Com funciona un LED?
Com funciona un LED?
Definició de LED
Un LED, o Diodi Emissor de Llum, es defineix com un dispositiu semiconductors que emet llum quan s'energitzada elèctricament a través d'un procés anomenat electroluminescència.
Com funciona un LED
Com un diodi normal, el diodi LED funciona quan està polaritzat en sentit directe. En aquest cas, el semiconductor de tipus n està més dopat que el de tipus p, formant la junta p-n. Quan està polaritzat en sentit directe, la barra de potencial es redueix i els electrons i els forats es combinen a la capa d'esgotament (o capa activa), emetent llum o fòtons en totes les direccions. La figura típica mostra l'emissió de llum deguda a la combinació dels parells electró-forat amb polarització en sentit directe.
L'emissió de fòtons en un LED es explica per la teoria de les bandes d'energia dels sòlids, que dicta que l'emissió de llum depèn de si la banda interdita del material és directa o indirecta. Els materials semiconductors que tenen una banda interdita directa són els que emeten fòtons. En un material amb banda interdita directa, el fonamental de la banda de conducció es troba directament sobre el tope de la banda de valència en el diagrama d'Energia vs Moment (vector d'ona 'k').
Quan els electrons i els forats es recombinen, l'energia E = hν corresponent a la banda interdita △ (eV) es libera en forma d'energia luminosa o fòtons, on h és la constant de Planck i ν és la freqüència de la llum.
Banda Interdita Directa
Els materials amb banda interdita indirecta no són radiants, ja que el fonamental de la banda de conducció no s'alinea amb el tope de la banda de valència, convertint la major part de l'energia en calor. Exemples són Si, Ge, etc.
Banda Interdita Indirecta
Un exemple de material amb banda interdita directa és l'Àrseni de Gali (GaAs), un semiconductor compost que s'utilitza en els LEDs. S'afegeixen àtoms de dopants a GaAs per obtenir una ampla gamma de colors. Alguns dels materials utilitzats en els LEDs són:
Al·lumini Àrseni de Gali (AlGaAs) – infraroig.
Àrseni Fòsfur de Gali (GaAsP) – vermell, taronja, groc.
Fòsfur d'Al·lumini de Gali (AlGaP) – verd.
Nitru d'Indi de Gali (InGaN) – blau, blau-verd, proper al UV.
Seleni de Zic (ZnSe) – blau.
Estructura Física del LED
El LED està estructurat de manera que la llum emesa no es reabsorbeix en el material. Així s'assegura que la recombinació electró-forat tingui lloc a la superfície.
La figura anterior mostra les dues maneres diferents d'estructurar la junta p-n del LED. La capa de tipus p és feble i es creix sobre el substrat de tipus n. Les electrodes metàl·liques adjuntes a cada costat de la junta p-n serveixen com a nodes per a la connexió elèctrica externa. La junta p-n del diodi emissor de llum està encastada en un cas transparent de forma còncava perquè la llum es produeixi uniformement en totes les direccions i es minimitzi la reflexió interna.
La branca més gran del LED representa l'electrode positiva o anòda.
També hi ha LEDs amb més de 2 branques, com ara configuracions de 3, 4 i 6 pins per obtenir diversos colors en el mateix paquet LED. Hi ha pantalles LED de muntatge superficial que es poden muntar en PCBs.
Els LEDs solen requerir una corrent de poques desenes de milliamps i necessiten una resistència alta en sèrie degut al seu major voltatge de caiguda en sentit directe de 1,5 a 3,5 volts, en comparació amb els diodes normals.
LEDs Blancs o Llums LED Blanques
Les llums LED, bombetes, il·luminació de carrers estan esdevenint molt populars avui en dia degut a l'alta eficiència dels LEDs en termes de rendiment luminós per unitat de potència d'entrada (en milliwatts), en comparació amb les bombetes incandescentes. Per tant, per a l'il·luminació general, es prefereix la llum blanca. Per produir llum blanca amb l'ajuda de LEDs, s'utilitzen dos mètodes:
Mescla de tres colors primaris RGB per produir llum blanca. Aquest mètode té una alta eficiència quàntica.
L'altre mètode consisteix en recobrir un LED d'un color amb fosfor d'un altre color per produir llum blanca. Aquest mètode és comercialment popular per fabricar bombetes i il·luminacions LED.
Aplicacions dels LEDs
Pantalles electròniques com OLEDs, micro-LEDs, punts quàntics, etc.
Com a indicador LED.
En controls remots.
Il·luminació.
Opto-isoladors.
