A diferencia de las lámparas de incandescencia cuyo funcionamiento es por una determinada tensión, los Led funcionan por la corriente que los atraviesa. Su conexión a una fuente de tensión constante debe estar protegida por una resistencia limitadora.
3.3.2.- TEORIA DE LAS 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.Ů 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.࠼/font>
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.༯font>
En el caso de los diodos Led los electrones consiguen saltar fuera de la estructura en forma de radiación que percibimos como luz (fotones).
Composición de los LEDS
3.4.1.- 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.Ŭ constituido por GaAsP consiste en una capa p obtenida por difusión de Zn durante el crecimiento de un cristal n de GaAsP, formado en un substrato de GaAs, por el método de crecimiento epitaxial en fase gaseosa.ctualmente se emplea los Led de GaAlAs debido a su mayor luminosidad.
3.4.2.- 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.࠼/font>
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.࠼/font>
Como novedad importante en estos Leds se mezcla el área emisora con una trampa isoelectrónica de nitrógeno con el fin de mejorar el rendimiento.
3.4.3.- 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.ࠌa disminución de impurezas a larga la vida de los portadores, mejorando la cristalinidad.
Estructura de un LED
Existen numerosos encapsulados disponibles para los leds y su cantidad se incrementa de año en año a medida que las aplicaciones de los leds se hacen más especificas.༯font>
Por ahora nos detendremos a estudiar las partes constitutivas de un led a través de la siguiente imagen la cual representa tal vez el encapsulado más popular de los leds que es el T1 e 5mm. de diámetro.༯font>
Como vemos el led viene provisto de los dos terminales correspondientes que tienen aproximadamente 2 a 2,5 cm de largo y sección generalmente de forma cuadrada. En el esquema podemos observar que la parte interna del terminal del cátodo es más grande que el ánodo, esto es porque el cátodo está encargado de sujetar al sustrato de silicio, por lo tanto será este terminal el encargado de disipar el calor generado hacia el exterior ya que el terminal del ánodo se conecta al chip por un delgado hilo de oro, el cual prácticamente no conduce calor. Es de notar que esto no es así en todos los leds, solo en los últimos modelos de alto brillo y en los primeros modelos de brillo estándar, ya que en los primeros led de alto brillo es al revés. Por eso no es buena política a la hora de tener que identificar el cátodo, hacerlo observando cual es el de mayor superficie. Para eso existen dos formas más convenientes, la primera y más segura es ver cuál es el terminal más corto, ese es siempre el cátodo no importa que tecnología sea el led. La otra es observarଡ marca plana que también indica el cátodo, dicha marca plana es una muesca o rebaje en un reborde que tiene los leds. Otra vez este no es un método que siempre funciona ya que algunos fabricantes no incluyen esta muesca y algunos modelos de leds pensados para aplicaciones de clúster donde se necesitan que los leds estén muy pegados, directamente no incluye este reborde.༯font>
El terminal que sostiene el sustrato cumple otra misión muy importante, la de reflector, ya que posee una forma parabólica o su aproximación semicircular, este es un punto muy crítico en la fabricación y concepción del led ya que un mal enfoque puede ocasionar una pérdida considerable de energía o una proyección despareja.༯font>
Un led bien enfocado debe proyectar un brillo parejo cuando se proyecta sobre una superficie plana. Un led con enfoque defectuoso se puede identificar porque proyecta formas que son copia del sustrato y a veces se puede observar un aro más brillante en el exterior de circulan, síntoma seguro de que la posición del sustrato se encuentra debajo del centro focal del espejo terminal.༯font>
Dentro de las características ópticas del led aparte de su luminosidad esta la del ángulo de visión, se define generalmente el ángulo de visión como el desplazamiento angular desde la perpendicular donde la potencia de emisión disminuye a la mitad. Según la aplicación que se le dará al led se necesitara distintos ángulos de visión así son típicos leds con 4, 6, 8, 16, 24, 30, 45,60 y hasta 90 grados de visión. Generalmente el ángulo de visión está determinado por el radio de curvatura del reflector del led y principalmente por el radio de curvatura del encapsulado. Por supuesto mientras más chico sea el ángulo yࡠigual sustrato semiconductor se tendrá una mayor potencia de emisión y viceversa.༯font>
