1.6 Led's

El diodo emisor de luz (LED, por sus siglas en inglés de: Light Emitting Diode) es como su nombre lo indica un diodo semiconductor de juntura P-N que emite luz visible o radiación cercana a la infrarroja  cuando se encuentra polarizado.

Figura 1.21: Símbolo y polarización del LED

En polarización directa, todos los diodos emiten una cierta cantidad de radiación cuando los pares electrón-hueco se recombinan, es decir, cuando los electrones caen desde la banda de conducción (de mayor energía) a la banda de valencia (de menor energía), es decir, requiere que la energía que posee un electrón libre se transfiera a otro estado. Indudablemente, la frecuencia de la radiación emitida y por ende su color, dependerá de la altura de la banda prohibida (diferencias de energía entre las bandas de conducción y valencia), dicho de otra forma, de los materiales empleados (cuadro 1.2). Los diodos convencionales, de Silicio o Germanio, emiten la mayor parte de esta energía en forma de calor y radiación infrarroja muy alejada del espectro visible, sin embargo con materiales especiales como el fosfuro arseniuro de Galio (GaAsP) o el fosfuro de Galio (GaP) pueden conseguirse longitudes de onda visibles. Los diodos LED, además tienen geometrías especiales para evitar que la radiación emitida sea reabsorbida por el material circundante del propio diodo, lo que sucede en los convencionales. Al proceso de emisión de luz mediante la aplicación de  una fuente de energía eléctrica se le llama electroluminiscencia. Como se muestra en la Figura 1.22.

Figura 1.22: Proceso de electroluminiscencia en el LED

La superficie conductora conectada al material P es mucho menor para permitir que salga un número máximo de fotones de energía lumínica. Nótese en la figura 1.22 que la recombinación de los portadores inyectados debido a la unión polarizada directamente da como resultado la emisión de luz en el sitio de la recombinación. Desde luego es posible que haya algo de absorción de los paquetes de energía fotónica en la propia estructura, pero un porcentaje bastante elevado es capaz de abandonarlo como se muestra en la figura.

El dispositivo semiconductor de un LED está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de cristal que usualmente se emplean en las bombillas. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida (cuadro 1.2), además tienen geometrías especiales para evitar que la radiación emitida sea reabsorbida por el material circundante del propio diodo, en la figura 1.23 se observa la apariencia física de un LED común.

Figura 1.23: Apariencia física de los LED’s.

En el siguiente cuadro se observan los  materiales mas usados en la fabricación de diodos emisores de luz.

Compuesto	Color	Frecuencia
Arseniuro de Galio (GaAs)	Infrarrojo	940nm
Arseniuro de Galio y Aluminio (AlGaAs)	Rojo e infrarrojo	890nm
Arseniuro fosfuro de Galio (GaAsP)	Rojo, naranja y amarillo	630nm
Fosfuro de Galio (GaP)	Verde	555nm
Nitruro de Galio (GaN)	Verde	525nm
Seleniuro de Zinc (ZnSe)	Azul
Nitruro de Galio e Indio (InGaN)	Azul	450nm
Carburo de Silicio (SiC)	Azul	480nm
Diamante (C)	Ultravioleta
Silicio (Si)	En desarrollo

Cuadro 1.2: Materiales usados para la fabricación de LED’s

Algunos conceptos importantes que los fabricantes proporcionan son:

·         La corriente máxima directa es de 20 mA, con 10 mA como nivel típico de operación, como se indica en la columna de condiciones de prueba.

·         El nivel de Vp bajo las condiciones de polarización directa se lista como Vf y se extiende desde 2.2 hasta 3 V. En otras palabras uno puede esperar una corriente típica de operación de alrededor de 10 mA a 2.5 volts para una buena emisión de luz.

Los valores anteriores son nominales máximos absolutos a TA = 25° C.

Otros valores importantes como característica eléctrico/ópticas a TA = 25° C son:

·         Intensidad luminosa axial (Iv), que se mide en candelas. Una candela emite un flujo luminoso de 4p lumen y establece una iluminación de 1 pie candela sobre un área de 1 pie cuadrado a un pie  de distancia desde la fuente luminosa.

·         Eficiencia luminosa (h_v). Por definición el término eficiencia es una medida de la capacidad de un dispositivo para producir un efecto deseado. Para el LED esto corresponde a la porción del número de lúmenes generado por watt aplicado de energía eléctrica.

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, los convierten en los dispositivos mas usados en todo tipo de indicadores de estado (encendido/apagado) en dispositivos de señalización (de tráfico, de emergencia, etc.) y en paneles informativos (el mayor del mundo, del NASDAQ, tiene 36,6 metros de altura y está en Times Square, Manhattan). Sin embargo una de las aplicaciones más populares de los LEDs esta en el arreglo de 7 LEDs (segmentos) como se muestra en la figura.

Figura 1.24: Display de 7 segmentos