La straordinaria potenza dei LED blu

  • Scritto da Chris Baraniuk
  • Reporter di tecnologia

Fonte immagine, Fotografia del Michigan

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Con una capacità di circa 107.000 spettatori, il Michigan Stadium è lo stadio più grande degli Stati Uniti

Lo stadio più grande degli Stati Uniti, pieno di decine di migliaia di tifosi urlanti di football americano, era inondato di luce blu. Le persone sugli spalti sollevavano i telefoni, creando un mare di punti stellari tra il pubblico.

“Questa è la nostra squadra! Questo è il Michigan!” Un video è stato diffuso sullo schermo gigante mentre scoppiavano gli applausi.

L’atmosfera è stata intensificata da un nuovo sistema di intrattenimento visivo che ha debuttato al Michigan Stadium il 16 settembre. Sequenze colorate di ampie luci lampeggianti celebrano l’atterraggio o accompagnano la musica.

I colori della squadra dell’Università del Michigan sono il giallo o “mais” e il blu. Lo spettacolo di luci è progettato per abbinarsi.

“Influisce al 100% sull’esperienza all’interno dello stadio”, afferma Jake Stoker, direttore della presentazione del gioco e dell’esperienza dei fan presso l’Università del Michigan.

“Un altro elemento entusiasmante nell’assistere a una partita di calcio è che non sei seduto a casa sul tuo divano.”

Come in molti stadi, i diodi emettitori di luce (LED) forniscono uno spettacolo di luci al Michigan Stadium.

Fonte immagine, Diane Nastsky

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La luce LED blu è stata la più difficile da generare

Ma non molto tempo fa, i LED blu abbastanza potenti da illuminare uno stadio così grande – il terzo più grande al mondo – sarebbero sembrati scandalosamente avanzati. I LED luminosi che emettono luce blu sono stati inventati solo negli anni ’90. Gli scienziati che hanno inventato questa tecnologia sono stati successivamente insigniti del Premio Nobel.

I ricercatori affermano che i LED potrebbero essere più economici e più efficienti dal punto di vista energetico rispetto a oggi. Potrebbero rivoluzionare tutto, dall’illuminazione esterna ai visori per la realtà virtuale.

Al Michigan Stadium, i diversi colori visualizzati dai sistemi di illuminazione per l’intrattenimento sono prodotti utilizzando moduli o luci LED rossi (R), verdi (G) e blu (B), afferma Brad Schlesselman, ingegnere ricercatore senior presso Musco Lighting, che ha fornito la tecnologia. I sistemi RGB possono effettivamente emettere un’ampia gamma di colori semplicemente mescolando rosso, verde e blu in varie intensità.

“Si è arrivati ​​anche al livello delle scuole superiori, dove c’è una richiesta per i cambiamenti di colore e le cose teatrali che stiamo vedendo nel Michigan”, aggiunge il signor Schlesselman.

Inoltre, paesi e città degli Stati Uniti stanno installando illuminazione a LED sui punti di riferimento locali, comprese le torri idriche, al fine di illuminare gli edifici con colori speciali per eventi o occasioni specifici. Il rosa rappresenta il mese della sensibilizzazione sul cancro al seno, ad esempio, che cade questo mese, ottobre.

Forse l’uso più entusiasmante dei LED è stato nella Las Vegas Sphere, inaugurata il mese scorso. Milioni di LED possono trasformare l’esterno in quasi ogni motivo o immagine immaginabile, illuminando gli enormi display all’interno.

Fonte immagine, Immagini Getty

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Milioni di luci a LED illuminano la Strip di Las Vegas, inaugurata quest’anno

Tuttavia, negli anni ’70 e ’80, i LED venivano regolarmente liquidati come inefficienti. “Non è possibile che questa piccola luce giocattolo possa fare qualcosa di utile: questo era l’atteggiamento all’epoca”, afferma Paul Scheidt, responsabile marketing prodotto senior presso Cree LED, uno dei principali produttori di dispositivi. Fonti luminose costose e a bassa emissione avrebbero potuto essere adatte per un piccolo LED rosso o un telecomando TV a infrarossi, ma nient’altro.

