Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
Indice de contenidos
¿Qué es un diodo emisor de luz (LED)?
Un diodo emisor de luz ( LED ) es un tipo especial de diodo de unión PN . El diodo emisor de luz está especialmente dopado y fabricado con un tipo especial de semiconductor . Este diodo puede emitir luz cuando está en el estado de polarización directa. El fosfuro de aluminio, indio y galio (AlInGaP) y el nitruro de indio y galio (InGaN) son dos de los semiconductores más utilizados para las tecnologías LED.
Las tecnologías LED más antiguas utilizaban fosfuro de arseniuro de galio (GaAsP), fosfuro de galio (GaP) y arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs). Los LED generan radiación visible por fenómeno de electroluminiscencia cuando se aplica una corriente continua de bajo voltaje a un cristal dopado de manera adecuada que contiene una unión pn, como se muestra en el diagrama siguiente.
El dopaje se realiza típicamente con elementos de las columnas III y V de la tabla periódica. Cuando una corriente polarizada hacia adelante, I F , energiza la unión pn, emite luz a una longitud de onda definida por la brecha de energía de la región activa, E g .
¿Cómo funciona un diodo emisor de luz (LED)?
Cuando la corriente I F polarizada directamente se aplica a través de la unión pn del diodo , se inyectan electrones portadores minoritarios en la región p y los electrones portadores minoritarios correspondientes se inyectan en la región n. La emisión de fotones se produce debido a la recombinación de huecos de electrones en la región p.
Las transiciones de energía electrónica a través de la brecha de energía, llamadas recombinaciones radiativas, producen fotones (es decir, luz), mientras que las transiciones de energía de derivación, llamadas recombinaciones no radiativas, producen fonones (es decir, calor). La eficacia luminosa de los LED AlInGaP y los LED InGaN típicos para diferentes longitudes de onda de pico se muestra en la siguiente tabla.
La eficacia depende de la energía luminosa generada en la unión y de las pérdidas debidas a la reabsorción cuando la luz intenta escapar a través del cristal. El alto índice de refracción de la mayoría de los semiconductores hace que la luz se refleje desde la superficie hacia el cristal y se atenúe mucho antes de salir finalmente. La eficacia expresada en términos de esta última energía visible mensurable se denomina eficacia externa.
El fenómeno de la electroluminiscencia se observó en el año 1923 en uniones de origen natural, pero no era práctico en ese momento debido a su baja eficacia luminosa en la conversión de energía eléctrica en luz. Pero, en la actualidad, la eficacia ha aumentado considerablemente y los LED se utilizan no solo en señales, indicadores, letreros y pantallas, sino también en aplicaciones de iluminación de interiores y aplicaciones de iluminación de carreteras.
Color de un LED
El color de un dispositivo LED se expresa en términos de la longitud de onda dominante emitida, λd (en nm). Los LED AlInGaP producen los colores rojo (626 a 630 nm), rojo anaranjado (615 a 621 nm), naranja (605 nm) y ámbar (590 a 592 nm). Los LED InGaN producen los colores verde (525 nm), azul verde (498 a 505 nm) y azul (470 nm). El color y el voltaje directo de los LED AlInGaP dependen de la temperatura de la unión pn del LED.
A medida que aumenta la temperatura de la unión pn del LED, la intensidad luminosa disminuye, la longitud de onda dominante se desplaza hacia longitudes de onda más largas y el voltaje directo cae. La variación en la intensidad luminosa de los LED InGaN con la temperatura ambiente de funcionamiento es pequeña (alrededor del 10%) de – 20 ° C a 80 ° C. Sin embargo, la longitud de onda dominante de los LED InGaN varía con la corriente de activación del LED; a medida que aumenta la corriente de excitación del LED, la longitud de onda dominante se mueve hacia longitudes de onda más cortas.
Si está buscando usar LED de colores para un proyecto de electrónica, los mejores kits de inicio de Arduino incluyen una variedad de LED de colores.
Atenuación
Los LED pueden atenuarse para dar el 10% de su salida de luz nominal reduciendo la corriente de excitación. Los LED generalmente se atenúan mediante técnicas de modulación por ancho de pulso.
Fiabilidad
La temperatura de unión máxima nominal (TJMAX) es el parámetro más crítico para un LED. Las temperaturas que superan este valor suelen dañar el dispositivo LED encapsulado en plástico. El tiempo medio entre fallos (MTBF) se utiliza para averiguar la vida media del LED. El MTBF se determina operando una cantidad de dispositivos LED a la corriente nominal en una temperatura ambiente de 55 ° C y registrando cuando la mitad de los dispositivos fallan.
LEDs blancos
Los LED blancos se fabrican ahora utilizando dos métodos: en el primer método, los chips LED rojo, verde y azul se combinan en el mismo paquete para producir luz blanca; En el segundo método se usa fosforescencia. La fluorescencia en el fósforo que está encapsulado en el epoxi que rodea el chip LED se activa mediante la energía de longitud de onda corta del dispositivo LED InGaN.
Eficacia luminosa
La eficacia luminosa del LED se define como el flujo luminoso emitido (en lm) por unidad de potencia eléctrica consumida (en W). Los LED azules tienen una eficacia interna nominal del orden de 75 lm / W; LED rojos, aproximadamente 155 lm / W; y LED ámbar, 500 lm / W. Teniendo en cuenta las pérdidas debidas a la reabsorción interna, la eficacia luminosa es del orden de 20 a 25 lm / W para los LED ámbar y verde. Esta definición de eficacia se denomina eficacia externa y es análoga a la definición de eficacia que se utiliza normalmente para otros tipos de fuentes de luz.
