Hai mai sentito la frase "c'è sempre spazio per i miglioramenti"? Ebbene, questa frase si applica allo sviluppo dei LED più di quanto tu possa pensare. La storia dei LED e dell'evoluzione dei LED è stata a volte lenta, ma negli ultimi anni è stata davvero veloce. Continua a leggere per saperne di più sulla storia dei LED.
Storia dei LED, corso breve
A causa della loro crescente popolarità nel 21° secolo, la maggior parte delle persone pensa che i diodi a emissione luminosa siano una nuova innovazione. Ma questo non è del tutto vero: la tecnologia è stata sviluppata nel corso di molti anni.
L'elettroluminescenza, il principio alla base dei LED, fu scoperta per la prima volta da Henry Joseph Round nel 1907. Ma è stato solo nel 1962 che l'ingegnere Nick Holonyak ha utilizzato questa scienza per creare i LED che producono la luce visibile come la conosciamo.
I LED sono ormai ovunque, dai lampioni ai contatori, dai telecomandi TV ai semafori. Il viaggio dal PCB alla plafoniera di casa non è del tutto semplice.
Torniamo all'inizio della storia dei led.
Chi ha inventato l'illuminazione a LED?
Nick Holonyak ha inventato il LED, se solo una persona dovesse essere nominata nella storia dei LED.
Lo sviluppo dei LED è da considerarsi uno sforzo collaborativo. Negli ultimi vent'anni la tecnologia si è sviluppata enormemente e sono stati fatti passi da gigante a livello commerciale.
Molte persone hanno contribuito alla scienza alla base delle moderne luci LED. Storicamente, il più importante è Nick Holonyak.
Nick era un giovane esperto di tecnologia cresciuto in una piccola città degli Stati Uniti. Ha trascorso la sua infanzia con la Ford Model T del padre. Il padre di Nick lo incoraggiò a intraprendere la carriera di ingegnere elettrico. Così Nick ha conseguito la laurea, il master e il dottorato presso l'Università dell'Illinois.
Dopo la laurea nel 1957, Nick lavorò per General Electric, un produttore di lampade fluorescenti e alogene. La grande scoperta di Holonyak avvenne nel 1962, quando gli fu commissionata la creazione di un laser a infrarossi. Durante i suoi esperimenti, Nick creò accidentalmente un LED rosso.
Mentre altri scienziati studiavano l'elettroluminescenza da anni, il LED di Nick fu il primo a emettere luce nello spettro della luce visibile. In altre parole, è stato il primo a produrre una luce visibile. Quelli precedenti erano tutti a luce infrarossa, che è invisibile all'occhio.
Nel giro di un anno, General Electrics vendeva la lampadina inventata a oltre 200 dollari a lampadina. In un articolo del 1963 su Selected Fires, l'autore aveva previsto che presto, alla fine, i LED avrebbero coperto l'intero spettro della luce e sostituito le lampadine di Edison. Ci sono voluti 50 anni, ma la traiettoria dei LED è stata prevista.
Quando è stato inventato il LED?
Grazie a Nick Holonyak, nel 1962 è nato il primo LED a luce visibile. Ma non è stata un'invenzione casuale: da dove viene la scienza alla base dei LED?
Sorprendentemente, la storia dei LED è lunga più di 100 anni!
Nel 1907, lo scienziato britannico Henry Joseph Round scoprì il fenomeno dell'elettroluminescenza. Scoprì che quando si applica una corrente elettrica di 10 volt a un cristallo di carburo di silicio, questo emette luce. Questo accade perché gli elettroni carichi positivamente incontrano gli elettroni carichi negativamente e provocano una reazione.
La scoperta fu rivoluzionaria, ma purtroppo la luce gialla creata da Henry era troppo fioca per essere davvero utile.
https://en.wikipedia.org/wiki/H._J._Round
Gli scienziati hanno continuato a studiare l'elettroluminescenza per tutta la prima metà del XX secolo. Il termine fu ufficialmente coniato da George Destriau nel 1936.
