Luca Annunziata

Nobel per la fisica 2014 alla luce blu

Tre scienziati hanno realizzato agli inizi degli anni '90 quello che all'intera industria era sfuggito per anni. Con i LED ad alta efficienza cambiata la storia dell'elettronica

Roma - Dopo quantum computing e bosone di Higgs, nel 2014 tocca al LED blu: il diodo a emissione di luce ha garantito a Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Shuji Nakamura il massimo riconoscimento nel campo della ricerca scientifica. A loro tre il Nobel per la fisica quest'anno, in virtù del "contributo a creare la luce bianca in modo completamente nuovo per il beneficio di tutti".

L'invenzione dei tre scienziati giapponesi era sfuggita all'industria dell'elettronica per decenni, sin dagli anni '50: solo all'inizio degli anni '90 i tre sono riusciti, grazie alla loro perseveranza, a produrre il primo LED in grado di emettere luce nelle frequenze del blu. Fino a quel momento rosso e verde erano ampiamente alla portata di qualsiasi azienda e laboratorio, ma l'ultimo tassello sfuggiva a tutti: senza era impossibile utilizzare la classica combinazione RGB (Red-Green-Blue) per riprodurre la luce bianca e sfruttarla per diversi scopi. Oggi grazie a questa tecnologia ci sono display LCD sottilissimi e a basso consumo che consentono di avere smartphone incredibilmente potenti nelle tasche, o TV giganti con diagonali da 1 metro e mezzo che allietano gli spettatori nei salotti di mezzo mondo.

Il valore maggiore della scoperta di Akasaki, Amano e Nakamura è però legato all'illuminazione artificiale, quella per rischiarare il buio della notte: una lampadina basata su LED invece di filamenti incandescenti o tubi fluorescenti consuma appena 1 watt per produrre fino a 300 lumen, un valore di almeno un ordine di grandezza superiore a quello delle tecnologie precedenti e compatibile con fonti di alimentazioni alternative ai classici impianti elettrici domestici presenti nei paesi occidentali. Con un piccolo pannello fotovoltaico si può accumulare abbastanza energia durante il giorno per tenere accese le lampadine a LED di notte, e questo equivale a fornire illuminazione alle località più remote nei paesi più poveri del globo. Una faccenda che coinvolge almeno 1,5 miliardi di individui sulla Terra.
I tre scienziati giapponesi premiati oggi sono riusciti a ricavare un diodo in grado di emettere luce da un semiconduttore a base di nitruro di gallio nella parte più bassa dello spettro del visibile: fino a quel momento il materiale in questione era ritenuto promettente ma di difficile produzione, eppure i tre riuscirono indipendentemente a studiare un metodo per il suo accrescimento. Akasaki e Amano lavoravano assieme, Nakamura da solo: grazie ai rispettivi lavori con substrati a base alluminio o indio, nel corso degli anni '90 del secolo scorso i tre produssero diodi sempre più efficienti e perfezionati, semplificando il processo per ricavare la struttura del semiconduttore e sintetizzarlo anche a bassa temperatura. Riuniti in un solo team gli scienziati giapponesi elaborarono anche un laser a luce blu: la lunghezza d'onda ridotta del fascio di luce concentrata ha consentito di sviluppare una tecnologia di immagazzinamento dati che in seguito avrebbe portato alla creazione dei dischi Blu-ray.



Quest'anno la Fondazione Nobel ha deciso quindi di premiare scoperte e invenzioni che hanno avuto grande impatto nella vita quotidiana: i LED blu sono tra queste, senza di essi non ci sarebbero gli ormai onnipresenti smartphone e laptop, e l'elettronica sarebbe ancora relegata agli ingombranti e assetati tubi catodici. Senza contare dell'enorme impatto che la conversione dell'illuminazione domestica e urbana ai LED potrebbe avere sui consumi e quindi sull'inquinamento su scala globale.

