Dove vengono utilizzati i LED a infrarossi nella vita quotidiana?
doc-9192
Dispositivi di ascolto assistivo in molti teatri e spazi simili utilizzano array di LED a infrarossi per inviare il suono ai ricevitori degli ascoltatori. I diodi emettitori di luce (così come i laser a semiconduttore) sono utilizzati per inviare dati su molti tipi di cavi in fibra ottica, dall' audio digitale attraverso i cavi TOSLINK ai collegamenti in fibra ad altissima larghezza di banda che formano la spina dorsale di Internet. Per qualche tempo, i computer erano comunemente dotati di interfacce IrDA, che permettevano loro di inviare e ricevere dati alle macchine vicine tramite infrarossi.
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doc-9195
La luce proveniente dai LED può essere modulata molto rapidamente in modo da essere utilizzata in modo estensivo nella fibra ottica e nelle comunicazioni ottiche a spazio libero. Questo include i telecomandi, come per televisori, videoregistratori e computer a LED, dove vengono spesso utilizzati LED a infrarossi. Gli optoisolatori utilizzano un LED combinato con un fotodiodo o fototransistor per fornire un percorso del segnale con isolamento elettrico tra due circuiti. Ciò è particolarmente utile nelle apparecchiature mediche in cui i segnali provenienti da un circuito di sensori a bassa tensione (di solito alimentati a batteria) a contatto con un organismo vivente devono essere isolati elettricamente da eventuali guasti elettrici in un dispositivo di registrazione o monitoraggio che funziona a tensioni potenzialmente pericolose. Un optoisolatore consente inoltre di trasferire informazioni tra circuiti che non condividono un potenziale comune di terra.
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doc-7973
La trasmissione di dati IR è utilizzata anche nella comunicazione a corto raggio tra periferiche informatiche e assistenti digitali personali. Questi dispositivi sono generalmente conformi agli standard pubblicati da IrDA, l' Associazione Dati Infrarossi. I telecomandi e i dispositivi IrDA utilizzano diodi emettitori di luce a raggi infrarossi (LED) per emettere radiazioni infrarosse focalizzate da una lente di plastica in un fascio stretto. Il fascio è modulato, cioè acceso e spento, per codificare i dati. Il ricevitore utilizza un fotodiodo al silicio per convertire la radiazione infrarossa in corrente elettrica. Risponde solo al segnale rapidamente pulsante creato dal trasmettitore e filtra la radiazione infrarossa che cambia lentamente dalla luce ambiente. Le comunicazioni a infrarossi sono utili per l' uso indoor in aree ad alta densità di popolazione. L' IR non penetra nelle pareti e quindi non interferisce con altri dispositivi nei locali adiacenti. L' infrarosso è il modo più comune per i telecomandi per comandare le apparecchiature. I protocolli di controllo remoto a infrarossi come RC-5, SIRC, sono utilizzati per comunicare con l' infrarosso. l' associazione di dati infrarossi.
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doc-9196
Molti sistemi di sensori fanno affidamento sulla luce come fonte di segnale. I LED sono spesso ideali come sorgente luminosa a causa delle esigenze dei sensori. I LED sono utilizzati come sensori di movimento, ad esempio nei mouse ottici del computer. La barra sensore di Nintendo Wii utilizza LED a infrarossi. I pulsossimetri li utilizzano per misurare la saturazione di ossigeno. Alcuni scanner a lastra piana utilizzano array di LED RGB piuttosto che la tipica lampada fluorescente a catodo freddo come sorgente luminosa. Il controllo indipendente di tre colori illuminati consente allo scanner di calibrarsi per un bilanciamento più accurato dei colori e non è necessario il riscaldamento. Inoltre, i suoi sensori devono essere solo monocromatici, poiché in qualsiasi momento la pagina sottoposta a scansione è illuminata da un solo colore di luce. Poiché i LED possono essere utilizzati anche come fotodiodi, possono essere utilizzati sia per l' emissione che per il rilevamento delle foto. Questo potrebbe essere utilizzato, ad esempio, in un touchscreen che registra la luce riflessa da un dito o da uno stilo. Molti materiali e sistemi biologici sono sensibili o dipendenti dalla luce. Le lampade Grow Light utilizzano i LED per aumentare la fotosintesi nelle piante e batteri e virus possono essere rimossi dall' acqua e da altre sostanze utilizzando i LED UV per la sterilizzazione.
