LED: differenze tra le versioni

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Il '''diodo a emissione di luce''' ([[acronimo]] [[lingua inglese|inglese]]: '''LED'''; in [[Lingua inglese|inglese]]: '''''l'''ight-'''e'''mitting '''d'''iode'')<ref name="iupac">{{Cita web|lingua=en|url=http://goldbook.iupac.org/LT07414.html|titolo=IUPAC Gold Book, "light-emitting diode (LED)"}}</ref>, in [[elettronica]], indica un dispositivo [[optoelettronica|optoelettronico]] che sfrutta la capacità di alcuni materiali [[semiconduttori]] di produrre [[Fotone|fotoni]] attraverso un fenomeno di [[emissione spontanea]] quando attraversati da una [[corrente elettrica]].

Il materiale semiconduttore presenta due zone [[Drogaggio|drogate]] differentemente in modo da avere [[Portatore di carica|portatori di carica]] opposta, [[Elettrone|elettroni]] e [[Lacuna (fisica)|lacune]], i quali secondo i principi di funzionamento del [[diodo a giunzione]] si ricombinano emettendo energia sotto forma di fotoni. Il primo LED fu sviluppato nel [[1962]] da [[Nick Holonyak Jr.]]<ref>{{Cita web|lingua=en|url=http://web.mit.edu/invent/a-winners/a-holonyak.html|titolo=Winners' Circle: Nick Holonyak, Jr<!-- Titolo generato automaticamente -->|accesso=14 dicembre 2005|dataarchivio=20 gennaio 2013|urlarchivio=https://www.webcitation.org/6DnjsIly3?url=http://web.mit.edu/invent/a-winners/a-holonyak.html|urlmorto=sì}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://ece.illinois.edu/directory/profile/nholonya|titolo=Profilo personale di Nick Holonyak Jr.|editore=Università dell'Illinois|lingua=en}}</ref>. Nel 2014 è stato assegnato il [[premio Nobel per la fisica]] a [[Isamu Akasaki]] e [[Hiroshi Amano]] dell'[[Università di Nagoya]] e a [[Shūji Nakamura]] dell'[[Università della California, Santa Barbara]] per le ricerche sul LED a luce blu.

Negli [[anni 1990|anni novanta]], vennero realizzati LED con efficienza sempre più elevata e in una gamma di colori sempre maggiore, realizzando anche luce bianca. Parallelamente, è aumentata la quantità di luce emessa a livelli competitivi con quelli delle comuni lampadine. Nell'[[illuminotecnica]], il LED si configura come una tecnologia ad alta [[efficienza energetica|efficienza]] che garantisce un ottimo [[risparmio energetico]].

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Tra il [[2001]]<ref>{{Cita pubblicazione|cognome=Dadgar|nome=A.|cognome2=Alam|nome2= A.|cognome3=Riemann|nome3=T.|cognome4=Bläsing|nome4=J.|cognome5=Diez|nome5=A.|cognome6=Poschenrieder|nome6=M. |cognome7=Strassburg|nome7=M.|cognome8=Heuken|nome8=M.|cognome9=Christen|nome9=J.|cognome10=Krost|nome10=A. |titolo=Crack-Free InGaN/GaN Light Emitters on Si(111)|doi=10.1002/1521-396X(200111)188:1<155::AID-PSSA155>3.0.CO;2-P|rivista=Physica Status Solidi A|volume=188|pp=155–158|anno=2001|lingua=en}}</ref> e il [[2002]],<ref>{{Cita pubblicazione|cognome=Dadgar|nome=A.|cognome2=Poschenrieder|nome2=M.|cognome3=BläSing|nome3=J. |cognome4=Fehse|nome4=K.|cognome5=Diez|nome5=A.|cognome6=Krost|nome6=A.|doi=10.1063/1.1479455|titolo=Thick, crack-free blue light-emitting diodes on Si(111) using low-temperature AlN interlayers and in situ Si\sub x]N\sub y] masking|rivista=Applied Physics Letters|volume=80|numero=20|p=3670|anno=2002|bibcode=2002ApPhL..80.3670D |lingua=en}}</ref> furono dimostrati con successo dei metodi di crescita del nitruro di gallio su [[silicio]] e, nel gennaio del [[2012]], [[Osram]] trovò il modo di produrre in quantità industriale LED in nitruro di indio e gallio (InGaN) cresciuti su substrati di silicio.<ref>{{Cita web|url=http://www.osram-os.de/osram_os/EN/Press/Press_Releases/Company_Information/2012/_documents/OSRAM_PI_Production_GaNonSi_e.pdf |titolo=Success in research: First gallium-nitride LED chips on silicon in pilot stage|accesso=15 settembre 2012|urlmorto=sì |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20120915034646/http://www.osram-os.de/osram_os/EN/Press/Press_Releases/Company_Information/2012/_documents/OSRAM_PI_Production_GaNonSi_e.pdf |dataarchivio=15 settembre 2012|lingua=en}}</ref> Almeno fino al [[2017]], le aziende produttrici utilizzarono substrati di carburo di silicio, anche se il più comune rimase lo zaffiro poiché possiede proprietà molto simili al nitruro di gallio, cosa che riduce la formazione di difetti nella sua struttura cristallina durante la crescita.