Ciò è cambiato quando gli ingegneri sono stati in grado di produrre LED che emettono molti più fotoni, o luce, rispetto a prima. I LED emettono luce quando gli elettroni (particelle caricate negativamente) all’interno del dispositivo passano da uno stato energetico più elevato a uno più basso. Questo processo rilascia energia sotto forma di luce. Utilizzando materiali diversi, è possibile regolare la dimensione delle goccioline (nota come band gap) e la lunghezza d’onda o il colore della luce emessa.

Il colore blu era particolarmente difficile perché il materiale di base richiesto per questo colore era il nitruro di gallio. È stato difficile da produrre Senza difetti. Ma il blu è un colore forte e ad altissima energia (con un ampio gap di banda), quindi i LED blu potrebbero essere utilizzati come base per tutti gli altri colori in alcuni display TV OLED RGB, ad esempio: solo i toni rosso e verde sarebbero, originariamente, illuminato dai LED Blu.

Tuttavia, una nuovissima tecnologia LED è in attesa dietro le quinte perché gli scienziati affermano che questa tecnologia potrebbe essere più efficiente.

Fonte immagine, Laboratorio Congreve

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Dan Congreve della Stanford University sta lavorando su LED blu più economici e più luminosi

Dan Congreve e i suoi colleghi dell’Università di Stanford stanno lavorando su LED realizzati con cristalli di perovskite, un materiale spesso utilizzato nelle celle solari. Le perovskiti sono economiche e facili da realizzare. Il dottor Congreve afferma che sono “regolabili” sul colore desiderato e possono anche essere miscelati in una soluzione e poi verniciati su superfici come rivestimenti che emettono luce.

Tuttavia, mantenere stabili i LED in perovskite è difficile. Continuano a rompersi.

“Li ingrandiamo e li misuriamo, e muoiono molto rapidamente”, dice Congreve. Aggiunge che spera che questo problema venga superato. Lui e i suoi colleghi hanno già migliorato la stabilità sin dai loro primi esperimenti.

Se riuscissero a superare questi problemi, i LED alla perovskite potrebbero essere utilizzati in un’ampia gamma di dispositivi, afferma John Buckridge, fisico dei materiali presso l’University College di Londra.

Separatamente, in Giappone, i ricercatori hanno recentemente inventato un LED blu che può essere alimentato utilizzando una singola batteria AA che fornisce solo 1,47 volt. In genere, avrai bisogno di un minimo di 4 volt. “Si tratta di un’impresa ingegneristica straordinaria”, afferma il dottor Congreve, che non è stato coinvolto personalmente nel lavoro.

Il sistema utilizza la fisica intelligente per migliorare la produzione di fotoni. Nei LED convenzionali, quando viene applicata l’alimentazione, i materiali interni raggiungono stati di eccitazione che in realtà non emettono luce per tre quarti del tempo. Il team giapponese è riuscito a incoraggiare questi stati eccitati a combinarsi e produrre luce, richiedendo inizialmente meno energia. Hanno pubblicato il loro lavoro In un articolo di settembre.

Per tecnologie come la realtà virtuale e la realtà aumentata, abbiamo bisogno di LED molto luminosi per vedere chiaramente le immagini, afferma Keith Strickland, CEO di Plessey Semiconductors, un’azienda britannica che lavora con Meta su tali dispositivi.

Ma gli attuali display OLED non sono abbastanza luminosi, quindi l’azienda sta sviluppando micro-LED, singoli LED rossi, verdi o blu, che hanno una dimensione significativamente inferiore a 20 micron, ovvero meno di un terzo dello spessore di un capello umano.

E su questa scala microscopica, il rosso è in realtà il più impegnativo, afferma il dottor Strickland. I piccoli LED rossi soffrono maggiormente di inefficienza ai margini del componente che produce luce. Poiché il dispositivo è così piccolo, il suo bordo ha un effetto esagerato, rendendo questi problemi più evidenti.

I LED stanno rapidamente diventando onnipresenti ma il loro sviluppo tecnologico è ancora lungi dall’essere completo. Come dice il dottor Congreve, “c’è ancora spazio per la crescita” – e per il miglioramento, molto probabilmente.

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