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doc-9161
I primi LED commerciali sono stati comunemente utilizzati come sostituti di lampade ad incandescenza e indicatori al neon, e in display a sette segmenti, prima in apparecchiature costose come attrezzature di laboratorio ed elettroniche di prova, poi in apparecchi come televisori, radio, telefoni, calcolatrici e orologi (vedi elenco degli usi del segnale). Fino al 1968, i LED visibili e a infrarossi erano estremamente costosi, dell' ordine di 200 USD per unità, e quindi poco pratici. La Monsanto Company è stata la prima organizzazione a produrre in serie LED visibili, utilizzando il fosfuro di arseniuro di gallio (GaAsP) nel 1968 per produrre LED rossi adatti per gli indicatori. Hewlett Packard (HP) ha introdotto i LED nel 1968, utilizzando inizialmente GaAsP fornito da Monsanto. Questi LED rossi erano abbastanza luminosi da poter essere utilizzati solo come indicatori, in quanto l' emissione luminosa non era sufficiente per illuminare un' area. Le letture nelle calcolatrici erano così piccole che le lenti in plastica sono state costruite sopra ogni cifra per renderle leggibili. Più tardi, altri colori divennero ampiamente disponibili e apparvero in apparecchi e attrezzature. Negli anni' 70 Fairchild Optoelectronics produceva dispositivi LED di successo commerciale a meno di cinque centesimi ciascuno. Questi dispositivi impiegavano chip di semiconduttori composti fabbricati con il processo planare inventato dal Dr. Jean Hoerni alla Fairchild Semiconductor. La combinazione di lavorazione planare per la fabbricazione di trucioli e metodi di confezionamento innovativi ha permesso al team di Fairchild, guidato dal pioniere dell' optoelettronica Thomas Brandt, di ottenere le necessarie riduzioni dei costi. Questi metodi continuano ad essere utilizzati dai produttori di LED.
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doc-9180
I punti quantistici (QD) sono nanocristalli semiconduttori che possiedono proprietà ottiche uniche. Il loro colore di emissione può essere sintonizzato dal visibile in tutto lo spettro infrarosso. Questo permette ai dot LED quantistici di creare quasi tutti i colori sul diagramma CIE. Ciò fornisce più opzioni di colore e una resa cromatica migliore rispetto ai LED bianchi, poiché lo spettro di emissione è molto più ristretto, caratteristica degli stati di confinamento quantistico. Ci sono due tipi di schemi per l' eccitazione QD. Si utilizza l' eccitazione foto con una fonte di luce primaria LED (tipicamente blu o LED UV sono utilizzati). L' altro è l' eccitazione elettrica diretta prima dimostrata da Alivisatos et al.
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doc-9159
Nel settembre 1961, mentre lavoravano a Texas Instruments a Dallas, Texas, James R. Biard e Gary Pittman scoprirono l' emissione di luce quasi infrarossa (900 nm) da un diodo tunnel che avevano costruito su un substrato GaAs. Nell' ottobre 1961, avevano dimostrato un' efficiente emissione di luce e accoppiamento del segnale tra un emettitore di luce a giunzione p-n GaAs e un fotodetettore a semiconduttore isolato elettricamente. L' 8 agosto 1962 Biard e Pittman depositarono un brevetto intitolato "Diodo radiante a semiconduttore" basato sulle loro scoperte, che descriveva un LED a giunzione p-n diffusa di zinco con un contatto catodico spaziato per consentire l' emissione efficiente di luce infrarossa sotto bias in avanti. Dopo aver stabilito la priorità del loro lavoro sulla base dei quaderni di ingegneria precedenti alla presentazione da parte della G. E. Laboratori, RCA Research Labs, IBM Research Labs, Bell Labs e Lincoln Labs del MIT, l' ufficio brevetti degli Stati Uniti ha rilasciato il brevetto per il GaAs infrarosso (IR) a diodo emettitore di luce (U. S. Patent US3293513), il primo LED pratico. Subito dopo il deposito del brevetto, Texas Instruments (TI) ha avviato un progetto per la produzione di diodi infrarossi. Nell' ottobre 1962, TI annunciò il primo prodotto commerciale a LED (la SNX-100), che utilizzava un cristallo GaAs puro per emettere una potenza luminosa di 890 nm.
