Como Funciona um LED?
Como Funciona um LED?
Definição de LED
Um LED, ou Diodo Emissor de Luz, é definido como um dispositivo semicondutor que emite luz quando energizado eletricamente através de um processo chamado eletroluminescência.
Como funciona um LED
Assim como um diodo comum, o diodo LED funciona quando está polarizado para frente. Nesse caso, o semicondutor do tipo n é mais dopado que o do tipo p, formando a junção p-n. Quando está polarizado para frente, a barreira de potencial diminui e os elétrons e buracos se combinam na camada de esgotamento (ou camada ativa), emitindo ou radiando luz ou fótons em todas as direções. Um diagrama típico abaixo mostra a emissão de luz devido à combinação de pares elétron-buraco sob polarização para frente.
A emissão de fótons em um LED é explicada pela teoria de bandas de energia dos sólidos, que determina que a emissão de luz depende da banda de energia do material ser direta ou indireta. Os materiais semicondutores que têm uma banda de energia direta são os que emitem fótons. Em um material com banda de energia direta, a parte inferior do nível de energia da banda de condução está diretamente acima do nível de energia mais alto da banda de valência no diagrama de Energia vs Momento (vetor de onda 'k').
Quando os elétrons e buracos se recombinam, a energia E = hν correspondente à lacuna de energia △ (eV) é liberada na forma de energia luminosa ou fótons, onde h é a constante de Planck e ν é a frequência da luz.
Banda de Energia Direta
Materiais com banda de energia indireta são não radiativos, pois a parte inferior da banda de condução não se alinha com o topo da banda de valência, convertendo a maior parte da energia em calor. Exemplos são Si, Ge, etc.
Banda de Energia Indireta
Exemplo de material que tem banda de energia direta é o Arseneto de Gálio (GaAs), um semicondutor composto que é o material usado em LEDs. Átomos dopantes são adicionados ao GaAs para produzir uma ampla gama de cores. Alguns dos materiais usados em LEDs são:
Arseneto de Alumínio e Gálio (AlGaAs) – infravermelho.
Fosfeto de Arsênico e Gálio (GaAsP) – vermelho, laranja, amarelo.
Fosfeto de Alumínio e Gálio (AlGaP) – verde.
Nitreto de Índio e Gálio (InGaN) – azul, azul-verde, perto do UV.
Seleneto de Zinco (ZnSe) – azul.
Estrutura Física do LED
O LED é estruturado de tal maneira que a luz emitida não seja reabsorvida pelo material. Portanto, é garantido que a recombinação de elétron-buraco ocorra na superfície.
A figura acima mostra duas maneiras diferentes de estruturar a junção p-n do LED. A camada do tipo p é feita fina e é cultivada no substrato do tipo n. Eletrodos metálicos anexados a ambos os lados da junção p-n servem como nós para conexão elétrica externa. A junção p-n do diodo emissor de luz é encapsulada em um invólucro transparente em forma de domo para que a luz seja emitida uniformemente em todas as direções e ocorra o mínimo de reflexão interna.
A perna maior do LED representa o eletrodo positivo ou ânodo.
LEDs com mais de 2 pernas também estão disponíveis, como configurações de 3, 4 e 6 pinos para obter várias cores no mesmo pacote de LED. Displays de LED montados na superfície estão disponíveis e podem ser montados em PCBs.
Os LEDs geralmente requerem uma corrente de algumas dezenas de miliamperes e precisam de resistência alta em série devido à sua queda de tensão para frente mais alta de 1,5 a 3,5 volts, comparada a diodos comuns.
Lâmpadas LED Brancas ou Lâmpadas LED Brancas
Lâmpadas, lâmpadas e iluminação de rua LED estão se tornando muito populares atualmente devido à alta eficiência dos LEDs em termos de saída luminosa por unidade de potência de entrada (em miliwatts), em comparação com as lâmpadas incandescentes. Para iluminação geral, a luz branca é preferida. Para produzir luz branca com a ajuda de LEDs, dois métodos são usados:
Mistura de três cores primárias RGB para produzir luz branca. Este método tem alta eficiência quântica.
O outro método é revestir um LED de uma cor com fosforo de uma cor diferente para produzir luz branca. Este método é comercialmente popular para fabricar lâmpadas e iluminações LED.
Aplicações de LEDs
Displays eletrônicos, como OLEDs, micro-LEDs, pontos quânticos, etc.
Como indicador LED.
Em controles remotos.
Iluminação.
Opto-isoladores.
