Storia dei LED bianchi

Rispetto alle lampadine a incandescenza, i LED producono molti più lumen per watt di potenza in ingresso e sono più efficienti nel produrre luce. Naturalmente, ciò significa che le lampadine a incandescenza sono più efficienti nel produrre calore, e man mano che le giornate si accorciano e le notti diventano più fredde, da qualche parte, qualcuno che ha fatto il salto all'illuminazione a LED ha una caldaia che fa gli straordinari. E che qualcuno potrebbe anche chiedersi come siamo arrivati ​​fin qui: un mondo illuminato da esoterici semiconduttori inorganici che illuminano i fosfori.

Il fatto che i diodi emettano luce in determinate condizioni è noto da oltre 100 anni; il primo diodo emettitore di luce fu scoperto ai Marconi Labs nel 1907 in un rilevatore di baffi di gatto, il primo tipo di diodo. Questa scoperta era semplicemente una curiosità scientifica fino a quando un'altra scoperta presso Texas Instruments rivelò emissioni di luce infrarossa da un diodo tunnel costruito con un substrato di arseniuro di gallio. Questo LED a infrarossi è stato poi brevettato da TI ed è iniziato un progetto per produrre questi diodi emettitori di luce a infrarossi.

Ma la luce infrarossa è invisibile all’occhio umano e non è utile per alcun tipo di indicazione o illuminazione. Il primo LED a spettro visibile fu costruito presso la General Electric nel 1962, con i primi LED (rossi) disponibili in commercio prodotti dalla Monsanto Company nel 1968. HP iniziò la produzione di LED quell'anno, utilizzando lo stesso fosfato di arseniuro di gallio utilizzato dalla Monsanto. Questi LED HP sono stati utilizzati nei minuscoli display LED a sette segmenti utilizzati nelle calcolatrici HP degli anni '70.

Dai LED a infrarossi dei primi anni '60 ai LED rossi della fine degli anni '60, gli anni '70 videro i LED arancione-rossi, arancioni, gialli e infine verdi. C'è una tendenza verso questi sviluppi e ha a che fare con i gap elettronici. Affinché un diodo possa generare luce, è necessario prima immettere energia in un elettrone. Questa energia fa passare l'elettrone dal suo stato naturale in una banda di valenza a una banda di conduzione. Questa energia non è sufficiente a mantenere l'elettrone nella banda di conduzione, quindi alla fine ricadrà nella lacuna lasciata nella banda di valenza. In questo modo rilascia nuovamente energia sotto forma di fotone.

Maggiore è l’energia necessaria per spostare l’elettrone in una banda di conduzione, maggiore sarà l’energia rilasciata come fotone, sotto forma di luce a frequenza più elevata. Il motivo per cui i LED a infrarossi sono venuti prima dei LED rossi e dopo i LED verdi è che è semplicemente più difficile superare queste bande proibite e trovare un substrato LED che emetta frequenze di luce più elevate.

I LED a infrarossi, rossi e persino verdi erano "facili", ma i LED blu richiedono un intervallo di banda molto più ampio e quindi materiali più esotici. Il puzzle dietro la realizzazione di un LED blu ad alta luminosità è stato risolto per la prima volta nel 1994 presso la Nichia Corporation utilizzando nitruro di indio e gallio. Allo stesso tempo, Isamu Akasaki e Hiroshi Amano dell’Università di Nagoya hanno sviluppato un substrato di nitruro di gallio per i LED, per il quale hanno vinto il Premio Nobel per la fisica nel 2014. Con i LED rossi, verdi e blu, l'unica cosa che impediva a chiunque di costruire un LED bianco era mettere tutti questi colori nello stesso pacchetto.

I primi LED bianchi non erano esplicitamente LED bianchi. Invece, i LED rossi, verdi e blu erano racchiusi in un unico involucro LED. Tuttavia, se mescoli la luce rossa, verde e blu, otterrai la luce bianca, è solo questione di ottenere le proporzioni corrette dei diversi fotoni colorati.

Questo rimane lo standard per i LED RGB e alcuni hanno persino sperimentato il miglioramento della gamma di colori che questi LED possono produrre. L'occhio umano è estremamente sensibile alle frequenze verdi della luce e aggiungendo un quarto LED a un pacchetto - è meglio chiamato "smeraldo", o una tonalità di verde leggermente più blu rispetto a quella a cui siamo abituati nei LED verdi - puoi creare un LED con una gamma cromatica più ampia o, se preferisci, un bianco più bianco.

Questo è stato il primo metodo per sviluppare un LED bianco e, sebbene le lampadine a LED che acquisti presso il negozio di ferramenta non abbiano singoli LED rossi, verdi e blu all'interno, è ancora un modo straordinariamente popolare per creare più colori con LED. Quei neopixel, WS2812 o APA101, hanno tutti LED rossi, verdi e blu nascosti all'interno di un involucro. Alcuni dei LED RGB indirizzabili individualmente più avanzati aggiungono addirittura un quarto LED, per il bianco. Ma come sono realizzati i singoli LED bianchi?