Què és un LED?

Què és un LED?

Definició de LED

Un Diode Emisora de Llum (LED) és un dispositiu semiconductor que emet llum quan hi passa una corrent elèctrica.Les tecnologies més antigues de LEDs utilitzaven fosfor d'arseniur de galesi (GaAsP), fosfor de galesi (GaP) i arsènic d'alumini i galesi (AlGaAs).Els LEDs produeixen llum visible a través de l'efecte d'electroluminiscència, que ocorre quan una corrent directa passa a través d'un cristall dopat amb una junta PN.

El dopatge implica afegir elements de les columnes III i V de la taula periòdica. Quan s'energiza amb una corrent polaritzada endavant (IF), la junta p-n emet llum a una longitud d'ona determinada pel forat d'energia de la regió activa (Eg).

Funcionament de la Diode Emisora de Llum (LED)

Quan s'aplica una corrent polaritzada endavant IF a través de la junta p-n del diode, es injecten portadors minoritaris electrons en la regió p i els corresponents portadors minoritaris electrons en la regió n. La emissió de fòtons ocorre degut a la recombinació electró-buit en la regió p.

Les transicions d'energia dels electrons a través del forat d'energia, anomenades recombinacions radiatives, produeixen fòtons (és a dir, llum), mentre que les transicions d'energia paral·leles, anomenades recombinacions no radiatives, produeixen fonons (és a dir, calor). Les eficàcies luminoses de tipus AlInGaP LEDs i InGaN LEDs per a diferents longituds d'ona màximes es mostren a la taula següent.

La eficàcia dels LEDs està afectada per la llum generada a la junta i les pèrdues per reabsorció quan la llum surt del cristall. Degut al índex de refracció elevat de la majoria dels semiconductors, gran part de la llum reflecteix de nou al cristall, disminuint la seva intensitat abans de poder escapar. L'eficàcia expressada en termes d'aquesta energia visible final mesurable s'anomena eficàcia externa.

El fenomen de l'electroluminiscència va ser observat l'any 1923 en juncions naturals, però era impracticable en aquell moment degut a la seva baixa eficàcia luminosa en convertir l'energia elèctrica en llum. Avui, la eficàcia ha augmentat considerablement i els LEDs es fan servir no només en senyals, indicadors, senyals i pantalles, sinó també en aplicacions d'il·luminació interior i viària.

Color d'un LED

El color d'un dispositiu LED es expressa en termes de la longitud d'ona dominant emesa, λd (en nm). Els LEDs AlInGaP produeixen els colors vermell (626 a 630 nm), vermell-orang (615 a 621 nm), orang (605 nm) i ambar (590 a 592 nm). Els LEDs InGaN produeixen els colors verd (525 nm), verd blau (498 a 505 nm) i blau (470 nm). El color i la tensió endavant dels LEDs AlInGaP depenen de la temperatura de la junta p-n del LED.

A mesura que augmenta la temperatura de la junta p-n del LED, la intensitat luminosa disminueix, la longitud d'ona dominant es desplaça cap a longituds d'ona més llargues i la tensió endavant disminueix. La variació de la intensitat luminosa dels LEDs InGaN amb la temperatura ambient operativa és petita (uns 10%) de − 20°C a 80°C. Tanmateix, la longitud d'ona dominant dels LEDs InGaN varia amb la corrent de conducció del LED; com la corrent de conducció del LED augmenta, la longitud d'ona dominant es mou cap a longituds d'ona més curtes.

Si esteu buscant utilitzar LEDs de colors per a un projecte electrònic, els millors kits d'inici per Arduino inclouen una varietat de LEDs de colors.

Atenuació

Els LEDs poden atenuar-se per donar el 10% de la seva llum nominal reduint la corrent de conducció. Generalment, els LEDs es ateneuen utilitzant tècniques de Modulació d'Amplada d'Impuls (PWM).

Fiabilitat

La temperatura màxima de la junta (TJMAX) és crucial per a la longevitat del LED. Superar aquesta temperatura normalment danifica el dispositiu encapsulat. La vida útil dels LEDs es mesura mitjançant el Temps Mitjà Entre Falles (MTBF), calculat provant nombrosos LEDs a una corrent i temperatura estàndard fins que la meitat falla.

LEDs Blancs

Actualment, els LEDs blancs es fabrican utilitzant dos mètodes: En el primer mètode, es combinen xips de LEDs vermells, verds i blaus en el mateix paquet per produir llum blanca; En el segon mètode, s'utilitza la fosforescència. La fluorescència en el fòsfor que està encapsulat en l'epoxi que envolta el xip del LED s'activa per l'energia de curta longitud d'ona provenient del dispositiu LED InGaN.

Eficàcia Luminosa

L'eficàcia luminosa del LED es defineix com el flux luminós emès (en lm) per unitat de potència elèctrica consumida (en W). Els LEDs blaus tenen una eficàcia interna nominal de l'ordre de 75 lm/W; els LEDs vermells, aproximadament 155 lm/W; i els LEDs ambar, 500 lm/W. Tenint en compte les pèrdues per reabsorció interna, l'eficàcia luminosa és de l'ordre de 20 a 25 lm/W per als LEDs ambar i verds. Aquesta definició d'eficàcia s'anomena eficàcia externa i és anàloga a la definició d'eficàcia típicament utilitzada per a altres tipus de fonts de llum.