LED

Un led (de la sigla inglesa LED: Light-Emitting Diode: "diodo emisor de luz", también "diodo luminoso") es un diodo semiconductor que emite luz. Se usan como indicadores en muchos dispositivos, y cada vez con mucha más frecuencia, en iluminación. Presentado como uncomponente electrónico en 1962, los primeros ledes emitían luz roja de baja intensidad, pero los dispositivos actuales emiten luz de alto brillo en el espectro infrarrojo, visible y ultravioleta.

SIMBOLO

Historia

El primer led fue desarrollado en 1927 por Oleg Vladimírovich Lósev (1903-1942), sin embargo no se usó en la industria hasta los años sesenta. Solo se podían construir de color rojo, verde y amarillo con poca intensidad de luz y limitaba su utilización a mandos a distancia (controles remotos) y electrodomésticos para marcar el encendido y apagado. A finales del siglo XX se inventaron los ledes ultravioletas y azules, lo que dio paso al desarrollo del led blanco, que es un led de luz azul con recubrimiento de fósforo que produce una luz amarilla, la mezcla del azul y el amarillo produce una luz blanquecina denominada «luz de luna» consiguiendo alta luminosidad (7 lúmenes unidad) con lo cual se ha ampliado su utilización en sistemas de iluminación.

Estructura Interna

Un  diodo está compuesto por la unión de dos cristales semiconductores, uno tipo “P” y otro tipo “N”. Los semiconductores puros son aislantes debido a que sus átomos están unidos por enlaces covalentes y sus electrones no tienen movilidad. Cuando un material semiconductor se dopa o contamina con pequeñísimas cantidades de impurezas adecuadas, aparecen cargas libres que permiten cierta

movilidad a los electrones. Si las impurezas añadidas originan cargas negativas o electrones libres, el semiconductor se denomina tipo “N” y en el caso contrario, cuando aparecen cargas positivas o huecos, se dice que el semiconductor es del

tipo “P”.

Cuando una unión P-N esta inversamente polarizada, el campo eléctrico aplicado aleja a las cargas libres de la unión, impidiendo que ésta sea atravesada por los electrones. Si la polarización es directa, las cargas se aproximan a la unión, por

lo que puede ser franqueada fácilmente por las cargas eléctricas.

Si se pasa una corriente a través del diodo semiconductor, se inyectan electrones y huecos en las regiones P y N, respectivamente.

Dependiendo de la magnitud de lacorriente, hay recombinación de los portadores de carga (electrones y huecos). Hay un tipo de recombinaciones que se llaman recombinaciones radiantes (aquí la emisión de luz).

La relación entre las recombinaciones radiantes y el total de recombinaciones depende del material semiconductor utilizado (GaAs, GaAsP,y GaP)


Dependiendo del material de que está hecho el LED, será la emisión de la longitud de onda y por ende el color.

FUNCIONAMIENTO

Principio Fisico

    El fenómeno de emisión de luz está basado en la teoría de bandas, por la cual, una tensión externa aplicada a una unión p-n polarizada directamente, excita los electrones, de manera que son capaces de atravesar la banda de energía que separa las dos regiones. 
Si la energía es suficiente los electrones escapan del material en forma de fotones. 
Cada material semiconductor tiene unas determinadas características que y por tanto una longitud de onda de la luz Emitida. 

Teoria de Bandas

En un átomo aislado los electrones pueden ocupar determinados niveles energéticos pero cuando los átomos se unen para formar un cristal, las interacciones entre ellos modifican su energía, de tal manera que cada nivel inicial se desdobla en numerosos niveles, que constituyen una banda, existiendo entre ellas huecos, llamados bandas energéticas prohibidas, que sólo pueden salvar los electrones en caso de que se les comunique la energía suficiente.