Per primo, lo scienziato russo Oleg Vladimirovich Losev notò il potenziale dell'elettroluminescenza. Dopo aver osservato l'emissione luminosa dell'ossido di zinco e del carburo di silicio, tra il 1924 e il 1930 Losev pubblicò alcuni articoli che introducevano il LED e le sue potenziali applicazioni.
Losev scrisse nel suo brevetto del 1927 "Light Relay":
https://en.wikipedia.org/wiki/Oleg_Losev
"L'invenzione proposta sfrutta il ben noto fenomeno della luminescenza e l'utilizzo di tale rilevatore in un relè ottico per comunicazioni telegrafiche e telefoniche ad alta velocità, trasmissione di immagini..."
Come molti scienziati, Losev era in anticipo sui tempi.
Come si sono diffuse le luci LED?
Ciò fa sorgere una domanda. Se le luci a Led sono state inventate nel 1962, perché non si sono evolute fino alla metà degli anni 2000? Tutto dipende dal denaro. C'è stata una lunga pausa creativa nella storia dei LED.
Quando General Electrics iniziò a vendere i LED rossi nel 1963, questi venivano venduti a oltre 200 dollari per lampadina. Si trattava di una cifra assolutamente assurda rispetto ai 5-20 dollari che le persone erano abituate a pagare per le lampadine a incandescenza. Inoltre, la luce a LED non era disponibile in bianco. Oggi le lampadine a led sono disponibili per pochi euro nei negozi... La produzione di massa vera e propria è iniziata negli anni '70.
Negli anni '70 iniziò a verificarsi
1972 Herb Maruska e Wally Rhines inventano il LED blu all'Università di Stanford. Con il loro professore David Stevenson, svilupparono ulteriormente la tecnologia e ottennero anche la luce verde. Questa tecnologia al nitruro di gallio e magnesio viene brevettata e ancora oggi è la base della tecnologia della luce LED blu.
A metà degli anni '70, Fairchild Optoelectronics aveva prodotto in serie il LED, ma il problema dei LED era ancora la loro bassa efficienza luminosa.
Col tempo, grandi aziende come IBM e HP iniziarono a utilizzare i LED nelle calcolatrici e in altri dispositivi elettronici. I LED iniziarono a diventare più comuni come piccoli indicatori luminosi.
Con la crescita della domanda, i volumi di produzione sono aumentati. La produzione di massa ha permesso di utilizzare i LED in nuovi prodotti.
La storia dei LED dagli anni '80 in poi
Negli anni '80 iniziò lo sviluppo dei LED a base di arseniuro di gallio e alluminio. I principali produttori si unirono e alla fine degli anni '80 Theodorode Moustakas inventò un nuovo metodo più semplice per produrre nuovi diodi a emissione luminosa ad alta intensità (rispetto ai precedenti). Questa invenzione fu brevettata nel 1991.
Sulla base dell'invenzione precedente, Shuji Nakamura (contemporaneamente a Isamu Akasaki e Hiroshi Amano) sviluppa il primo LED blu ad alta luminosità utilizzando il nitruro di gallio e le sue applicazioni, che possono essere sfruttate anche a livello commerciale. Questi individui sono stati successivamente insigniti del Premio Nobel per la Fisica 2014 come inventori del moderno LED blu.
Il moderno circuito Led basato sul silicio è stato sviluppato nel 2001-2002 e negli anni 2000 tutte le grandi aziende: Osram, Cree, Philips hanno sviluppato circuiti Led in concorrenza tra loro. La storia dei LED si sta ancora scrivendo.
Luce bianca
Anche se la luce bianca può essere creata utilizzando singoli LED rossi, verdi e blu, ciò comporta una scarsa resa cromatica perché vengono emesse separatamente solo tre strette bande di lunghezze d'onda di luce. L'avvento di LED blu efficienti è stato rapidamente seguito dallo sviluppo del primo LED bianco.