Otro componente del led que no es muestra en la figura pero que es común encontrarlo en los led de 5mm son los stand-off o separadores, son topes que tienen los terminales y sirven para separar los leds de la plaqueta en aplicaciones que así lo requieren, generalmente si se va colocar varios leds en una plaqueta conveniente que no tenga stand – off ya que de esta forma el encapsulado del led puede apoyarse sobre la plaqueta lo que le dará la posición correcta, esto es especialmente importante en leds con ángulo de visión reducido.Por último tenemos el encapsulado epoxi que es el encargado de proteger al semiconductor de las inclemencias ambientales y como dijimos ayuda a formar el haz de emisión.Existen básicamente 4 tipos de encapsulado si lo catalogamos por su color.砠࠼/font>
࠭ࠠTransparente o clear water (agua transparente): Es el utilizado en leds de alta potencia de emisión, ya que el propósito de estos leds es fundamentalmente iluminar, es importante que estos encapsulados no absorban de ninguna manera la luz emitida.༯font>
-ࠠ༢>Coloreados o tinted: Similar al anterior pero coloreado con el color de emisión de sustrato similar al vidrio de algunas botellas, se usa principalmente en leds de mediana potencia y/o donde sea necesario identificar el color del led aun apagado.༯font>
-ࠠࠠDifuso o difused: Estos leds tiene un aspecto más opacos que el anterior y están coloreados con el color de emisión, poseen pequeñas partículas en suspensión de tamaño microscópicos que son las encargadas de desviar la luz, este tipo de encapsulado le quita mucho brillo al led pero le agrega mucho ángulo de visión ya que los múltiples rebotes de la luz dentro del encapsulo le otorgan un brillo muy parejo sobre casi todos los ángulos prácticos de visión.༯font>
-ࠠࠠLechosos o Milky: Este tipo de encapsulado es un tipo difuso pero sin colorear, estos encapsulado son muy utilizados en leds bicolores o multicolores. El led bicolor es en realidad un led doble con un cátodo común y dos ánodos (3 terminales) o dos led colocados en contraposición (2 terminales). Generalmente el primer caso con leds rojo y verde es el más común aunque existen otras combinaciones incluso con más colores.࠼/font>
Es muy importante hacer notar que en todos los casos el sustrato del led es el que determina el color de emisión y no el encapsulado. Un encapsulado con frecuencia de paso distinta a la frecuencia de emisión del sustrato solo lograría filtrar la luz del led, bajando así su brillo aparente al igual que todo objeto colocado delante de él.༯font>
Funcionamiento físico
Un electrón al pasar de la banda de conducción a
la de valencia, pierde energía; esta energía perdida
se puede manifestar en forma de un fotón desprendido, con una amplitud,
una dirección y una fase aleatoria. El que esa energía perdida
cuando pasa un electrón de la banda de conducción a la de valencia
se manifieste como un fotón desprendido o como otra forma de energía
(calor por ejemplo) va a depender principalmente del tipo de material semiconductor.
Cuando un diodo semiconductor se polariza directamente, los huecos de
la zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n
hacia la zona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que
circula por el diodo.
Si los electrones y huecos están en la misma región, pueden recombinarse,
es decir, los electrones pueden pasar a "ocupar" los huecos, "cayendo"
desde un nivel energético superior a otro inferior más estable.
Este proceso emite con frecuencia un fotón en semiconductores
de banda prohibida directa o "direct bandgap" con la energía
correspondiente a su banda prohibida. Esto no quiere decir que en los demás
semiconductores (semiconductores de banda prohibida indirecta o "indirect
bandgap") no se produzcan emisiones en forma de fotones; sin embargo, estas
emisiones son mucho más probables en los semiconductores de banda prohibida
directa que en los semiconductores de banda prohibida indirecta.
La emisión espontánea, por tanto, no se produce de forma notable
en todos los diodos y sólo es visible en diodos como los LEDes de luz
visible, que tienen una disposición constructiva especial con el propósito
de evitar que la radiación sea reabsorbida por el material circundante,
y una energía de la banda prohibida coincidente con la correspondiente
al espectro visible. En otros diodos, la energía se libera principalmente
en forma de calor, radiación infrarroja o radiación
ultravioleta. En el caso de que el diodo libere la energía en forma de
radiación ultravioleta, se puede conseguir aprovechar esta radiación
para producir radiación visible, mediante sustancias fluorescentes o fosforescentes que
absorban la radiación ultravioleta emitida por el diodo y posteriormente
emitan luz visible.
