L'Assemblea Generale delle Nazioni
Unite ha proclamato il 2015
Anno Internazionale della luce e delle tecnologie basate sulla luce.
Quest’anno si celebrano 2 importanti
anniversari:
1815, Concetto di luce come onda
proposto da Fresnel
1865, Teoria elettromagnetica della propagazione
della luce proposta da Maxwell
Anche il Nobel per la Fisica 2014 ha
voluto premiare una tecnologia basata sulla luce:
è stato assegnato a Isamu Akasaki,
Hiroshi Amano e Shuji Nakamura per la loro
invenzione dei LED (diodo a emissione luminosa) a luce blu.
I LED
a luce blu sono la base delle moderne lampadine a basso impatto ambientale
(risparmio energetico) e di una vasta
gamma di altre applicazioni.
Realizzati nella loro forma concreta
20 anni fa, i LED
blu sono l’anello mancante (inseguito per oltre 30 anni) che ha reso
possibile le lampade LED a luce bianca.
La prima luce allo stato solido è
stata prodotta nel 1907 da Henry J. Round;
diversi studi sono stati fatti negli anni ’20 e ’30 in Unione Sovietica, ma la
mancanza di una comprensione teorica del fenomeno ha limitato la scoperta ad
una curiosità di laboratorio.
Filamenti riscaldati o gas ionizzati producono
luce come prodotto “secondario”, mentre un LED produce luce “primaria” fornendo
una vera luce "fredda".
Un LED è composto da strati di
materiale semiconduttore e, nella sua forma più semplice, è costituito da uno strato drogato N, che ha un eccesso di
elettroni, ed uno strato drogato P
che manca di elettroni (o che ha un eccesso di lacune positive).
Quando una
corrente passa attraverso il dispositivo, elettroni e lacune si combinano nello
strato attivo intermedio e generano
luce.
La lunghezza d'onda della luce (e quindi il suo colore) è funzione dei
materiali utilizzati.
I LED rossi sono stati inventati nel 1950 e ben
presto trovarono applicazioni come spie e come display in calcolatrici e
orologi digitali.
Entro la fine del 1960, sono stati
inventati LED infrarossi e verdi.
Tuttavia il LED blu necessario per creare
luce bianca si rivelò molto più difficile da produrre.
Il LED blu è necessario per ottenere
luce bianca:
-
per combinazione con LED rossi e verdi,
-
utilizzando fosforo che crea luce gialla.
Questo ha richiesto una lunga serie di
innovazioni in fisica dei materiali.
Akasaki,
Amano, e
Nakamura, hanno lavorato per anni al problema, spesso costruendo le attrezzature
necessarie. La soluzione era il nitruro di gallio (GaN).
Le lampade a LED emettono luce fino a 300 lumen per watt (lm/W),
molto più efficienti rispetto ai 16 lm/W
delle lampadine a incandescenza tradizionali e ai 70 lm/W delle lampade fluorescenti.
Oltre che per l’illuminazione
domestica e commerciale, sono utilizzati per i fari delle automobili, le luci dei
lampioni, le luci delle luminarie, i flash per fotocamere e le torce tascabili.
Inoltre, questa tecnologia ha permesso
lo sviluppo dei più moderni televisori, dei laser LED per lettori Blu-ray e di stampanti
laser più efficienti.
I LED blu hanno un notevole impatto
positivo sull'ambiente. Non utilizzano mercurio (come in molte lampade per l’illuminazione
stradale) e visto che una notevole frazione della produzione di energia mondiale
viene utilizzata per l'illuminazione, la luce fredda del LED ha un grande
potenziale per ridurre la domanda di energia. Infine i LED durano fino a
100.000 ore invece delle 1.000 ore per le lampade a incandescenza e delle 10.000
ore per le lampade fluorescenti.
I link seguenti riguardano le Letture di
Akasaki, Amano e Nakamura effettuate alla consegna dei Nobel (8 Dicembre 2014, Aula Magna, Università
di Stoccolma).
