Para comprender qué es un LED, primero debe comprender su designación generalmente aceptada, representada en inglés como LED. Traducido, esto literalmente significa "emitir pequeños LED". Desde un punto de vista técnico, son dispositivos semiconductores que convierten la corriente eléctrica en radiación de luz visible. Este producto más simple en su apariencia y diseño se diferencia notablemente de los dispositivos de iluminación típicos: lámparas incandescentes y similares.
Historia de origen
El dispositivo y el principio de funcionamiento de los emisores LED son más fáciles de entender si se familiariza con el trasfondo de su aparición. Por primera vez, este producto emisor nació en 1962 en forma de diodo rojo monocromático. A pesar de una serie de deficiencias, se reconoció que su tecnología de fabricación era prometedora. Una década después de mostrar la muestra roja, los LED verdes y amarillos se presentaron al público en general. Debido a su bajo retroceso, estos productos se utilizaron principalmente dentro del hogar como indicadores en los paneles frontales de los electrodomésticos.
Con el tiempo, la intensidad del brillo se incrementó varias veces, y en los años 90 del siglo pasado fue posible hacer una muestra con un flujo luminoso igual a 1 lumen. En 1993, el ingeniero japonés S. Nakamura creó el primer diodo azul, que se distingue por un mayor nivel de luminosidad. A partir de ese momento, sus desarrolladores aprendieron cómo obtener cualquier color del espectro visible, incluido el blanco.
Gracias a las notables características de los productos LED, con el tiempo, se han convertido en un serio competidor de las bombillas incandescentes que son familiares para muchos.
Desde 2005, la industria domina la producción de LED blancos con un flujo luminoso de hasta 100 lm y más. Además, aprendieron a realizar elementos de iluminación con diferentes tonalidades de blanco ("cálido", "frío" y otros brillos).
El dispositivo y el principio de formación de radiación.
Para comprender cómo funciona un LED, en primer lugar, debe tener en cuenta una serie de puntos con respecto a su diseño:
- la base del elemento LED es un cristal semiconductor que pasa corriente solo en una dirección;
- el dispositivo LED clásico asume la presencia de un sustrato aislante;
- el cuerpo de vidrio del diodo protege confiablemente el cristal de influencias externas y es al mismo tiempo un elemento de dispersión;
- hay dos contactos en la parte posterior de la caja, a los que se alimenta el LED con energía eléctrica.
Para aumentar la vida útil del dispositivo emisor, el espacio entre la lente difusora y el cristal en sí se rellena con un compuesto de silicona transparente.
En la estructura de algunos LED, se proporciona un sustrato de aluminio especial, que es la base del dispositivo y al mismo tiempo elimina el exceso de calor.
Es más fácil entender cómo funciona un LED al examinar una unión de semiconductores, que los profesionales denominan unión de agujeros de electrones. Su nombre está asociado con la diferente naturaleza de los principales portadores en la capa límite de las dos estructuras. En un semiconductor, hay un exceso de electrones en el límite de contacto y en el material adyacente hay un exceso de agujeros.En el proceso de fabricación de una unión semiconductora, penetran en la capa adyacente, formando una barrera potencial que evita su polarización inversa. El valor de la tensión directa en el LED durante su funcionamiento depende del ancho de la unión.
Cuando se aplica al diodo un potencial de una polaridad dada y un valor generado por una fuente de corriente constante, es posible desplazar la unión en la dirección deseada. Esto conducirá a su apertura y la aparición de un contraflujo de partículas con carga opuesta. Cuando chocan, los cuantos de energía luminosa (fotones) se emiten dentro de los límites de la transición. Dependiendo de la tasa de repetición de estos pulsos, la radiación adquiere una cierta coloración de color.
¿Qué determina el color del LED?
En la fabricación de LED, se utilizan varios tipos de materiales semiconductores, cuya elección determina el tono de color que emiten.