3.7.- COMO ELEGIR UN DIODO LED
A continuación mostraremos unos parámetros, con lo cual se puede elegir:
3.7.1.- DIMENSIONES Y COLOR DEL DIODO
Actualmente los Leds tienen diferentes tamaños, formas y colores. Tenemos Leds redondos, cuadrados, rectangulares, triangulares y con diversas formas. Los colores básicos son rojo, verde y azul, aunque podemos encontrarlos naranjas, amarillos incluso hay un Led de luz blanca.̡s dimensiones en los Led redondos son 3mm, 5mm, 10mm y uno gigante de 20mm. Los de formas poliédricas suelen tener unas dimensiones aproximadas de 5x5mm.࠼/font>
3.7.2.- ANGULO DE VISTA
Esta característica es importante, pues de ella depende el modo de observación del Led, es decir, el empleo práctico de aparato realizado. Cuando el Led es puntual la emisión de luz sigue la ley de Lambert, permite tener un ángulo de vista relativamente grande y el punto luminoso se ve bajo todos los ángulos.༢>
3.7.3.- LUMINOSIDAD
La intensidad luminosa en el eje y el brillo están intensamente relacionados. Tanto si el Led es puntual o difusor, el brillo es proporcional a la superficie de emisión.ө el Led es puntual, el punto será más brillante, al ser una superficie demasiado pequeña. En uno difusor la intensidad en el eje es superior al modelo puntual.
OLEDS
Una fuente de luz natural desarrollada por científicos estadounidenses podría transformar radicalmente la iluminación eléctrica, dejando atrás a la tradicional bombilla.
El diodo orgánico emisor de luminosidad, conocido como OLED (Organic Light-emitting Diode), es un nuevo material que puede ser impreso en finas láminas y permitir que las paredes de una vivienda, el techo o hasta los muebles generen luz.
Según explica la última edición de la revista Nature, un OLED emite un resplandor blanco cuando es conectado a una fuente eléctrica.
Más de 20% de la electricidad que utilizan los edificios en Estados Unidos se va en la generación de luz (la mitad utiliza bombillas tradicionales).
Por eso, la comunidad científica ha buscado formas de disminuir esta gigantesca demanda de energía.
El trabajo de estos investigadores explota las propiedades de los polímeros basados en carbono para producir un resplandor blanco.
Hasta la fecha no se había podido conseguir una manera de generar luz con este método capaz de iluminar la habitación de una vivienda. Sin embargo, los científicos crearon el nuevo material con muy finas láminas de OLED teñidas de verde, rojo y azul, que con el paso de la electricidad genera una incandescencia blanca. Intentos anteriores habían fracasado porque el material orgánico teñido de azul -que genera una luz del mismo color- tiene una corta duración. El nuevo polímero utiliza un material azul fluorescente que dura más y requiere de menos energía, tanto así que los investigadores creen que puede convertir toda electricidad en luminosidad sin el calor de las bombillas. Además, el material podría ser impreso sobre vidrio o plástico para crear grandes áreas de luz con un bajo costo. Sin embargo, todavía hay un tema por resolver: la humedad contamina el nuevo material y todavía no hay manera de evitarlo.
Ventajas y desventajas
VENTAJAS
Eficiencia:༯b>LED emiten más luz por vatio queଡs bombillas
incandescentesӵ eficacia no se ve afectada por la forma y tamaño,
a diferencia de las bombillas fluorescentes o tubos.
Color:༯b>LED puede emitir luz de un color por objeto sin usar los filtros de color como la iluminación de los métodos tradicionales necesitan.ųto es más eficaz y puede reducir los costos iniciales.
Tamaño:༯b>Los LEDs pueden ser muy pequeños (menores de 2 mmy son fáciles de población en las placas de circuitos impresos.
On / Off del tiempo:༯b>los indicadores se encienden muy rápidamente.ծ
indicador rojo típico LED se logre el brillo completo en menos de
un୩crosegundoLED utilizados en dispositivos de comunicación
pueden tener incluso más rápido tiempo de respuesta.
Atenuación:༯b>LEDs pueden ser fácilmenteࡴenuadasଠ
ya sea por୯dulación de ancho de pulsobajar la corriente directa.
Enfriar la luz:༯b>En contraste con la mayoría de las
fuentes de luz, LED irradia muy poco calor en forma deɒe pueden causar
daños a los objetos sensibles o tejidos.Ŭ despilfarro de energía
se dispersa en forma de calor a través de la base de la LED.
Vida útil:༯b>los LED puede tener una vida útil relativamente larga.ծ informe estima entre 35.000 y 50.000 horas de vida útil, aunque el tiempo para completar el fracaso puede ser mayor.
Resistencia de choque:༯b>LED, siendo el estado componentes sólidos, son difíciles de daños con el shock externo, a diferencia de las bombillas incandescentes y fluorescentes que son frágiles.
Enfoque:༯b>El paquete sólido de los LED puede ser diseñada para enfocar la luz.entes incandescentes y fluorescentes a menudo requieren un reflector externo para recoger la luz y dirigirla de una manera utilizable.
