¿Cómo Funciona un LED?
¿Cómo funciona un LED?
Definición de LED
Un LED, o Diodo Emisor de Luz, se define como un dispositivo semiconductor que emite luz cuando se energiza eléctricamente a través de un proceso llamado electroluminiscencia.
Cómo funciona un LED
Al igual que un diodo ordinario, el diodo LED funciona cuando está polarizado en directo. En este caso, el semiconductor de tipo n está más dopado que el de tipo p, formando la unión p-n. Cuando está polarizado en directo, la barrera de potencial se reduce y los electrones y huecos se combinan en la capa de agotamiento (o capa activa), emitiendo o radiando luz o fotones en todas direcciones. Una figura típica muestra la emisión de luz debido a la combinación de pares electrón-hueco bajo polarización en directo.
La emisión de fotones en un LED se explica por la teoría de bandas de energía de sólidos, que dicta que la emisión de luz depende de que la brecha de banda del material sea directa o indirecta. Aquellos materiales semiconductores que tienen una brecha de banda directa son los que emiten fotones. En un material con brecha de banda directa, el fondo del nivel de energía de la banda de conducción se encuentra directamente sobre el nivel de energía más alto de la banda de valencia en el diagrama de Energía vs Momento (vector de onda 'k').
Cuando los electrones y los huecos se recombinan, la energía E = hν correspondiente a la brecha de energía △ (eV) se escapa en forma de energía lumínica o fotones, donde h es la constante de Planck y ν es la frecuencia de la luz.
Brecha de Banda Directa
Los materiales con brecha de banda indirecta no son radiantes, ya que el fondo de la banda de conducción no se alinea con la cima de la banda de valencia, convirtiendo la mayor parte de la energía en calor. Ejemplos son Si, Ge, etc.
Brecha de Banda Indirecta
Un ejemplo de material que tiene una brecha de banda directa es el Arsénico de Galio (GaAs), un semiconductor compuesto que es el material utilizado en LEDs. Se añaden átomos dopantes a GaAs para dar una amplia gama de colores. Algunos de los materiales utilizados en LEDs son:
Arsénico de Galio-Aluminio (AlGaAs) – infrarrojo.
Fósforo de Arsénico de Galio (GaAsP) – rojo, naranja, amarillo.
Fósforo de Galio-Aluminio (AlGaP) – verde.
Nitrúrido de Indio-Galio (InGaN) – azul, azul-verde, UV cercano.
Seleniuro de Zinc (ZnSe) – azul.
Estructura Física del LED
El LED está estructurado de tal manera que la luz emitida no se reabsorba en el material. Se asegura que la recombinación electrón-hueco tenga lugar en la superficie.
La figura anterior muestra las dos formas diferentes de estructurar la unión p-n del LED. La capa de tipo p se hace delgada y se crece sobre el sustrato de tipo n. Los electrodos metálicos adjuntos a ambos lados de la unión p-n sirven como nodos para la conexión eléctrica externa. La unión p-n del diodo emisor de luz está encerrada en un caso transparente de forma domo para que la luz se emita uniformemente en todas direcciones y se produzca la mínima reflexión interna.
La patilla más grande del LED representa el electrodo positivo o ánodo.
También están disponibles LEDs con más de 2 patillas, como configuraciones de 3, 4 y 6 pines para obtener múltiples colores en el mismo paquete de LED. Se pueden encontrar displays LED montados en superficie que se pueden montar en PCBs.
Los LEDs requieren típicamente una corriente de unos pocos decenas de miliamperios y necesitan una resistencia alta en serie debido a su caída de tensión en directo más alta de 1.5 a 3.5 voltios, en comparación con los diodos ordinarios.
Lámparas LED Blancas o Lámparas LED Blancas
Las lámparas, bombillas y alumbrado público LED están ganando mucha popularidad en estos días debido a la muy alta eficiencia de los LEDs en términos de salida luminosa por unidad de potencia de entrada (en milivatios), en comparación con las bombillas incandescentes. Para iluminación general, se prefiere la luz blanca. Para producir luz blanca con la ayuda de LEDs, se utilizan dos métodos:
Mezcla de los tres colores primarios RGB para producir luz blanca. Este método tiene una alta eficiencia cuántica.
El otro método es recubrir un LED de un color con fósforo de un color diferente para producir luz blanca. Este método es comercialmente popular para fabricar bombillas y sistemas de iluminación LED.
Aplicaciones de los LEDs
Displays electrónicos como OLEDs, micro-LEDs, puntos cuánticos, etc.
Como indicador LED.
En controles remotos.
Iluminación.
Optoaisladores.