Luca Annunziata
37 Commenti alla Notizia Nobel per la fisica 2014 alla luce blu
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  • Se mi è concessa una precisazione, io direi che "I tre scienziati ... sono riusciti a ricavare un diodo in grado di emettere luce da un semiconduttore a base di nitruro di gallio nella parte più ALTA dello spettro del visibile", considerato che il blu corrisponde a una radiazione di frequenza maggiore rispetto al rosso (considerato come il limite INFERIORE della banda visibile), e che di solito si fa riferimento alle frequenze, e non alle lunghezze d'onda, quando si parla di spettri di radiazione. Infatti in un diagramma spettrale vengono riportate in ascisse le frequenze, non le lunghezze d'onda.
    non+autenticato
  • Senza i led blu avremmo avuto laptop retroilluminati a fluorescenza, stessa cosa per le TV, come era fino a pochissimi anni fa.
    Non commettete anche voi l'errore di pensare che una tv a "led" sia composta da led che formano i pixel...
    non+autenticato
  • - Scritto da: Odio gli LCD
    > Non commettete anche voi l'errore di pensare che
    > una tv a "led" sia composta da led che formano i
    > pixel...

    Solo i pannelli AMOLED (quelli dei cellulari Samsung per intendersi) hanno led reali per ciascun pixel (in senso lato, almeno per quelli pen-tile).

    Ma immagino che prima o poi arriveranno anche a dimensioni "da TV".
  • la retroilluminazione a led è molte volte più efficiente, senza contare la possibilità del dimming, rispetto a quella dei catodi freddi...
  • Sicuramente sono più efficenti... dall'articolo un lettore non informato potrebbe però dedurre che non avremmo avuto i televisori piatti (LCD) senza i led blu.

    Dall'articolo lo stesso lettore potrebbe cadere nell'errore di pensare che la luce a led bianca sia composta da led Red+Green+Blue... mentre i led bianchi altro non sono che led blu con materiale fluorescente che riemette nello spettro mancante, l'energia assorbita nel blu.
  • Oggi con questa combinazione ci sono display LCD sottilissimi e a basso consumo che consentono di avere smartphone incredibilmente potenti nelle tasche, o TV giganti con diagonali da 1 metro e mezzo che allietano gli spettatori nei salotti di mezzo mondo.

    mi pare molto chiaro, mi pare
    e non mi pare sia citato l'rgb a sproposito per quanto attiene l'illuminazione
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    Modificato dall' autore il 08 ottobre 2014 15.12
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  • Mi riferisco in particolare a:
    (senza i led blu) "l'elettronica sarebbe ancora relegata agli ingombranti e assetati tubi catodici"

    In realtà c'erano televisori LCD (poco ingombranti, non a tubo catodico) molto prima dell'uso dei LED nei televisori.
    I televisori edge-led sono ancora più piatti, è vero... ma quella frase mi pare fuorviante.

    E per quanto riguarda la frase: "senza era impossibile utilizzare la classica combinazione RGB (Red-Green-Blue) per riprodurre la luce bianca e sfruttarla per diversi scopi". Con riferimento successivo a smartphone e televisori... lascia intendere che nei televisori ci siano led Rossi, Verdi e Blu, invece dei led bianchi (che dei led blu sono figli).

    Solo queste precisazioni, non ne abbia a male.

    Cordiali saluti.
  • qualcosa non quadra: stiamo parlando di retroilluminazione o matrice dei pixel?

    nulla, domanda stupida, avevo capito male il commento precedente
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    Modificato dall' autore il 08 ottobre 2014 15.32
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  • - Scritto da: LearCabini
    > Mi riferisco in particolare a:
    > (senza i led blu) "l'elettronica sarebbe ancora
    > relegata agli ingombranti e assetati tubi
    > catodici"
    >
    > In realtà c'erano televisori LCD (poco
    > ingombranti, non a tubo catodico) molto prima
    > dell'uso dei LED nei
    > televisori.
    > I televisori edge-led sono ancora più piatti, è
    > vero... ma quella frase mi pare
    > fuorviante.
    >
    > E per quanto riguarda la frase: "senza era
    > impossibile utilizzare la classica combinazione
    > RGB (Red-Green-Blue) per riprodurre la luce
    > bianca e sfruttarla per diversi scopi". Con
    > riferimento successivo a smartphone e
    > televisori... lascia intendere che nei televisori
    > ci siano led Rossi, Verdi e Blu, invece dei led
    > bianchi (che dei led blu sono
    > figli).