Baja toxicidad:༯b>LED no contienenrcurioଠa diferencia deଡs
lámparas fluorescentes/font>
DESVENTAJAS
Dependencia con la temperatura:༯b>el rendimiento del LED depende
en gran medida de la temperatura ambiente del sistema operativo.ĵrante
la conducción de un LED en ambientes con altas temperaturas puede
provocar un sobrecalentamiento del paquete de LED, con el tiempo conduce
a fallo del dispositivo.decuadaऩsipación de calorॳ necesario
para mantener una larga vida.ųto es especialmente importante en, médicos,
militares y usos del automóvil que los dispositivos deben operar
en un amplio rango de temperaturas, y la necesidad de las bajas tasas de
fracaso.
la sensibilidad de tensión:༯b>LED debe ser alimentado con la tensión por encima del umbral y una corriente por debajo de la calificación.ųto puede implicar resistencias en serie o reguladas fuentes de alimentación de corriente.༯font>
la calidad de luz:༯b>La mayoría de enfriamiento̅Ds
blancosഩenen un espectro que difieren significativamente de unࣵerpo
negroथl radiador como el sol o una luz incandescente. El pico a 460 nm
y la inmersión de 500 nm puede hacer que el color de los objetos
que seథrciben de manera diferente८ blanco iluminación LED-cool
que o incandescentes fuentes de luz solar, debido atamerismoଠ superficies
rojas que se queden en peor situación por fósforo típicos
basados fresco -LEDs blancos.༯font>
peligro Azul:༯b>Hay una preocupación de queଯs LEDs
azulesfríos-̅D blancos೯n ahora capaces de sobrepasar los límites
de seguridad de la llamadaथ la luz azul de riesgotal como se define en
las especificaciones de seguridad para los ojos, tales como ANSI / IESNA
RP-27.1-05: Práctica recomendada fotobiológica para la Seguridad
y Sistemas de la lámpara de la lámpara.࠼/font>
Azul contaminación:༯b>Porque fría̅Ds blancosਥs
decir, los LED de altaഥmperatura de coloremiten más luz azul
proporcional de las fuentes convencionales de luz al aire libre, tales como
alta presión,ଦaacute;mparas de vapor de sodioଠla longitud de
onda fuerte dependencia de laऩspersión de Rayleigh୳ignifica que
los LEDs blancos frescos puede causar más contaminación lumínicaथ
otras fuentes de luz.༯font>
Aplicaciones
A continuación, observaremos las aplicaciones mas importantes a nivel mundial:
6.1- Para la Iluminación de letras corpóreas con LEDs
6.2- Ensamblaje de displays y tableros electrónicos con LEDs
6.3- Iluminación de Ambientes con LEDs
6.4- Iluminación de Vehículos con LEDs
6.5- Iluminación de Shows y Eventos con LEDs
6.6- Iluminación de Acuarios, Fuentes y Cascadas con LEDs
6.7- Iluminación de Plantas y Jardines con LEDs
6.8- Televisores con Tecnología LED
Citas y/o referencias
7.1.- NOTAS O CONCLUSIONES:
Es importante la Tecnología de los LED ya que nos brinda bondades que no ofrecen otras tecnologías, como el hecho de cambiar de colores, de tonalidades, de intensidad, lo cual se hace de manera relativamente sencilla, además de que por su tamaño puede ser usado en lugares y aplicaciones donde otras tecnologías no pueden acoplarse. Ciertamente el LED es una tecnología que está de moda, de ahí la importancia de estar bien informado acerca de sus bondades y sus limitantes. Además se puede decir que un LED es una fuente de luz con características especiales que lo hacen muy distinto a lo que se conocía en el mercado hasta su aparición. La Tecnología OLED es una ciencia que está buscando también su espacio dentro del desarrollo tecnológico de los LEDs , mediante nuevos métodos de diseño que permita tener grandes ventajas en diversas aplicaciones que requiera la gente.
7.2.- REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS:
Teoria de los Leds
Libros:
Angulo Usategui, Tose Maria
"Electrónica Fundamental"
Mileaf Harry
"Electrónica cuatro"
Beauvillavini, R: Laty
"Electrónica Tomo I"
Boylestad
"Electrónica de circuitos octava edición"
Teoría de los Leds y Gráficos
http://infoleds.wordpress.com/historia-de-los-leds/
http://infoleds.wordpress.com/caracteristicas-fisicas-de-los-leds/
http://www.ledsinternational.com/espanol/aplicaciones.htm
http://www.iluminet.com.mx/articulos-destacados/los-leds-y-la-importancia-de-estar-bien-informados/
http://infoleds.wordpress.com/fotos/
Autor:
Pablo Llivicura
Universidad Politécnica Salesiana
Sede Cuenca – Ecuador
Facultad de Ingeniería Eléctrica-Electrónica
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