Como Funciona un LED

Como funciona un LED?

Definición de LED

Un LED, ou Diodo Emisor de Luz, está definido como un dispositivo semiconductor que emite luz cando se energiza eléctricamente a través dun proceso chamado electroluminiscencia.

Como funciona un LED

Como un diodo ordinario, o diodo LED funciona cando está polarizado directamente. Neste caso, o semiconducto de tipo n está fortemente dopado comparado co de tipo p, formando a unión p-n. Cando está polarizado directamente, a barreira de potencial diminúe e os electróns e os buracos combinan na capa de esgotamento (ou capa activa), emitindo ou radiando luz ou fotóns en todas as direccións. Unha figura típica mostra a emisión de luz debido á combinación de pares electrón-buraco ao polarizar directamente.

A emisión de fotóns nun LED explica-se pola teoría de bandas de enerxía dos sólidos, que dicta que a emisión de luz depende da banda de gap do material ser directa ou indirecta. Os materiais semiconductores que teñen un gap de banda directo son os que emiten fotóns. Num material con gap de banda directo, o fondo do nivel de enerxía da banda de conducción está situado directamente sobre o nivel de enerxía máis alto da banda de valencia no diagrama de Enerxía vs Momento (vector de onda 'k').

Cando os electróns e os buracos recombínense, a enerxía E = hν correspondente ao gap de enerxía △ (eV) escápase na forma de enerxía lumínica ou fotóns, onde h é a constante de Planck e ν é a frecuencia da luz.

Gap de Banda Directo

Os materiais con gap de banda indirecto non son radiativos, xa que o fondo da banda de conducción non se alinea co tope da banda de valencia, convertindo a maior parte da enerxía en calor. Exemplos son Si, Ge, etc.

Gap de Banda Indirecto

Un exemplo de material que ten un gap de banda directo é o Arseniuro de Galio (GaAs), un semiconductor composto que é o material usado nos LEDs. Átomos dopantes son engadidos ao GaAs para dar unha ampla gama de cores. Algunhas dos materiais usados nos LEDs son:

• Arseniuro de Galio e Aluminio (AlGaAs) – infravermello.

• Fosfiuro de Arseniuro e Galio (GaAsP) – vermello, laranxa, amarelo.

• Fosfiuro de Galio e Aluminio (AlGaP) – verde.

• Nitruro de Indio e Galio (InGaN) – azul, azul-verde, UV próximo.

• Seleniuro de Zinco (ZnSe) – azul.

Estrutura Física do LED

O LED está estruturado de tal maneira que a luz emitida non se reabsorbe no material. Así, asegúrase que a recombinación electrón-buraco ten lugar na superficie.

A figura anterior mostra as dúas formas diferentes de estruturar a unión p-n do LED. A capa de tipo p é feita fina e crece sobre o substrato de tipo n. Os electrodos metálicos adxuntados a cada lado da unión p-n serven como nodos para a conexión eléctrica externa. A unión p-n do diodo emisor de luz está encerrada nunha carcasa transparente de forma domada para que a luz se emita uniformemente en todas as direccións e minimizar a reflexión interna.

A perna maior do LED representa o electrodo positivo ou ánodo.

Tamén están dispoñibles LEDs con máis de 2 pernas, como configuracións de 3, 4 e 6 pinos para obter múltiples cores no mesmo paquete LED. As pantallas LED montadas en superficie están dispoñibles para ser montadas en PCBs.

Os LEDs requiren tipicamente unha corrente de poucas decenas de miliamperios e necesitan unha resistencia alta en serie debido ao seu maior caída de voltaxe de avance de 1,5 a 3,5 volts, comparado cos diodos ordinarios.

LEDs de Luz Branca ou Lámpadas LED Brancas

As lámpadas, bombillas e iluminación de rúa LED están tornándose moi populares nestes días debido á súa moita eficiencia en termos de saída de luz por unidade de potencia de entrada (en miliWatts), comparado cosas bombillas incandescentes. Polo tanto, para a iluminación xeral, prefírese a luz branca. Para producir luz branca coa axuda de LEDs, úsanse dous métodos:

Mezcla de tres cores primarias RGB para producir luz branca. Este método ten alta eficiencia cuántica.

O outro método é recubrir un LED dunha cor con fósforo dunha cor diferente para producir luz branca. Este método é comercialmente popular para fabricar bombillas LED e iluminación.

Aplicacións de LEDs

Exhibidores electrónicos como OLEDs, micro-LEDs, puntos quánticos, etc.

• Como indicador LED.

• En mandos a distancia.

• Iluminación.

• Optoaisladores.