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doc-7972
L' infrarosso è utilizzato nelle apparecchiature di visione notturna quando la luce visibile non è sufficiente per vederla. I dispositivi di visione notturna funzionano attraverso un processo che comporta la conversione di fotoni di luce ambientale in elettroni che vengono poi amplificati da un processo chimico ed elettrico e poi convertiti in luce visibile. Le sorgenti di luce a infrarossi possono essere utilizzate per aumentare la luce ambiente disponibile per la conversione da parte dei dispositivi di visione notturna, aumentando la visibilità al buio senza utilizzare una sorgente di luce visibile.
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doc-9194
I sistemi di visione meccanica richiedono spesso un' illuminazione chiara e omogenea, per cui le caratteristiche interessanti sono più facili da elaborare. I LED sono spesso utilizzati a questo scopo, e questo probabilmente rimarrà uno dei loro usi principali fino a quando il prezzo non diminuirà abbastanza da rendere la segnalazione e l' illuminazione più diffusa. Gli scanner di codici a barre sono l' esempio più comune di visione automatica e molti prodotti a basso costo utilizzano LED rossi anziché laser. I mouse ottici per computer sono un esempio di LED nella visione della macchina, in quanto vengono utilizzati per fornire una sorgente luminosa uniforme sulla superficie della telecamera in miniatura all' interno del mouse. I LED costituiscono una fonte di luce quasi ideale per i sistemi di visione meccanica per diversi motivi: la visione a macchina.
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doc-9186
Un filamento LED è costituito da più dadi LED collegati in serie su un substrato longitudinale comune che formano una barra sottile che ricorda un filamento a incandescenza tradizionale. Questi vengono utilizzati come alternativa decorativa a basso costo per le lampadine tradizionali, che in molti paesi vengono gradualmente eliminate. I filamenti richiedono una tensione piuttosto alta per illuminare alla luminosità nominale, permettendo loro di lavorare in modo efficiente e semplice con le tensioni di rete. Spesso un raddrizzatore semplice e limitatore di corrente capacitiva sono impiegati per creare una sostituzione a basso costo per una lampadina tradizionale senza la complessità di creare un convertitore di corrente alta e a bassa tensione, che è richiesto dai LED monoblocco. Di solito sono imballati in un involucro sigillato con una forma simile a quella delle lampade che sono stati progettati per sostituire (ad es. una lampadina) e riempito con azoto inerte o anidride carbonica per eliminare efficacemente il calore.
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doc-7837
Le lampadine ad incandescenza sono molto meno efficienti della maggior parte degli altri tipi di illuminazione elettrica; le lampadine ad incandescenza trasformano meno del 5% dell' energia che utilizzano in luce visibile, con lampadine standard mediamente intorno al 2,2%. L' energia rimanente viene convertita in calore. L' efficacia luminosa di una tipica lampadina ad incandescenza è di 16 lumen per watt, rispetto a 60 lm/W per una lampadina fluorescente compatta o a 150 lm/W per alcune lampade LED bianche. Alcune applicazioni della lampadina ad incandescenza utilizzano deliberatamente il calore generato dal filamento. Tali applicazioni includono incubatrici, box per cova del pollame, luci di calore per vasche di rettile, riscaldamento a infrarossi per processi industriali di riscaldamento ed essiccazione, lampade lava e il giocattolo Easy-Bake Oven. Le lampadine ad incandescenza in genere hanno una durata di vita breve rispetto ad altri tipi di illuminazione: circa 1.000 ore per le lampadine domestiche contro le 10.000 ore per le lampade fluorescenti compatte e 30.000 ore per i LED di illuminazione.
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