    Tra l'altro, esistono dei monitor di altissimo livello, che hanno davvero i led RGB come retroilluminazione per coprire uno spettro di colore molto ampio, ma sono appunto lo 0,01% del totale.
    non+autenticato
  • - Scritto da: Luca Annunziata
    > la retroilluminazione a led è molte volte più
    > efficiente, senza contare la possibilità del
    > dimming, rispetto a quella dei catodi
    > freddi...

    Anche la retroilluminazione a fluorescenza poteva essere dimmerata, con i led inoltre hanno preso il bruttissimo vizio di dimmerare spegnendo il led velocemente via via per piu tempo, cosa che introduce stress per gli occhi, quando invece i monitor lcd avevano il pregio di essere "fermi" come immagine e non lampeggiante...
    non+autenticato
  • - Scritto da: Odio gli LCD
    > i led inoltre hanno preso
    > il bruttissimo vizio di dimmerare spegnendo il
    > led velocemente via via per piu tempo,

    In realtà è sempre stato così con i led da almeno trent'anni. Si chiama "pilotaggio in frequenza".


    > cosa che
    > introduce stress per gli occhi, quando invece i
    > monitor lcd avevano il pregio di essere "fermi"
    > come immagine e non
    > lampeggiante...

    Dipende a che frequenza lavora il driver led. Da 1KHz in su sfido a notarlo.
  • - Scritto da: Luca Annunziata
    > la retroilluminazione a led è molte volte più
    > efficiente, senza contare la possibilità del
    > dimming, rispetto a quella dei catodi
    > freddi...

    Beh è un pochino più efficente, non poi di tanto, il grande vantaggio sta nelle dimensioni ridotte, nella maggior durata di vita operativa e appunto alla possibilità di macrodimming; in ogni caso, anche nei migliori, (ossia che non usano solo una cornice di LED), ogni singolo LED gestisce diverse decine se non centinaia di pixel!
  • Trovatemi un led commerciale con più di 130lm/W se ci riuscite.
    Comunque le lampade al sodio arrivano a 140lm/W. Le Ioduri Metallici a 115 lm/W... Paragonabili ai led più performanti oggi in commercio!
    I led da supermercato difficilmente superano 80lm/W, al pari di una buona lampada a risparmio energetico! Molti led economici spacciati per performanti rendono 20-50lm/W come le lampade a risparmio energetico più economiche che affollano gli scaffali di quasi tutti i magazzini.

    A parte questo complimenti per il meritato NOBEL!
    non+autenticato
  • Nel testo si parla di tale valore di efficienza come record. Non dispositivi commerciali attuali. Basta comunce cercare:

    http://www.forbes.com/sites/peterdetwiler/2014/03/.../

    L'efficienza attuale è comunque già elevatissima. Impensabile fino a pochi anni fa.
    non+autenticato
  • - Scritto da: nettuno
    > Trovatemi un led commerciale con più di 130lm/W
    > se ci
    > riuscite.

    Ci ho messo tipo 30 secondi.

    http://www.lightinthebox.com/e14-3528-smd-48-led-1...

    > Comunque le lampade al sodio arrivano a 140lm/W.
    > Le Ioduri Metallici a 115 lm/W... Paragonabili ai
    > led più performanti oggi in
    > commercio!
    > I led da supermercato difficilmente superano
    > 80lm/W, al pari di una buona lampada a risparmio
    > energetico! Molti led economici spacciati per
    > performanti rendono 20-50lm/W come le lampade a
    > risparmio energetico più economiche che affollano
    > gli scaffali di quasi tutti i
    > magazzini.
    >
    > A parte questo complimenti per il meritato NOBEL!

    Bla bla bla... la prossima volta parla di quello che conosci!
    non+autenticato
  • > > Trovatemi un led commerciale con più di 130lm/W
    > > se ci
    > > riuscite.
    >
    > Ci ho messo tipo 30 secondi.
    >
    > http://www.lightinthebox.com/e14-3528-smd-48-led-1
    >

    150 lumens / 3 watt
    non+autenticato
  • Non so tu in che supermercato cerchi, ma da me le lampade al sodio con quella luminosità costano.

