED, che tutti noi incontriamo nella forma di quelle umili e coloratissime micro-lampadine che occhieggiano nei cruscotti e sul frontalino degli elettrodomestici, come spie di accensione e funzionamento, hanno una storia lunga. La elettroluminescenza che gli dà vita è stata scoperta alla fine dell'Ottocento e le prime realizzazioni, opera dello scienziato russo Oleg V. Losev, datano dagli anni Venti. La diffusione sul mercato parte alla fine degli anni Sessanta, appunto nella forma di spie prima esclusivamente rosse, poi anche arancione e verdi, man mano che si scoprivano nuovi composti chimici usati nel cuore di questi piccoli dispositivi elettronici. Altri colori, tutti ottenuti eccitando elettricamente alcune leghe rare di semiconduttori, sono molto più recenti: il primo LED blu di decente luminosità appare solo nel 1993. Fu opera di un brillante ricercatore giapponese pochissimo conosciuto ai tempi della scoperta e oggi vero astro dell'ingegneria e docente negli USA, Shuji Nakamura, che per questa scoperta ha ricevuto a fine 2006 il Millennium Technology Prize , una specie di premio Nobel dell'ingegneria del valore di un milione di dollari.
Oggi esistono anche LED bianchi: in un qualsiasi negozio di cineserie potrete comprare con poche monete una torcia elettrica piccolissima che illumina proprio in questo modo. Si tratta in realtà di LED blu ricoperti di una sostanza chimica giallo fosforescente, che tinge la luce blu prodotta all'interno e la fa apparire di un bianco lunare. Anche questa realizzazione è opera del professor Nakamura.
L'interesse per i LED come fonte di illuminazione in questo momento è altissima. Tanto per cominciare, le comuni lampadine a filamento di tungsteno trasfrmano in luce solo il dieci per cento dell'energia assorbita, e quelle fluorescenti a risparmio energetico raggiungono al massimo il venticinque per cento: il resto si trasforma in calore. Il LED invece non genera calore e già oggi offre più luce a parità di watt assorbiti.
È il costo e soltanto il costo il motivo per cui i LED non spopolano ancora in tutte le applicazioni: ma oggi nei laboratori di tutto il mondo si sta lavorando moltissimo proprio per abbattere i costi di produzione. Lampadine ibride basate sul principio LED eppure dal costo contenuto, capaci di illuminare quanto un bulbo incandescente che consuma 65 watt, sono attese entro la fine del decennio sugli scaffali dei negozi. I primi modelli consumeranno circa cinque watt e nel tempo potrebbero finire per consumare anche meno di un watt.
Un altro motivo di grande interesse per i LED riguarda il loro utilizzo come fonte di luce per gli schermi piatti e sta nei vantaggi che essi portano per l'ambiente se li compariamo ai metodi oggi più diffusi, i cosiddetti TFT (thin film transistor ). I contemporanei televisori ultrapiatti e calcolatori portatili contengono qualche grammo di mercurio, il metallo liquido altamente velenoso e inquinante, proprio nello schermo TFT e questo è il motivo per cui i LED entro la fine del 2007 sembrano destinati a rimpiazzarlo. Per il prossimo decennio, poi, possiamo aspettarci la carica degli OLED, o LED organici , il cui maggior vantaggio sta nella possibilità di posizionarli su una base flessibile. Avremo così, finalmente, schermi di grande formato che si possono arrotolare quando non sono in uso.


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