Un LED es como una unión de p n normal diodopero con propiedades de emisión de luz. Su construcción y funcionamiento se puede explicar de la siguiente manera.
Funcionamiento del LED
Como un diodo ordinario, el diodo LED funciona cuando está orientado hacia adelante. En este caso, el semiconductor de tipo n está más dopado que el de tipo p que forma la unión p-n. Cuando está sesgado hacia adelante, la barrera de potencial se reduce y los electrones y agujeros se combinan en la capa de agotamiento (o capa activa), la luz o los fotones se emiten o irradian en todas las direcciones. Un típico golpe de figura que muestra la emisión de luz debido a la combinación de pares de electrones y agujeros en el sesgo hacia adelante.
La explicación de la emisión de fotones en un diodo LED se encuentra en la teoría de la banda de energía de los sólidos. Según esta teoría, el hecho de que la combinación electrón-agujero emita o no fotones depende de si el material tiene un hueco de banda directo o indirecto. Los materiales semiconductores que tienen una separación de banda directa son los que emiten fotones. En un material con un salto de banda directo, la parte inferior del nivel de energía de la banda de conducción se encuentra directamente por encima del nivel de energía superior de la banda de valencia en el diagrama Energía vs. Momento (vector de onda k). Cuando los electrones y el agujero se recombinan, la energía E = h correspondiente a la brecha de energía (eV) se escapa en forma de energía lumínica o fotones donde h es la constante de Plancks y es la frecuencia de la luz.
Gap de Banda Directa
Mientras que la brecha de banda indirecta es de naturaleza no radiactiva ya que la parte inferior de la banda de conducción no coincide con la parte superior de la banda de valencia y la energía correspondiente a la brecha de energía se da principalmente en forma de calor. Ejemplos de ello son el Si, el Ge, etc.
Brecha de banda indirecta
Un ejemplo de material que tiene una brecha de banda directa es el Arseniuro de Galio (GaAs), un semiconductor compuesto que es el material utilizado en los LEDs. Los átomos de dopante se añaden a los GaAs para dar una amplia gama de colores. Algunos de los materiales utilizados en los LEDs son:
- Arseniuro de Aluminio y Galio (AlGaAs) infrarrojo.
- Fosfuro de arsénico de galio (GaAsP) rojo, naranja, amarillo.
- Fosfuro de Aluminio y Galio (AlGaP) verde.
- Nitruro de galio de indio (InGaN) azul, azul-verde, cerca de UV.
- Seleniuro de Zinc (ZnSe) azul.
La estructura física del LED
El LED está estructurado de tal manera que la luz emitida no se reabsorbe en el material. Así se asegura que la recombinación electrón-agujero tenga lugar en la superficie.
La figura de arriba muestra las dos formas diferentes de estructurar la unión p-n de los LEDs. La capa de tipo p se hace más fina y crece en el sustrato de tipo n. Los electrodos metálicos adheridos a cada lado de la unión p-n sirven como nodos para la conexión eléctrica externa. La unión p-n del diodo emisor de luz está encerrada en una caja transparente en forma de cúpula para que la luz se emita uniformemente en todas las direcciones y se produzca la mínima reflexión interna.
La pata más grande del LED representa el electrodo o ánodo positivo.
También hay disponibles LEDs con más de 2 patas como configuraciones de 3, 4 y 6 pines para obtener multicolores en el mismo paquete de LEDs. Hay disponibles pantallas LED montadas en superficie que pueden ser montadas en los PCBs.
El índice de corriente de los LED es de unas pocas decenas de millones de amperios. Por lo tanto, es necesario conectar una alta resistencia en serie a él. La caída de voltaje de un LED es mucho mayor que la de un diodo ordinario y es de alrededor de 1,5 a 3,5 voltios.
LEDs de luz blanca o lámparas de LED blanco
Las lámparas LED, las bombillas, el alumbrado público se están volviendo muy populares en estos días debido a la muy alta eficiencia de los LED en términos de salida de luz por unidad de potencia de entrada (en miliWatts), en comparación con las bombillas incandescentes. Así que para las luces de uso general, se prefiere la luz blanca. Para producir luz blanca con la ayuda de los LEDs, se utilizan dos métodos:
- Mezcla de tres colores primarios RGB para producir luz blanca. Este método tiene una alta eficiencia cuántica.
- El otro método es cubrir un LED de un color con fósforo de otro color para producir luz blanca. Este método es comercialmente popular para fabricar bombillas y luces LED.
Aplicaciones de los LEDs
- Pantallas electrónicas como OLEDs, micro-LEDs, puntos cuánticos, etc.
- Como un indicador LED.
- En los mandos a distancia.
- Iluminación.
- Optoaisladores.
