Diodi LED - seconda parte

di Aldo Visentin

E venne il giorno in cui diodo disse: “che luce sia”. E luce fu emessa.

Nel precedente numero abbiamo visto che i LED non sono altro che una sorta di wafer che emette luce in corrispondenza dello strato di “cioccolata” definita tecnicamente anche zona di svuotamento (lascio libera l’interpretazione che ciascun lettore può dare a questa definizione). L’aspetto noioso della vicenda è che la zona del LED che emette radiazioni luminose non è fatta di cioccolato ma bensì di diavolerie strane che non sono affatto commestibili né tanto meno gustose.

Tuttavia i diversi tipi di materiali di cui è costituito il LED definiscono anche il tipo di luce emessa e il relativo colore che si può ottenere.

A differenza delle lampade ad incandescenza o fluorescenti, i LED emettono luce monocromatica (cioè di un colore solo, per chi si fosse distratto nel frattempo). Nella maggior parete dei LED, chi contribuisce a generare luce è una mistura di materiali impronunziabili e velenosi quali l’arsenurio di gallio e il fosforo di gallio.

Il fatto che i diodi LED parlino una sola lingua (un colore) non sembra essere molto vantaggioso per quanto ci concerne, in quanto noi abbiamo la necessità/desiderio di generare molti colori.

Se analizziamo lo spettro di emissione di una lampada a incandescenza o a scarica, vi troviamo (in misura variabile) emissioni di energia un po’ su tutti i colori. Questo ci consente con un’unica sorgente di poter generare diversi colori attraverso dei filtri. Il fatto che le sorgenti a LED invece generino (a livello genetico) un solo colore, a me personalmente preoccupa alquanto (non so a voi…).

Per ovviare all’ottusità cromatica del LED si è dovuto ricorrere a diversi espedienti e solo due sembrano essere stati quelli che più hanno sortito buoni risultati. Le tecnologie impiegate per produrre luce bianca sono fondamentalmente due: mescolare più LED “diversamente monocromatici” oppure, (udite udite) utilizzare fosfori in grado di convertire lunghezze d’onda corte (Blu o UV) in verde, giallo o rosso.

Per meglio comprendere quest’ultima tecnica, ci tocca fermarci e aprire il sussidiario alla pagina: Storia dell’evoluzione del diodo LED: dettaglio e noia. I LED, come siamo stati abituati a vederli, nella stragrande maggioranza dei casi emettono luce di colore rosso. Lo sviluppo delle tecnologie e dei materiali ha consentito negli anni di produrre LED sempre più efficienti e di diversi colori. Prima l’arancione, il giallo e poi il verde furono prodotti dalla metà degli anni Settanta in poi. Con l’evolversi “colorimetrico” dei LED si è evoluta anche l’efficienza luminosa e si è abbassata le potenza di consumo necessaria da ottenere emissioni maggiori.

Materiali principi che hanno potuto determinare tutto ciò sono stati in particolare l’arsenurio di allumino di gallio (GaAlAs) e l’indio gallio alluminio fosfuro (InGaAlP). Tengo a precisare che, a differenza dei precedenti, questi ultimi non sono ancora disponibili presso le farmacie.

Dobbiamo però aspettare gli inizi degli anni ‘90 per assistere alla creazione di LED ad emissione blu.

Con l’avvento del blu, abbiamo perciò tutti gli ingredienti minimi (verde, rosso e blu) per generare luce bianca.

Non solo. I LED blu-UV con fosfori, contengono una colla di cristalli in grado di convertire la luce nel campo visibile. Più precisamente nei LED UV vengono colati fosfori RGB, mentre nei LED blu vengono normalmente utilizzati fosfori prevalentemente gialli. Tutti gli intrugli colati su tali LED consentono di ottenere emissioni bianche con spettri dalle buone qualità cromatiche.

Generare luce bianca di “buona qualità” attraverso sorgenti luminose non naturali è sempre stato motivo di ricerca presso i produttori. Spettri di emissione colore completi e relative rese cromatiche sono mete inseguite da sempre. Lo spettro di emissione di una lampada definisce le capacità cromatiche che può possedere un proiettore per lo spettacolo che utilizza la sorgente stessa.

L’avvento dei LED ridefinisce quelle che erano le nostre abitudini in fatto di espressione cromatica dei proiettori, sia dal punto di vista colorimetrico, che dal punto di vista degli effetti.

Per capire meglio le differenze di capacità colorimetriche delle sorgenti a LED rispetto quelle a scarica o incandescenza dobbiamo per forza soffermarci sul confronto tra queste

I grafici sopra mostrano lo spettro d’emissione del bianco generato da un LED blu a fosfori. Inevitabile notare la quantità di blu che la sorgente contiene

Il grafico sopra rappresenta il confronto tra spettro bianco LED RGB - Blu a fosfori.

Se diamo un’occhiata veloce alle emissioni di una lampada a scarica o a incandescenza (meglio ancora) non possiamo non notare che lungo tutto lo spettro vi sono emissioni in forma e misura relativamente diversa tra lampade (più blu per le scariche, quindi fredde, e più rosso per l’incandescenza, perciò più calde). Essendo il LED una sorgente di fatto monocromatica, l’ottenimento di un buon bianco e la relativa intensità dei vari colori ottenibili risultano essere relativamente deficitari. I proiettori a LED attualmente in commercio hanno raggiunto buone qualità cromatiche e di bianco. Tuttavia vi sono ancora alcune “zone d’ombra” in fatto di colore che non posso non menzionare. Se, da un lato, alcuni colori sono espressi in maniera più efficiente rispetto alle scariche, è altresì vero che alcuni colori non si possono ancora ottenere con i LED. Il Blue Congo ne è un esempio. Altro aspetto da non sottovalutare per quanto concerne i LED è il viraggio che la luce bianca può subire durante le fasi di attenuazione a causa di una risposta diversa dei componenti RGB.

Buchi nello spettro, assenza di alcune lunghezze d’onda e problemi legati al pilotaggio RGB possono essere alcune delle controindicazioni delle sorgenti a LED nel nostro “mestiere”.

Non posso tuttavia nascondervi che stiamo assistendo a importanti passi in avanti per risolvere e migliorare tutto ciò, a cominciare dalla produzione di sorgenti più “colorite” quindi non più solo RGB ma RGBW (Rosso-Verde-Blu-Bianco) o RGBA (Rosso-Verde-Blu-Ambra) e sono convinto che presto assisteremo a sorgenti definite con multi-tipi di LED sia rossi che verdi che blu a completamento dello spettro di emissione complessivo.

Proiettori con sorgenti a LED danno tuttavia dei vantaggi tutt’altro che trascurabili. Uno su tutti la totale assenza di parti meccaniche per generare i colori. Questo significa che con i LED ci si può “scatenare”, in effetti, colori mirabolanti, senza più preoccuparsi di filtri, motori e “impicci vari”.