    A parte quello le varie lampade fluorescenti hanno un paio di problemi. Contengono materiali tossici e prima di fare una luce decente devono scaldarsi, quindi non vanno bene per posti dove si accende e si spegne spesso la luce, come il corridoio o il bagno.
    non+autenticato
  • i link sopra portano a led che non superano i 130 lumen per watt.
    non+autenticato
  • - Scritto da: Sam
    > i link sopra portano a led che non superano i 130
    > lumen per
    > watt.

    Dai datasheet dei prodotti leggo fino a 155 LPW.
    Dai datasheet dei relativi led leggo che, alle migliori condizioni di pilotaggio, teoricamente si può già arrivare attorno ai 170 LPW (volendo restare molto bassi).
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    Modificato dall' autore il 08 ottobre 2014 13.18
    -----------------------------------------------------------
  • - Scritto da: Sam
    > i link sopra portano a led che non superano i 130
    > lumen per
    > watt.

    STRAQUOTO!
    non+autenticato
  • - Scritto da: Pier
    > - Scritto da: Sam
    > > i link sopra portano a led che non superano i
    > 130
    > > lumen per
    > > watt.
    >
    > STRAQUOTO!

    Dai datasheet dei prodotti leggo fino a 155 LPW.
    Dai datasheet dei relativi led leggo che, alle migliori condizioni di pilotaggio, teoricamente si può già arrivare attorno ai 170 LPW (volendo restare molto bassi).
  • - Scritto da: nettuno
    > Trovatemi un led commerciale con più di 130lm/W
    > se ci
    > riuscite.
    > Comunque le lampade al sodio arrivano a 140lm/W.

    ma con quelle ci illumini giusto le strade, per via della gradevole tonalità giallo/arancione (lampade al sodio a bassa pressione).
    non+autenticato
  • I concetto alla base del LED fu realizzato fisicamente da Nick Holonyak Jr, all'universita' dell'Illinois, agli inizi degli anni sessanta. I suoi erano i LED rossi, ma uno dei suoi studenti realizzo' anni dopo i LED gialli. I premi Nobel giapponesi hanno inventato i LED blu, ma secondo me il premio Nobel avrebbe dovuto andare a Holonyak che per primo ha iniziato la catena dei LEDs.
    non+autenticato
  • - Scritto da: Sergio Franco
    > I concetto alla base del LED fu realizzato
    > fisicamente da Nick Holonyak Jr, all'universita'
    > dell'Illinois, agli inizi degli anni sessanta. I
    > suoi erano i LED rossi, ma uno dei suoi studenti
    > realizzo' anni dopo i LED gialli. I premi Nobel
    > giapponesi hanno inventato i LED blu, ma secondo
    > me il premio Nobel avrebbe dovuto andare a
    > Holonyak che per primo ha iniziato la catena dei
    > LEDs.

    Interessante, non lo sapevo. Effettivamente chi ha inventato il diodo ad emissione luminosa avrebbe meritato il Nobel senz'altro di più.
    Funz
    12910
  • Non avrei mai immaginato la portata di questa invenzione. A dire il vero, nemmeno immaginavo l'invenzione in sé. Ottimo articolo di divulgazione, grazie. E soprattutto, onore ai tre geni nipponici!
    Izio01
    3674
  • > Non avrei mai immaginato la portata di questa
    > invenzione. A dire il vero, nemmeno immaginavo
    > l'invenzione in sé.

    Cosa intendi dire esattamente? Che la davi per scontata, come uno degli innumerevoli elementi del paesaggio in cui sei nato?
    Praticamente tutto quello che ci circonda è stato inventato, o scoperto. Solo che normalmente siamo più veloci a indicare chi ha inventato il parafulmini rispetto ha chi ha inventato il WC; e sì che il secondo si usa mediamente più del primo...
  • - Scritto da: Leguleio

    > Praticamente tutto quello che ci circonda è stato
    > inventato, o scoperto. Solo che normalmente siamo
    > più veloci a indicare chi ha inventato il
    > parafulmini

    Franklin!

    > rispetto ha chi ha inventato il WC;

    Microsoft!

    > e
    > sì che il secondo si usa mediamente più del
    > primo...

    No.
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