LED: una sigla che vediamo ormai in ogni dove, nei televisori, negli smartphone. E anche nelle lampadine, anch’esse oggi a tecnologia LED e messe ovunque, dai fari delle automobili alle lampade domestiche e persino ai lampioni. Questa tecnologia sta sostituendo pian piano le vecchie lampadine alogene, per una questione di consumi ed efficienza. Ma come sono nate, e come funzionano? Ve lo spieghiamo noi!

Un’invenzione da premio Nobel

Le lampade a LED stanno sostituendo praticamente ovunque le vecchie lampadine alogene (quelle ad incandescenza), e hanno invaso le nostre case diventando in poco tempo uno degli oggetti più diffuso in assoluto.

Ma pochi conoscono l’inventore – o gli inventori – di queste lampadine, e ancora meno sanno che la loro storia occupa “già” più di mezzo secolo. Infatti, dai primi prototipi al raggiungimento del premio Nobel per la Fisica 5 anni fa, nel 2014, le lampade a LED hanno conquistato il settore dell’elettronica, rivoluzionando l’illuminazione in casa e fuori.

Ma chi le ha inventate? Come Alessandro Volta inventò la pila, e come Guglielmo Marconi sviluppò il primo telegrafo “wireless”; come James Watt inventò la macchina a vapore, e indirettamente originò la Rivoluzione Industriale, così Thomas Edison ha inventato la lampadina ad incandescenza nel 1878, progenitrice della lampada a LED.

Già, le lampade a LED. Ma perché sono così importanti? LED è una sigla per Light Emitting Diode (ovvero diodi ad emissioni di luce), ed è una tecnologia presente ovunque in casa, da lampade ad elettrodomestici. L’invenzione del primo LED risale al 1962, per opera di Nick Holonyak, uno scienziato statunitense che in quel periodo stava lavorando per General Electric.

Questo ricercatore, professore alla Illinois University, è stato il primo ad aver studiato e sperimentato ogni potenzialità di semiconduttori impiegati da dispositivi elettronici, tra cui i LED, che a quel tempo erano esistenti solo in rosso, e poco dopo, in verde.

Modificando la tensione tra strato N (quello degli elettroni) e lo strato P (quello delle lacune), gli elettroni e le lacune si combinano e rilasciano fotoni, la frequenza dei quali va poi a stabilire il colore della luce.

La tipica “luce fredda” (come la chiamiamo), bianca e brillante tipica dei LED che conosciamo noi è stata sviluppata invece negli anni Novanta in seguito agli studi di tre fisici giapponesi: Hiroshi Amano, Shuji Nakamura e Isamu Akasaki. Questi tre hanno infatti sviluppato il primo raggio di luce blu dai semiconduttori, creando una trasformazione importante per l’illuminazione.

Tuttavia, nonostante questi sforzi, sia nel settore scientifico che in quello industriale, per decenni la tecnologia LED era una sfida. La scoperta giapponese, però, rese facilmente impiegabili i LED rossi e verdi con la luce blu, creando delle lampade dalla caratteristica luce bianca.

Questa scoperta ha quindi visto più di trent’anni di ricerca e di impegno, per trovare il semiconduttore perfetto per liberare la giusta frequenza di fotoni (questo semiconduttore sono i cristalli di nitruro di gallio).

Anni di fatiche ripagate ne 2014, quando la ricerca che prende il nome dei 3 giapponesi (quindi Ricerca Akasaki-Amano-Nakamura) ha ricevuto il Premio Nobel per la Fisica.

Un impatto enorme

Se il XX secolo è stato illuminato con le lampade alogene ad incandescenza, il XXI secolo sarà invece illuminato dai LED. Infatti, solamente dopo 20 anni dal suo sviluppo, il LED a luce blu ha migliorato e cambiato il modo di illuminare le case (e non solo) unendo il risparmio energetico ad una svolta ecologica nel campo dell’illuminotecnica.

Infatti le lampade a LED emettono luce bianca e sono decisamente più efficienti delle lampade alogene, rispetto alle quali durano molto di più. È una tecnologia che viene continuamente migliorata nella sua efficienza, come possiamo vedere mettendo a paragone le più recenti lampade a LED con le vecchie lampadine alogene: il LED rilascia 300limen/Watt contro i solo 16 delle lampade alogene ad incandescenza e i 70 delle lampade fluorescenti.

È quindi indubbia l’efficienza di queste nuove lampadine, per quanto riguarda consumo e durata. Infatti una lampada a LED ha una durata media di 100.000 ore – vuol dire che potete lasciarla accesa h24 per 12 anni – contro le 10.000 delle lampade fluorescenti e le 1.000 delle lampade a ore.

E visto che circa ¼ del consumo di energia elettrica mondiale si deve all’illuminazione, si capisce come il LED è importantissimo per risparmiare energia e salvare la Terra.

L’inventore della lampadina

Prima, nell’introduzione, si è detto una cosa arcinota, ovvero che Thomas Edison ha inventato la lampada ad incandescenza. Questo è ovviamente vero, ma è solo una parte di una storia decisamente più lunga e complessa.

Infatti i primi prototipi della lampadina erano decisamente poco efficienti, e questo nonostante gli esperimenti degli scienziati e dei chimici avessero già capito il meccanismo che ne permetteva il funzionamento.

Queste prime lampadine usavano un filamento di carbonio e carta, che diventava incandescente e che però subito dopo si incendiava. Chi capì dove fosse l’errore è da ricondurre alla figura dell’inventore inglese Sir Joseph Wilson Swan, autore di miglioramenti di questi primi prototipi in seguito ad una grande intuizione.

Egli capì che per far sì che nel bulbo non avvenisse una combustione completa, bisognava togliere l’aria interna dalla lampadina: in seguito a questo, Swan nel 1860 sviluppò a Newcastle il primo prototipo funzionante.

La casa di Swan fu la prima ad essere illuminata con una lampadina molto vicina a quella poi sviluppata da Edison, mentre il primo edificio ad essere così illuminato fu il Savoy Theatre, a Westminster, nel 1881. Una lampadina che funzionava molto bene per essere un prototipo, e che però era ancora poco pratica visto che nonostante i miglioramenti il bulbo interno continuava a bruciare.

E qui interviene Thomas Edison, la cui opera gli ha permesso di diventare il vero inventore della moderna lampadina. Edison, scienziato e soprattutto imprenditore (sviluppò anche il telefono e i primi prototipi di Cinema e sala cinematografica) mise in opera la sua squadra di imprenditori andando a sperimentare più di 1600 diversi filamenti di altrettanti materiali, al fine di scovarne uno che si prestasse a resistere alla corrente elettrica.

Nel 1879 il suo brevetto è pronto per essere depositato, ma Edison non aveva tenuto conto che in Inghilterra Swan avesse migliorato le sue lampadine e le avesse messe in commercio con la sua azienda. Edison non la prese bene, e citò Swan in giudizio per violazione del brevetto.

Fortunatamente, la storia ha un lieto fine. I due “ricconi” e inventori si accordarono, fondando la Edison-Swan ovvero la prima azienda produttrice di lampadine, una delle più importanti.

In seguito William David Coolidge inventò i filamenti in tungsteno, rivoluzionando nuovamente la lampadina ad incandescenza così come la conosciamo e prima che venisse sostituita dalla lampada a LED.

Per cui, se durante  una delle vostre conversazioni con amici e parenti qualcuno si chiedesse chi ha inventato la lampadina, voi ora sapete tutta, ma proprio tutta la storia: dalle origini incandescenti (in tutti i sensi) al moderno LED!