Alla fine del decennio, [[Samsung]] e l'[[Università di Cambridge]] effettuano ricerche sui LED in nitruro di gallio cresciuti su substrato in silicio, inizialmente seguiti da [[Toshiba]] che però poi ne interrompe la ricerca.<ref>{{Cita web|autore=Steve Lester|anno=2014|url=https://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/lester_substrate-pkg_tampa2014.pdf |titolo=Role of Substrate Choice on LED Packaging|editore=Toshiba America Electronic Components|lingua=en|accesso=4 agosto 2019|dataarchivio=12 luglio 2014|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20140712100725/https://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/lester_substrate-pkg_tampa2014.pdf|urlmorto=sì}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://www.gan.msm.cam.ac.uk/projects/silicon|titolo=GaN on Silicon|editore=Cambridge Centre for Gallium Nitride|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita web|autore=Steve Bush|data=30 giugno 2016|url=https://www.electronicsweekly.com/blogs/led-luminaries/toshiba-gets-out-of-gan-on-si-leds-2016-06/ |titolo=Toshiba gets out of GaN-on-Si leds|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita libro|doi=10.1109/IEDM.2013.6724622|capitolo=LED manufacturing issues concerning gallium nitride-on-silicon (GaN-on-Si) technology and wafer scale up challenges|titolo=2013 IEEE International Electron Devices Meeting|anno=2013|cognome=Nunoue|nome=Shin-ya|cognome2=Hikosaka|nome2=Toshiki|cognome3=Yoshida|nome3=Hisashi |cognome4=Tajima|nome4=Jumpei|cognome5=Kimura|nome5=Shigeya|cognome6=Sugiyama|nome6=Naoharu|cognome7=Tachibana |nome7=Koichi|cognome8=Shioda|nome8=Tomonari|cognome9=Sato|nome9=Taisuke|cognome10=Muramoto|nome10=Eiji |cognome11=Onomura|nome11=Masaaki|isbn=978-1-4799-2306-9|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita web|autore=Maury Wright|data=2 maggio 2016|url=https://www.ledsmagazine.com/articles/2016/05/samsung-s-tarn-reports-progress-in-csp-and-gan-on-si-leds.html|titolo=Samsung's Tarn reports progress in CSP and GaN-on-Si LEDs|editore=LEDs Magazine|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://compoundsemiconductor.net/article/99020/Increasing_The_Competitiveness_Of_The_GaN-on-silicon_LED|titolo=Increasing The Competitiveness Of The GaN-on-silicon LED|data=30 marzo 2016|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://www.ledinside.com/news/2015/3/samsung_to_focus_on_silicon_based_led_chip_technology_in_2015 |titolo=Samsung To Focus on Silicon-based LED Chip Technology in 2015|editore=LED Inside|data=17 marzo 2015|lingua=en}}</ref> Alcuni hanno optato per la crescita epitassiale tramite [[Nanolitografia|litografia a nanostampa]]<ref>{{Cita web|url=https://www.digikey.com/en/articles/techzone/2013/jan/material-and-manufacturing-improvements-enhance-led-efficiency|titolo=Material and Manufacturing Improvements|autore=Steven Keeping|editore=DigiKey|data=15 gennaio 2013|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://www.digikey.com/en/articles/techzone/2014/dec/manufacturers-shift-attention-to-light-quality-to-further-led-market-share-gains|titolo=Manufacturers Shift Attention to Light Quality to Further LED Market Share Gains|autore=Steven Keeping|editore=DigiKey|data=9 dicembre 2014|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://www.digikey.com/en/articles/techzone/2013/sep/will-silicon-substrates-push-led-lighting-into-the-mainstream|titolo=Will Silicon Substrates Push LED Lighting|autore=Steven Keeping|editore=DigiKey|data=24 settembre 2013|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://www.digikey.com/en/articles/techzone/2015/mar/improved-silicon-substrate-leds-address-high-solid-state-lighting-costs|titolo=Improved Silicon-Substrate LEDs Address High Solid-State Lighting Costs|autore=Steven Keeping|editore=DigiKey|data=23 marzo 2015|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita web|url=http://www.toshiba-machine.co.jp/en/NEWS/product/20110518_04.html|titolo=Development of the Nano-Imprint Equipment ST50S-LED for High-Brightness LED|editore=Toshiba Machine|data=18 maggio 2011|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://electroiq.com/2015/11/the-use-of-sapphire-in-mobile-device-and-led-industries-part-2/|2=Solid State Technology|titolo=The use of sapphire in mobile device and LED industries: Part 2|data=26 settembre 2017|lingua=en|accesso=4 agosto 2019|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20180729111702/https://electroiq.com/2015/11/the-use-of-sapphire-in-mobile-device-and-led-industries-part-2/|dataarchivio=29 luglio 2018|urlmorto=sì}}</ref><ref>{{Cita web|url=http://www.appliedmaterials.com/semiconductor/products/epitaxy|titolo=Epitaxy|editore=Applied Materials|lingua=en}}</ref>, mentre altri per una crescita multistrato per ridurre le differenze tra strutture cristalline e tasso di espansione termica, nel tentativo di evitare rotture del chip alle alte temperature, diminuire l'emissione di calore e aumentare l'efficienza luminosa.

