Il gap di banda determina il colore
Un LED è una giunzione PN in cui la corrente diretta fa ricombinare elettroni e lacune direttamente alla giunzione anziché farli semplicemente diffondere attraverso di essa. Ogni ricombinazione rilascia la propria energia come fotone, e l'energia del fotone — il suo colore — è fissata dal gap di banda del semiconduttore, non da un colorante o un filtro. Per questo la tensione diretta salta per famiglia di materiale invece di variare dolcemente con la lunghezza d'onda: i LED rossi, arancioni e gialli usano AlGaInP o GaAsP con un gap di circa 2 V, mentre il verde, il blu e il bianco a fosfori usano InGaN, il cui gap più ampio richiede oltre 3 V prima di condurre.
Perché ogni LED richiede un resistore in serie
Superato il ginocchio di accensione, la corrente sale con la tensione in modo così ripido che una frazione di volt può fare la differenza tra una luce fioca e un chip bruciato. Una lampadina a incandescenza si autolimita perché la resistenza del filamento sale scaldandosi; una giunzione a diodo fa l'opposto, quindi nulla al suo interno frena la corrente in fuga. In pratica solo la resistenza del corpo e dei terminali nell'involucro la trattiene in parte, e da sola non basta — per questo ogni circuito reale alimenta un LED tramite un resistore in serie, o un vero driver a corrente costante, mai direttamente da un alimentatore di tensione.
Come leggere il datasheet
I datasheet dei LED specificano la tensione diretta a una corrente di prova indicata anziché una corrente di saturazione, insieme all'intensità luminosa in millicandele o al flusso in lumen, a un angolo di visione e alla corrente diretta massima che il chip sopporta senza guastarsi. Spingendo la corrente ben oltre quel valore, l'emissione luminosa non tiene il passo — l'efficiency droop fa sì che ogni milliampere aggiuntivo renda proporzionalmente meno luminosità, e il calore riduce ulteriormente l'uscita. Anche la tensione inversa ammessa è insolitamente bassa rispetto a un diodo raddrizzatore, poiché la giunzione di un LED non è mai stata progettata per bloccare un campo inverso elevato.
Dove viene utilizzato
I LED fungono da spie indicatrici, segmenti nei display a sette segmenti e a matrice di punti, e retroilluminazione in quasi ogni schermo. I LED blu rivestiti di fosforo giallo producono luce bianca con un'efficienza tale da aver soppiantato le lampade a incandescenza e fluorescenti nell'illuminazione generale, mentre i LED a infrarossi pilotano telecomandi e optoisolatori. Oltre a pochi LED, un singolo resistore viene di solito sostituito da un driver a corrente costante dedicato, che regola la luminosità con una precisione ed efficienza che un resistore non potrebbe mai eguagliare.