¿Qué es LED?

¿Qué es un LED?

Definición de LED

Un Diodo Emisor de Luz (LED) es un dispositivo semiconductor que emite luz cuando fluye una corriente eléctrica a través de él. Las tecnologías LED más antiguas utilizaban arseniuro de fosfuro de galio (GaAsP), fosfuro de galio (GaP) y arseniuro de aluminio y galio (AlGaAs). Los LED producen luz visible a través del efecto de electroluminiscencia, que ocurre cuando la corriente directa pasa por un cristal dopado con una unión PN.

El dopado implica añadir elementos de los grupos III y V de la tabla periódica. Cuando se energiza con una corriente polarizada en sentido directo (IF), la unión p-n emite luz a una longitud de onda determinada por el hueco de energía de la región activa (Eg).

Funcionamiento del Diodo Emisor de Luz (LED)

Cuando se aplica una corriente polarizada en sentido directo IF a través de la unión p-n del diodo, los electrones portadores minoritarios se inyectan en la región p y los correspondientes electrones portadores minoritarios se inyectan en la región n. La emisión de fotones ocurre debido a la recombinación de electrones-huecos en la región p.

Las transiciones de energía de los electrones a través del hueco de energía, llamadas recombinaciones radiativas, producen fotones (es decir, luz), mientras que las transiciones de energía paralelas, llamadas recombinaciones no radiativas, producen fonones (es decir, calor). Las eficacias luminosas de los LED típicos de AlInGaP y InGaN para diferentes longitudes de onda pico se muestran en la tabla a continuación.

La eficacia de los LED se ve afectada por la luz generada en la unión y las pérdidas por reabsorción cuando la luz sale del cristal. Debido al alto índice de refracción de la mayoría de los semiconductores, gran parte de la luz se refleja de nuevo en el cristal, disminuyendo su intensidad antes de que pueda escapar. La eficacia expresada en términos de esta energía visible final medible se llama eficacia externa.

El fenómeno de la electroluminiscencia fue observado en 1923 en uniones naturales, pero era impráctico en ese momento debido a su baja eficacia luminosa en la conversión de energía eléctrica en luz. Sin embargo, hoy en día, la eficacia ha aumentado considerablemente y los LED se utilizan no solo en señales, indicadores, letreros y pantallas, sino también en aplicaciones de iluminación interior y vial.

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 de AlInGaP producen los colores rojo (626 a 630 nm), rojo-anaranjado (615 a 621 nm), anaranjado (605 nm) y ámbar (590 a 592 nm). Los LED de InGaN producen los colores verde (525 nm), verde-azul (498 a 505 nm) y azul (470 nm). El color y el voltaje en sentido directo de los LED de AlInGaP dependen de la temperatura de la unión p-n del LED.

A medida que la temperatura de la unión p-n del LED aumenta, la intensidad luminosa disminuye, la longitud de onda dominante se desplaza hacia longitudes de onda más largas y el voltaje en sentido directo disminuye. La variación en la intensidad luminosa de los LED de InGaN con la temperatura ambiente de funcionamiento es pequeña (aproximadamente 10%) desde -20°C hasta 80°C. Sin embargo, la longitud de onda dominante de los LED de InGaN varía con la corriente de conducción del LED; a medida que la corriente de conducción del LED aumenta, la longitud de onda dominante se desplaza hacia longitudes de onda más cortas.

Si estás buscando usar LED de colores para un proyecto electrónico, 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 conducción. Generalmente, los LED se atenúan utilizando técnicas de Modulación por Ancho de Pulso (PWM).

Fiabilidad

La temperatura máxima de la unión (TJMAX) es crucial para la longevidad de un LED. Superar esta temperatura generalmente daña el dispositivo encapsulado. La vida útil de un LED se mide mediante el Tiempo Medio Entre Fallos (MTBF), calculado probando numerosos LED a una corriente y temperatura estándar hasta que la mitad falle.

LED blancos

Actualmente, los LED blancos se fabrican utilizando dos métodos: en el primer método, se combinan chips de LED rojos, verdes y azules en el mismo paquete para producir luz blanca; en el segundo método, se utiliza fosforescencia. La fluorescencia en el fósforo encapsulado en la resina epoxi que rodea el chip LED se activa por la energía de corta longitud de onda proveniente del dispositivo LED de InGaN.

Eficacia Luminosa

La eficacia luminosa de un 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 de aproximadamente 75 lm/W; los LED rojos, alrededor de 155 lm/W; y los LED ámbar, 500 lm/W. Teniendo en cuenta las pérdidas debido a la reabsorción interna, la eficacia luminosa es del orden de 20 a 25 lm/W para los LED ámbar y verdes. Esta definición de eficacia se llama eficacia externa y es análoga a la definición de eficacia que se utiliza típicamente para otros tipos de fuentes de luz.