En los aislantes la banda inferior menos energética (banda de valencia) está completa con los e- más internos de los átomos, pero la superior (banda de conducción) está vacía y separada por una banda prohibida muy ancha (~ 10 eV), imposible de atravesar por un e-. En el caso de los conductores las bandas de conducción y de valencia se encuentran superpuestas, por lo que cualquier aporte de energía es suficiente para producir un desplazamiento de los electrones. 
Entre ambos casos se encuentran los semiconductores, cuya estructura de bandas es muy semejante a los aislantes, pero con la diferencia de que la anchura de la banda prohibida es bastante pequeña. Los semiconductores son, por lo tanto, aislantes en condiciones normales, pero una elevación de temperatura proporciona la suficiente energía a los electrones para que, saltando la banda prohibida, pasen a la de conducción, dejando en la banda de valencia el hueco correspondiente.

Composicion de LEDS

• Led Rojo

    Formado por GaP consiste en una unión p-n obtenida por el método de crecimiento epitaxial del cristal en su fase líquida, en un substrato. 
La fuente luminosa está formada por una capa de cristal p junto con un complejo de ZnO, cuya máxima concentración está limitada, por lo que su luminosidad se satura a altas densidades de corriente. Este tipo de Led funciona con baja densidades de corriente ofreciendo una buena luminosidad, utilizándose como dispositivo de visualización en equipos portátiles.

• Led anaranjado y amarillo

    Están compuestos por GaAsP al igual que sus hermanos los rojos pero en este caso para conseguir luz anaranjada y amarilla así como luz de longitud de onda más pequeña, lo que hacemos es ampliar el ancho de la “banda prohibida” mediante el aumento de fósforo en el semiconductor. 
Su fabricación es la misma que se utiliza para los diodos rojos, por crecimiento epitaxial del cristal en fase gaseosa, la formación de la unión p-n se realiza por difusión de Zn. 
Como novedad importante en estos Leds se mezcla el área emisora con una trampa isoelectrónica de nitrógeno con el fin de mejorar el rendimiento.

 

• Led Verde

    El Led verde está compuesto por GaP. Se utiliza el método de crecimiento epitaxial del cristal en fase líquida para formar la unión p-n. 
Al igual que los Leds amarillos, también se utiliza una trampa isoelectrónica de nitrógeno para mejorar el rendimiento. Debido a que este tipo de Led posee una baja probabilidad de transición fotónica, es importante mejorar la cristalinidad de la capa n.  La disminución de impurezas a larga la vida de los portadores, mejorando la cristalinidad. 
Su máxima emisión se consigue en la longitud de onda 555 nm.

 

Consumo

El consumo depende mucho del tipo de Led que elijamos: 

Los diodos LED tiene enormes ventajas sobre las lámparas indicadoras comunes, como su bajo consumo de energía, su mantenimiento casi nulo y con una vida aproximada de 100,000 horas.

Consideraciones

    Si la corriente aplicada es suficiente para que entre en conducción el diodo emitirá una cierta cantidad de luz que dependerá de la cantidad de corriente y la temperatura del Led.
La luminosidad aumentará según aumentemos la intensidad pero habrá que tener en cuenta la máxima intensidad que soporta el Led.
Antes de insertar un diodo en un montaje tendremos que tener el color del diodo para saber la caída de tensión parámetro necesario para los cálculos posteriores: 

Desventajas

Las desventajas del diodo LED son que su potencia de iluminación es tan baja, que su luz es invisible bajo una fuente de luz brillante y que su ángulo de visibilidad está entre los 30° y 60°. Este último problema se corrige con cubiertas difusoras de luz.

Utilizacion

Ejemplos

- Se utilizan para desplegar contadores

- Para indicar la polaridad de una fuente de alimentación de corriente continua.

- Para indicar la actividad de una fuente de alimentación de corriente alterna.

- En dispositivos de alarma, etc.

Con los últimos adelantos, en los diodos LED de alta luminosidad, este problemaprácticamente ha quedado en el pasado.