La capacidad de distinguir colores es una propiedad innata del ojo humano, capaz de capturar sus gradaciones con gran precisión. Está indisolublemente ligado a la longitud de onda de la radiación cuántica que las ondas electromagnéticas de cierta frecuencia llevan consigo. En este caso, se forman pulsos de luz en el borde de unión del semiconductor del LED.
Al estudiar las propiedades de varios semiconductores en una etapa temprana de su estudio, los científicos han identificado materiales como el fosfuro de galio, así como compuestos ternarios AlGaAs y GaAsP. Al usarlos, fue posible obtener radiación roja y amarillo-verde. Hoy en día, para obtener varias combinaciones de colores, se utilizan combinaciones más complejas de aluminio con indio y galio (AllnGaP) o nitruro de indio-galio (InGaN). Estos semiconductores son capaces de soportar corrientes importantes, lo que permite obtener de ellos una alta eficacia luminosa.
Técnica de mezcla de colores
Las modernas tiras de diodos y los grupos modulares de LED son capaces de producir varios tonos de la gama de luz. Dado que una transición genera radiación monocromática, se requiere un dispositivo de varios chips para crear un brillo multicolor. Este complejo producto funciona como un monitor de computadora, en el que es posible obtener casi cualquier tono (para esto, se utiliza un módulo RGB especial).
Aprovechando este principio de formación de sombras, fue posible obtener un brillo blanco, que es muy utilizado en los proyectores LED, por ejemplo. Para hacer esto, los tres colores originales o base se mezclaron en proporciones iguales.
También se puede obtener combinando estructuras de diodos de radiación ultravioleta o azul con un recubrimiento de tipo fósforo amarillo.
Características de la fabricación de LED
Para comprender cómo se fabrican los LED, debe familiarizarse con las características estructurales en términos de las tecnologías utilizadas en la fabricación. Por lo tanto, al considerar los detalles de su producción, en primer lugar, se tienen en cuenta los siguientes puntos:
- un método específico para formar el color de la radiación (matriz o fósforo);
- para cuántos voltios están diseñados los LED y qué valor de corriente soportan;
- qué tecnología le permite obtener la mejor calidad de brillo y es más barata.
La fabricación de chips utilizando un esquema de matriz le costará más al fabricante, lo que se compensa con la alta calidad de la radiación. Las desventajas de los fósforos incluyen una baja emisión de luz, así como un color de radiación no completamente puro. Además, tienen una vida laboral más corta y es más probable que fallen.
En la fabricación de diodos indicadores simples con un voltaje directo de 2-4 voltios, su transición se calcula para pequeñas corrientes (hasta 50 mA). Para crear dispositivos de iluminación completos y circuitos de puente LED, se requerirán dispositivos con altas tasas de corriente (hasta 1 amperio). Si en un módulo los diodos están conectados en una cadena en serie, el voltaje total en sus uniones alcanza los 12 o incluso los 24 voltios.Al fabricar productos, el plus de cada LED se marca de forma especial (se hace un pequeño saliente en la pata correspondiente).
Aplicaciones y control de brillo
Debido a la variedad de modificaciones, los productos LED se utilizan ampliamente en varios campos:
- en la fabricación de lámparas de bajo consumo instaladas en una lámpara de araña típica, por ejemplo, o en un aplique de pared ordinario;
- para su uso como iluminadores en linternas en miniatura generalizadas, así como en estructuras más grandes como "lámparas de camping para acampar";
- si es necesario, iluminación decorativa de locales en forma de cintas largas con diferentes colores.
Su uso se debe al grado de resistencia del dispositivo a los factores climáticos, evaluado por la clase de protección del producto. Dependiendo del diseño, se utilizan solo en interiores o pueden funcionar en espacios abiertos (como decoración para vallas publicitarias o lluvia LED, en particular).
Puede controlar el nivel de luminosidad en una lámpara o candelabro común de varias formas. Para ello, se utilizan con mayor frecuencia circuitos electrónicos especiales, que permiten modular la amplitud y otros parámetros de los pulsos de luz. Para la conveniencia de trabajar con equipos domésticos, dicho módulo se fabrica en forma de un panel de control estándar.