=== I LED bianchi e l'uso nell'illuminazione ===

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L'emissione di luce e l'efficienza dei LED blu-violetto crebbe e contemporaneamente il costo dei dispositivi cadde, permettendo di produrre LED bianchi a potenza relativamente alta, potenzialmente adatti a sostituire l'illuminazione tradizionale.<ref>{{Cita web|url=http://www.electrooptics.com/features/junjul06/junjul06leds.html|titolo=LED there be light, Nick Morris predicts a bright future for LEDs|data=1º giugno 2006|nome=Nick|cognome=Morris|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|url=https://www.forbes.com/2008/02/27/incandescent-led-cfl-pf-guru_in_mm_0227energy_inl.html|titolo=The LED Illumination Revolution|pubblicazione=Forbes|data=27 febbraio 2008|lingua=en}}</ref>

Negli [[Anni 2010|anni dieci]] del duemila, i LED bianchi sperimentali producevano 303 [[lumen]] per [[watt]] di corrente elettrica immessa, con una durata anche di centomila ore,<ref>{{Cita web|url=https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2014/press.html|titolo=Press Release Official Nobel Prize|data=7 ottobre 2014|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita web|url=http://www.cree.com/news-media/news/article/cree-first-to-break-300-lumens-per-watt-barrier|titolo=Cree First to Break 300 Lumens-Per-Watt Barrier|data=26 marzo 2014|lingua=en|accesso=4 agosto 2019|dataarchivio=28 luglio 2018|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20180728221801/http://www.cree.com/news-media/news/article/cree-first-to-break-300-lumens-per-watt-barrier|urlmorto=sì}}</ref> anche se quelli in commercio si fermavano a 223 lumen per watt.<ref>{{Cita web|url=https://www.samsung.com/led/lighting/mid-power-leds/3030-leds/lm301b/|titolo=LM301B - SAMSUNG LED||editore=Samsung LED Global|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://www.samsung.com/led/about-us/news-events/news/news-detail-37/|titolo=Samsung Achieves 220 Lumens per Watt with New Mid-Power LED Package|data=16 giugno 2017|lingua=en}}</ref><ref>{{Cita web|url=http://luxreview.com/article/2018/01/led-breakthrough-promises-ultra-efficient-luminaires|titolo=LED breakthrough promises ultra efficient luminaires|editore=Lux Magazine|data=19 gennaio 2018|lingua=en|accesso=4 agosto 2019|dataarchivio=3 agosto 2019|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20190803155806/https://luxreview.com/article/2018/01/led-breakthrough-promises-ultra-efficient-luminaires|urlmorto=sì}}</ref> In confronto a una [[lampada a incandescenza]], si ottenne quindi un sostanziale incremento dell'efficienza elettrica a parità di prezzo e, a volte, a un costo persino inferiore.<ref>{{Cita web|url=https://www.eia.gov/todayinenergy/detail.cfm?id=15471|titolo=LED bulb efficiency expected to continue improving as cost declines|editore=U.S. Energy Information Administration|data=19 marzo 2014|lingua=en}}</ref>

== Funzionamento ==