In questo dispositivo (noto come "YAG"), un rivestimento di fosforo drogato con siero produce luce gialla attraverso la fluorescenza. La combinazione di questa luce gialla e della luce blu rimanente appare bianca all'occhio.
https://en.wikipedia.org/wiki/Yttrium_aluminium_garnet
I primi LED bianchi erano costosi e poco efficienti. Da allora, la resa luminosa è aumentata in modo esponenziale. Gli sviluppi sono stati guidati da aziende come Panasonic, Nichia e Samsung.
Un esperimento di laboratorio del 2014 è riuscito a produrre 303 lumen per watt e un circuito LED che teoricamente dura 100.000 ore. Tuttavia, la messa in pratica di questo risultato richiederebbe un raffreddamento così massiccio da non avere alcun senso commerciale. Oggi i circuiti LED in un apparecchio finito producono tra i 100 e i 170 lumen per watt, a seconda dell'applicazione.
Ma Led è ancora in evoluzione...
Di seguito è riportata una cronologia riassuntiva della storia dello sviluppo dei LED:
Le ultime parole
Il suo sviluppo ha richiesto molto tempo, con numerosi sviluppatori che hanno superato i 100 anni.
Oggi i circuiti LED sono presenti ovunque. Il dispositivo su cui stai leggendo contiene uno schermo a LED, la stanza in cui ti trovi contiene luci a LED... Quindi il LED non è più storia, è il presente.
1. Mistä LED-tekniikka sai alkunsa?
Le radici della tecnologia LED risalgono ai primi anni del 1900, quando si iniziarono a studiare i principi fondamentali della fisica dei semiconduttori. Il primo vero diodo a emissione luminosa fu inventato negli anni '60, quando un LED a emissione di luce rossa dimostrò il concetto. Da allora, la ricerca e lo sviluppo di diversi materiali semiconduttori hanno permesso di ampliare la gamma di colori dei LED e di migliorarne le prestazioni.
2. Miksi ensisijaisesti käytettiin punaisia LEDejä?
I LED rossi sono stati i primi a diventare tecnicamente ed economicamente fattibili, poiché la produzione del materiale semiconduttore necessario era relativamente semplice. Nei primi anni, il LED rosso è stato utilizzato principalmente come luce di segnalazione e come indicatore per l'elettronica, poiché la sua intensità luminosa non era sufficiente per un'illuminazione generale adeguata.
3. Miten sinisen LEDin keksiminen vaikutti LEDien kehitykseen?
L'invenzione del LED blu all'inizio degli anni '90 ha rappresentato un'importante svolta che ha reso possibile la produzione di luce LED bianca. Combinando un LED blu con il fosforo, è stato possibile produrre quasi tutte le tonalità di colore, aprendo la strada alla diffusione dell'illuminazione LED bianca. Questo ha contribuito direttamente alla diffusione dei LED per l'illuminazione di case, luoghi di lavoro ed esterni.
4. Milloin LED-valaisimet alkoivat yleistyä yleisvalaistuksessa?
L'illuminazione a LED ha iniziato a diffondersi alla fine degli anni 2000, quando la tecnologia dei LED bianchi è diventata abbastanza efficiente ed economica da poter sostituire le lampadine tradizionali. Anche gli obiettivi di risparmio energetico e di tutela dell'ambiente hanno incoraggiato l'uso dei LED e i progressi nella progettazione degli apparecchi di illuminazione hanno permesso di creare soluzioni più versatili e meglio progettate.
5. Miten LEDien kehitys on vaikuttanut nykyaikaiseen valaistukseen?
La crescente popolarità dei LED ha cambiato in modo significativo il settore dell'illuminazione. Sono efficienti dal punto di vista energetico, durano a lungo e offrono un'ampia gamma di opzioni di temperatura di colore e di controllo intelligente. Questo ha portato a un'ampia gamma di design di prodotti per applicazioni interne ed esterne. Molti modelli di apparecchi tradizionali sono stati aggiornati con versioni a LED, migliorando la qualità dell'illuminazione e riducendo il consumo energetico.
