Quale LED a colori è stato dimostrato nel 1994?
doc-9162
Il primo LED blu ad alta luminosità è stato dimostrato da Shuji Nakamura di Nichia Corporation nel 1994 ed era basato su InGaN. In parallelo, Isamu Akasaki e Hiroshi Amano a Nagoya stavano lavorando allo sviluppo dell' importante nucleazione GaN su substrati di zaffiro e alla dimostrazione del doping di tipo p del GaN. Nakamura, Akasaki e Amano hanno ricevuto il premio Nobel 2014 per la fisica per il loro lavoro. Nel 1995, Alberto Barbieri del Laboratorio Universitario di Cardiff (GB) ha studiato l' efficienza e l' affidabilità dei LED ad alta luminosità e ha dimostrato un LED a "contatto trasparente" con ossido di stagno indio (ITO) su (AlGaInP/GaAs).
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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-9175
Questo metodo prevede il rivestimento di LED di un unico colore (principalmente LED blu in InGaN) con fosfori di diversi colori per formare luce bianca; i LED risultanti sono chiamati LED a base di fosforo o LED bianchi convertiti in fosforo (pcLEDs). Una frazione della luce blu subisce lo spostamento Stokes trasformandosi da lunghezze d' onda più corte a lunghezze d' onda più lunghe. A seconda del colore del LED originale, è possibile utilizzare fosfori di colori diversi. Se vengono applicati diversi strati di fosforo di colori distinti, lo spettro emesso viene ampliato, aumentando di fatto il valore dell' indice di resa cromatica (CRI) di un determinato LED.
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doc-9165
Nel settembre 2003, un nuovo tipo di LED blu è stato dimostrato da Cree che consuma 24 mW a 20 milliamperes (mA). Ne è derivata una luce bianca commercialmente confezionata che produce 65 lm/W a 20 mA, diventando il LED bianco più luminoso disponibile in commercio all' epoca e oltre quattro volte più efficiente degli incandescenti standard. Nel 2006 hanno presentato un prototipo con un' efficacia luminosa LED bianco record di 131 lm/W a 20 mA. Nichia Corporation ha sviluppato un LED bianco con un' efficacia luminosa di 150 lm/W ad una corrente di 20 mA. I LED XLamp XM-L di Cree, disponibili in commercio nel 2011, producono 100 lm/W con una potenza massima di 10 W e fino a 160 lm/W con una potenza in ingresso di circa 2 W. Nel 2012, Cree ha annunciato un LED bianco con 254 lm/W e 303 lm/W nel marzo 2014. L' illuminazione generale pratica richiede LED ad alta potenza, da un watt o più. Le correnti d' esercizio tipiche di tali dispositivi iniziano a 350 mA.
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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-9173
La luce bianca può essere formata mescolando luci di diverso colore; il metodo più comune è quello di usare rosso, verde e blu (RGB). Quindi il metodo è chiamato LED bianchi multicolori (talvolta denominati LED RGB). Poiché questi hanno bisogno di circuiti elettronici per controllare la miscelazione e la diffusione di colori diversi, e poiché i singoli LED a colori hanno tipicamente schemi di emissione leggermente diversi (che portano a variazioni di colore a seconda della direzione) anche se sono realizzati come un' unica unità, questi sono raramente utilizzati per produrre illuminazione bianca. Tuttavia, questo metodo ha molte applicazioni a causa della flessibilità di miscelazione di colori diversi, e in linea di principio, questo meccanismo ha anche una maggiore efficienza quantistica nella produzione di luce bianca.
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doc-9178
I LED bianchi possono essere realizzati anche con il rivestimento di LED vicino all' ultravioletto (NUV) con una miscela di fosfori a base di europio ad alta efficienza che emettono rosso e blu, più rame e zinco solfuro (ZnS: Cu, Al) color alluminio che emette verde. Questo è un metodo analogo al funzionamento delle lampade fluorescenti. Questo metodo è meno efficiente rispetto ai LED blu con YAG: Ce fosforo, in quanto lo spostamento Stokes è più grande, quindi più energia viene convertita in calore, ma produce luce con migliori caratteristiche spettrali, che rendono il colore migliore. Grazie alla maggiore emissione radiativa dei LED ultravioletti rispetto a quelli blu, entrambi i metodi offrono una luminosità paragonabile. Si teme che la luce UV possa fuoriuscire da una sorgente luminosa difettosa e causare danni agli occhi o alla pelle umana.
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doc-9181
La struttura dei LED QD-LED utilizzati per lo schema di eccitazione elettrica è simile a quella di base degli OLED. Uno strato di punti quantistici è incastrato tra gli strati di materiali per il trasporto di elettroni e fori. Un campo elettrico applicato causa elettroni e fori per spostarsi nello strato quantistico dot layer e ricombinare formando un eccitone che eccita un QD. Questo schema è comunemente studiato per la visualizzazione quantistica dei punti. La sintonizzazione delle lunghezze d' onda di emissione e la larghezza di banda stretta è anche utile come sorgenti di eccitazione per immagini a fluorescenza. La microscopia ottica a fluorescenza a scansione in campo vicino (NSOM) che utilizza un LED QD-LED integrato è stata dimostrata.
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doc-9185
I LED digitali-RGB sono LED RGB che contengono la propria elettronica di controllo "intelligente". Oltre all' alimentazione e alla messa a terra, questi dispositivi forniscono collegamenti per l' inserimento dati, l' uscita dati e talvolta un segnale di clock o strobo. Questi sono collegati in una catena a margherita, con i dati del primo LED proveniente da un microprocessore, che può controllare la luminosità e il colore di ogni LED indipendentemente dagli altri. Sono utilizzati quando è necessaria una combinazione di controllo massimo e minima elettronica visibile, come stringhe per le matrici natalizie e LED. Alcuni hanno anche frequenze di aggiornamento nella gamma kHz, permettendo per le applicazioni video di base.
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doc-9174
Ci sono diversi tipi di LED bianchi multicolori: LED bianchi di-, tri- e tetracromatici. Diversi fattori chiave che giocano tra questi diversi metodi includono la stabilità del colore, la capacità di resa cromatica e l' efficacia luminosa. Spesso, una maggiore efficienza significherà una resa cromatica inferiore, presentando un compromesso tra l' efficacia luminosa e la resa cromatica. Ad esempio, i LED bianchi dicromatici hanno la migliore efficacia luminosa (120 lm/W), ma la più bassa capacità di resa cromatica. Tuttavia, sebbene i LED bianchi tetracromatici abbiano un' eccellente resa cromatica, spesso hanno scarsa efficacia luminosa. I LED Trichromatic white white sono in mezzo, avendo sia una buona efficacia luminosa (>70 lm/W) che una discreta capacità di resa cromatica.
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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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