Los LEDs (acrónimo de Light Emitting Diode, diodo emisor de luz, en español) emiten luz mediante el proceso de electroluminiscencia, que ocurre cuando los electrones y los huecos en un material semiconductor se recombinan, liberando energía en forma de fotones (luz). Este proceso, llamado recombinación radiativa, convierte la energía eléctrica directamente en luz con muy poca pérdida de calor, lo que hace a los LEDs muy eficientes en comparación con las bombillas incandescentes. El color de la luz depende del material semiconductor utilizado, que determina la longitud de onda del fotón emitido.
El proceso paso a paso
1. Conexión de voltaje:
Al aplicar un voltaje a través del LED, los portadores de carga (electrones en
el semiconductor tipo n y huecos en el tipo p) se mueven.
2. Junta PN:
La unión entre las capas de tipo n (con exceso de electrones) y tipo p (con
exceso de huecos) es donde ocurre la emisión de luz.
3. Recombinación:
Cuando un electrón de la banda de conducción se encuentra con un hueco en la
banda de valencia, cae a esta banda.
4. Emisión de fotones:
Al caer, el electrón libera su exceso de energía en forma de un fotón (una
partícula de luz).
5. Luz y color:
La energía de este fotón determina su longitud de onda, que percibimos como un
color específico. Diferentes materiales semiconductores están diseñados para
liberar fotones con diferentes energías, lo que produce distintos colores de
luz.
¿Por qué son eficientes?
• Pocas pérdidas de
calor:
A diferencia de las bombillas incandescentes que generan mucha luz como calor,
los LEDs convierten la mayor parte de la energía eléctrica en luz.
• Conversión directa:
La energía eléctrica se convierte directamente en fotones, sin necesidad de
calentar un filamento.
¿Cómo se obtiene la luz blanca?
• Conversión con fósforo:
Se aplica una capa de fósforo a un LED azul; la luz azul excita el fósforo,
que a su vez emite luz amarilla. La mezcla de luz azul y amarilla es percibida
como luz blanca por nuestros ojos.
• Mezcla de colores RGB:
Se utilizan tres LED separados (rojo, verde y azul). Al mezclar la luz de
estos tres colores en las proporciones adecuadas, se puede crear luz blanca,
como explica Wikipedia.
EL COLOR DEL LED DEPENDE DEL MATERIAL SEMICONDUCTOR UTILIZADO
El color de la luz de un LED está determinado por la brecha energética del
material semiconductor, que a su vez depende de la longitud de onda de la
luz emitida. Diferentes aleaciones, como AlGaInP (para rojo, naranja y amarillo) o InGaN
(para verde, azul y ultravioleta), producen colores distintos.
Relación entre material y color
• Nitruro de galio-indio
(InGaN): Produce LEDs de alta luminosidad de color azul, verde y ultravioleta.
• Fosfuro de aluminio indio galio
(AlGaInP): Se utiliza para fabricar LEDs de alta luminosidad de color amarillo, naranja
y rojo.
• Arseniuro de galio-aluminio
(AlGaAs): Se emplea para crear LEDs rojos e infrarrojos.
• Fosfuro de galio (GaP): Produce LEDs verdes y amarillos.
¿Cómo funciona?
1. Material semiconductor:
El semiconductor es el componente central de un LED.
2. Brecha energética:
La propiedad clave del material es su brecha de energía. Esta es la diferencia
entre los niveles de energía en los que los electrones pueden estar.
3. Emisión de luz:
Cuando se aplica corriente eléctrica, los electrones se mueven y, al
recombinarse, liberan energía en forma de fotones (luz).
4. Color de la luz:
La energía liberada (y, por lo tanto, el color) depende directamente de la
brecha energética del material semiconductor.
Desarrollo y evolución
El desarrollo de los ledes azules en los años 90, basados en el nitruro de
galio (GaN), fue un hito importante, ya que completó la gama de colores
disponibles y permitió la creación de ledesblancos (combinando luz azul y un
fósforo amarillo), ampliando enormemente las aplicaciones de esta
tecnología.
Desarrollo comercial inicial
Los primeros ledes comerciales fueron generalmente usados para sustituir a las
lámparas incandescentes y las lámparas indicadoras de neón así como en los
visualizadores de siete segmentos. Primero en equipos costosos tales como
equipos electrónicos y de ensayo de laboratorio, y más tarde en otros
dispositivos eléctricos como televisores, radios, teléfonos, calculadoras, así
como relojes de pulsera. Hasta 1968, los ledes visibles e infrarrojos eran
extremadamente costosos, del orden de 200 dólares por unidad, por lo que
tuvieron poca utilidad práctica. La empresa Monsanto Company fue la primera
que produjo de manera masiva ledes visibles, utilizando fosfuro de arseniuro
de galio (GaAsP) en 1968 para producir ledes rojos destinados a los
indicadores.
Hewlett-Packard (HP) introdujo los ledes en 1968, inicialmente utilizando
GaAsP suministrado por Monsanto. Estos ledes rojos eran lo suficientemente
brillantes como para ser utilizados como indicadores, puesto que la luz
emitida no era suficiente para iluminar una zona. Las lecturas en las
calculadoras eran tan débiles que sobre cada dígito se depositaron lentes de
plástico para que resultaran legibles. Más tarde, aparecieron otros colores
que se usaron ampliamente en aparatos y equipos. En la década de los 70
Fairchild Optoelectrónics fabricó con éxito comercial dispositivos led a menos
de cinco centavos cada uno. […]
Led azul
No fue fácil fabricar ledes azules. Estos fueron desarrollados por primera vez
por Henry Paul Maruska de RCA en 1972 utilizando nitruro de Galio (GaN) sobre
un substrato de zafiro. Se empezaron a comercializar los de tipo SiC
(fabricados con carburo de silicio) por la casa Cree, Inc., Estados Unidos en
1989. Sin embargo, ninguno de estos ledes azules era muy brillante.
El primer led azul de alto brillo fue presentado por Shuji Nakamura de la
Nichia Corp. en 1994 partiendo del material Nitruro de Galio-Indio (InGaN).
[…]
Led blanco y evolución
El logro de una alta eficiencia en los ledes azules fue rápidamente seguido
por el desarrollo del primer led blanco. […] La mezcla resultante de rojo,
verde y azul se percibe por el ojo humano como blanco… […]
Los primeros ledes blancos eran caros e ineficientes…
[…]
La emisión luminosa y la eficiencia de los ledes azul y ultravioleta cercano
aumentaron a la vez que bajó el coste de los dispositivos de iluminación con
ellos fabricados, lo que condujo a la utilización de los ledes de luz blanca
para iluminación. El hecho es que están sustituyendo a la iluminación
incandescente y la fluorescente.
Los ledes blancos pueden producir 300 lúmenes por vatio eléctrico a la vez que
pueden durar hasta 100 000 horas. Comparado con las bombillas de
incandescencia esto supone no solo un incremento enorme de la eficiencia
eléctrica, sino también un gasto similar o más bajo por cada bombilla.
ENLACE: Para leer la historia completa de los ledes, haga clic
Aquí, y tendrá acceso a Wikipedia
PARTES DE UN LED
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