Cos’è un LED?
Principio di funzionamento
Vediamo in maniera semplice cosa sia e come funzioni un LED, senza chiamare in causa la Fisica quantistica e le formule matematiche complesse, che descrivono questi oggetti.
La spiegazione sarà necessariamente semplificata e non rigorosa, poiché quel che ci interessa è comprendere il principio di funzionamento dei LED, anche a chi non ha alcuna competenza in Fisica o Elettronica.
In particolare, gli schemi presenti in questa pagina sono creati con il solo scopo di capire il principio di funzionamento, poiché, di fatto, sono scorretti.
Tuttavia, dovrebbero convogliare l’idea, che è quello che ci interessa.
LED è un acronimo inglese che sta per Light-Emitting Diode, ovvero Diodo Emettitore di Luce. Un diodo è un componente elettronico costruito con semiconduttori.
I semiconduttori sono dei materiali che hanno delle proprietà intermedie tra quelle dei conduttori e quelle degli isolanti.
Il più comune è il silicio.
Vediamo a cosa è dovuta questa differenza: tutti gli atomi sono composti da un nucleo circondato da un numero variabile di elettroni.
In un atomo isolato, questi elettroni sono obbligati a stare a livelli di energia fissi rispetto al nucleo e non possono stare al di fuori di tali livelli.
Possiamo pensare questi livelli come i piani di una casa particolare: noi (gli elettroni) possiamo stare ai vari piani (più in alto siamo, più abbiamo energia rispetto al livello del terreno), ma ci è vietato sostare sulle scale che collegano i vari piani.
Questi livelli di energia sono detti bande e chiamiamo banda di valenza la banda più esterna dove sono presenti elettroni, mentre la prima banda vuota è detta banda di conduzione.
Nei conduttori, banda di valenza e banda di conduzione sono sovrapposte, ovvero gli elettroni sono debolmente vincolati al nucleo, mentre negli isolanti le due bande sono molto distanti.
Pertanto, nei conduttori è facile spostare gli elettroni, generando una corrente elettrica; negli isolanti, invece, l’energia richiesta per svincolare gli elettroni è molto alta.
Nei semiconduttori, le bande di valenza e di conduzione sono molto vicine, ma non sovrapposte: questi materiali hanno quindi delle proprietà intermedie tra conduttori e isolanti.
Sfruttando questa proprietà è “facile” far succedere qualcosa di interessante.
Se, usando dell’energia – e abbiamo visto che ne serve poca – spostiamo un elettrone di un semiconduttore dalla banda di valenza a quella di conduzione, questo elettrone, spostandosi, ha lasciato un posto libero, detto “lacuna“.
Non appena può, l’elettrone torna indietro al suo posto, poiché quella è la sua posizione di equilibrio.
Abbiamo parlato di un solo elettrone, ma in un semiconduttore è possibile raggiungere facilmente concentrazioni molto alte, anche miliardi di coppie elettrone-lacuna in un solo centimetro cubo di semiconduttore!
Così facendo, fornendo la giusta quantità di energia, riusciamo a far passare un’enorme quantità di elettroni dalla banda di valenza a quella di conduzione ma, quando tornano indietro, dove va questa energia usata per spostarli?
Poiché l’energia non può distruggersi, deve andare da qualche parte…
Vedremo la risposta nel prossimo capitolo!
