El LED (Diodo Emisor de Luz)

El Diodo Emisor de Luz, también conocido como LED (Light-Emitting Diode), es un dispositivo semiconductor que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN y circula por él una corriente eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia.

El color depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo. Los diodos emisores de luz que emiten luz ultravioleta también reciben el nombre de UV LED (UltraViolet Light-Emitting Diode) y los que emiten luz infrarroja suelen recibir la denominación de IRED (Infra-Red Emitting Diode).

Funcionamiento Físico

En los materiales semiconductores, un electrón al pasar de la banda de conducción a la de valencia, pierde energía. Esta energía perdida se manifiesta como un fotón* o como otra forma de energía (calor, por ejemplo). El tipo de material semiconductor determina principalmente cómo se manifiesta esta energía.

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 (como el nitruro de Galio) que en los semiconductores de banda prohibida indirecta (como el Silicio).

La emisión espontánea, por tanto, no se produce de forma notable en todos los diodos y sólo es visible en diodos como los LEDs de luz visible, que tienen una disposición constructiva especial para 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 caso de que el diodo libere la energía en forma de radiación ultravioleta, se puede aprovechar esta radiación para producir radiación visible, mediante sustancias fluorescentes o fosforescentes que absorban la radiación ultravioleta emitida por el diodio y posteriormente emitan luz visible.

Representación Simbólica del Diodo LED

A (p) C o K (n)

El dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que esto no influye en el color de la luz emitida.

Usualmente, un LED es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, por lo que el patrón de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo. Para obtener una buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED. Hay que tener en cuenta que el voltaje de operación va desde 1,8 hasta 3,8 voltios aproximadamente (relacionado con el material de fabricación y el color de la luz que emite) y la gama de intensidades que debe circular por él varía según su aplicación.

Valores típicos de corriente directa de polarización de un LED están comprendidos entre los 10 y los 40 mA.

En general, los LEDs suelen tener mejor eficiencia cuanto menor es la corriente que circula por ellos. Por lo tanto, en su operación optimizada, se suele buscar un compromiso entre la intensidad luminosa que producen (mayor cuanto mayor es la intensidad que circula por ellos) y la eficiencia (mayor cuanto menor es la intensidad que circula por ellos).

El primer LED que emitía en el espectro visible fue desarrollado por el ingeniero de General Electric, Nick Holonyak, en 1962.

* Fotón: es la partícula mediadora de la interacción electromagnética. Los fotones están asociados a cualquier radiación electromagnética.

Ventajas de la Tecnología LED

• Menor disipación de calor: La incandescencia emite luz en todo el espectro visible, siendo el difusor (que hace de filtro) quien deja pasar sólo el color requerido y el resto del espectro se transforma en calor. El diodo LED emite luz monocromática directamente, en la longitud de onda de color requerido, por lo que no existe la transformación de luz en calor.
• Mayor eficiencia: Toda la luz emitida por el foco luminoso es aprovechada en la iluminación del punto de luz.
• Mayor vida útil: La vida útil de la lámpara incandescente es de 6.000 h, mientras que la del LED puede llegar a 100.000 h, es decir, 17 veces mayor.
• Altos niveles de flujo e intensidad dirigida.
• Gran variedad para múltiples y diferentes opciones de diseño.
• Alta eficiencia y ahorro de energía.
• Luz blanca.
• Todos los colores (de 460 nm a 650 nm).
• Bajos requerimientos de voltaje y consumo.
• Alta resistencia a los golpes y vibraciones.
• Sin radiación UV.
• Fácilmente controlados y programados.
• Diferentes formas con diferentes ángulos de radiación.