O que é LED?

O que é LED?

Definição de LED

Um Diodo Emissor de Luz (LED) é um dispositivo semicondutor que emite luz quando uma corrente elétrica flui através dele. As tecnologias mais antigas de LED usavam arseneto de fósforo de gálio (GaAsP), fósforo de gálio (GaP) e arseneto de gálio-álumínio (AlGaAs). Os LEDs produzem luz visível através do efeito de eletroluminescência, que ocorre quando uma corrente contínua passa por um cristal dopado com uma junção PN.

O doping envolve adicionar elementos das colunas III e V da tabela periódica. Quando energizado por uma corrente polarizada para frente (IF), a junção p-n emite luz em um comprimento de onda determinado pela lacuna de energia da região ativa (Eg).

Funcionamento do Diodo Emissor de Luz (LED)

Quando a corrente polarizada para frente IF é aplicada na junção p-n do diodo, os elétrons minoritários são injetados na região p e os correspondentes elétrons minoritários são injetados na região n. A emissão de fótons ocorre devido à recombinação de elétrons-buracos na região p.

As transições de energia dos elétrons através da lacuna de energia, chamadas de recombições radiativas, produzem fótons (ou seja, luz), enquanto as transições de energia paralelas, chamadas de recombições não radiativas, produzem fonons (ou seja, calor). As eficácias luminosas típicas de LEDs AlInGaP e InGaN para diferentes comprimentos de onda de pico são mostradas na tabela abaixo.

A eficácia do LED é afetada pela luz gerada na junção e pelas perdas de reabsorção à medida que a luz sai do cristal. Devido ao alto índice de refração de muitos semicondutores, grande parte da luz é refletida de volta para o cristal, diminuindo sua intensidade antes que possa escapar. A eficácia expressa em termos dessa energia visível finalmente mensurável é chamada de eficácia externa.

O fenômeno da eletroluminescência foi observado no ano de 1923 em junções naturais, mas era impraticável naquela época devido à sua baixa eficácia luminosa na conversão de energia elétrica em luz. No entanto, hoje a eficácia aumentou consideravelmente e os LEDs são usados não apenas em sinais, indicadores, placas e displays, mas também em aplicações de iluminação interna e de estradas.

Cor de um LED

A cor de um dispositivo LED é expressa em termos do comprimento de onda dominante emitido, λd (em nm). Os LEDs AlInGaP produzem as cores vermelho (626 a 630 nm), vermelho-laranja (615 a 621 nm), laranja (605 nm) e âmbar (590 a 592 nm). Os LEDs InGaN produzem as cores verde (525 nm), azul-verde (498 a 505 nm) e azul (470 nm). A cor e a tensão direta dos LEDs AlInGaP dependem da temperatura da junção p-n do LED.

Conforme a temperatura da junção p-n do LED aumenta, a intensidade luminosa diminui, o comprimento de onda dominante se desloca para comprimentos de onda maiores e a tensão direta cai. A variação na intensidade luminosa dos LEDs InGaN com a temperatura ambiente operacional é pequena (cerca de 10%) de − 20°C a 80°C. No entanto, o comprimento de onda dominante dos LEDs InGaN varia com a corrente de acionamento do LED; conforme a corrente de acionamento do LED aumenta, o comprimento de onda dominante se move para comprimentos de onda menores.

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Diminuição de Brilho

Os LEDs podem ser atenuados para dar 10% de sua saída de luz nominal reduzindo a corrente de acionamento. Geralmente, os LEDs são atenuados usando técnicas de Modulação de Largura de Pulso (PWM).

Confiabilidade

A temperatura máxima da junção (TJMAX) é crucial para a longevidade de um LED. Exceder essa temperatura geralmente danifica o dispositivo encapsulado. A vida útil do LED é medida pelo Tempo Médio Entre Falhas (MTBF), calculado testando numerosos LEDs em uma corrente e temperatura padrão até que metade falhe.

LEDs Brancos

Atualmente, os LEDs brancos estão sendo fabricados usando dois métodos: no primeiro método, chips de LED vermelho, verde e azul são combinados no mesmo pacote para produzir luz branca; no segundo método, é usada a fosforescência. A fluorescência no fósforo encapsulado na resina epóxi que rodeia o chip LED é ativada pela energia de curto comprimento de onda do dispositivo LED InGaN.

Eficácia Luminosa

A eficácia luminosa do LED é definida como o fluxo luminoso emitido (em lm) por unidade de potência elétrica consumida (em W). Os LEDs azuis têm uma eficácia interna nominal da ordem de 75 lm/W; os LEDs vermelhos, aproximadamente 155 lm/W; e os LEDs âmbar, 500 lm/W. Considerando as perdas devido à reabsorção interna, a eficácia luminosa está na ordem de 20 a 25 lm/W para LEDs âmbar e verdes. Esta definição de eficácia é chamada de eficácia externa e é análoga à definição de eficácia tipicamente usada para outros tipos de fontes de luz.