Un LED (light emitting diode) è un diodo che emette luce quando è polarizzato direttamente. Il principio fisico è l’elettroluminescenza: elettroni e lacune si ricombinano in un materiale semiconduttore e una parte dell’energia rilasciata viene emessa sotto forma di fotoni.
L’energia del fotone emesso è legata, in prima approssimazione, al bandgap del materiale:
La frequenza, e quindi il colore, dipende dal materiale. Per questo LED rossi, verdi, blu o ultravioletti richiedono semiconduttori diversi.
Ricombinazione radiativa
In una giunzione p-n polarizzata direttamente, elettroni e lacune vengono iniettati nella regione attiva. Quando si incontrano, possono ricombinarsi. Nei materiali adatti, la ricombinazione è radiativa: l’energia diventa luce. Nei materiali meno adatti, molta energia si trasforma in calore.
Il rendimento di un LED dipende da:
- efficienza interna di ricombinazione radiativa;
- estrazione ottica della luce dal chip;
- perdite resistive;
- temperatura di giunzione;
- qualità del package;
- alimentazione elettrica.
Un LED non deve essere alimentato come una lampadina resistiva. La sua caratteristica corrente-tensione è non lineare: piccole variazioni di tensione possono produrre grandi variazioni di corrente. Per questo serve un limitatore o un driver a corrente controllata.
OLED
Un OLED (organic light emitting diode) usa strati organici elettroluminescenti invece di semiconduttori inorganici cristallini. La struttura comprende elettrodi, strati di trasporto di carica e strato emissivo. Quando elettroni e lacune si ricombinano nel materiale organico, viene emessa luce.
La differenza ingegneristica principale è che l’OLED può essere una sorgente luminosa superficiale e molto sottile. Nei display, ogni subpixel può emettere direttamente luce, senza retroilluminazione. Questo consente neri profondi, alto contrasto e strutture flessibili.
Limiti termici e degrado
LED e OLED trasformano una parte dell’energia in calore. La gestione termica è decisiva: temperature elevate riducono efficienza, stabilità cromatica e vita utile. Negli OLED, inoltre, i materiali organici degradano nel tempo; i subpixel blu sono spesso i più critici.
Il principio comune è la conversione diretta di energia elettrica in radiazione luminosa tramite ricombinazione di cariche. Le differenze tra LED e OLED riguardano materiali, geometria di emissione, pilotaggio e durata, ma entrambi rappresentano una delle applicazioni più importanti della fisica dei semiconduttori e dei materiali.