Para comprender qué es un LED, primero debe comprender su designación generalmente aceptada, presentada en inglés como LED. Traducido, esto significa literalmente "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 dispositivo difiere notablemente de los dispositivos de iluminación típicos: lámparas incandescentes y similares.
Historia de ocurrencia
El dispositivo y el principio de funcionamiento de los emisores LED es más fácil de entender si se familiariza con los antecedentes de su aparición. Este producto radiante nació en 1962 en forma de un diodo rojo monocromático. A pesar de una serie de deficiencias, su tecnología de fabricación fue reconocida como prometedora. Una década después de la demostración de la muestra roja, los LED verde y amarillo se presentaron al público en general. Debido al bajo rendimiento, estos productos se utilizaron principalmente dentro de la casa como indicadores en los paneles frontales de los dispositivos electrónicos domésticos.
Con el tiempo, la intensidad del resplandor aumentó 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 de la historia, con un alto nivel de luminosidad. A partir de ese momento, sus desarrolladores aprendieron a obtener cualquier color del espectro visible, incluido el blanco.
Debido a las características notables 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 ha dominado la producción de LED blancos con un flujo luminoso de hasta 100 lm o más. Además, aprendimos a hacer elementos de iluminación con varios tonos de blanco ("cálido", "frío" y otros brillos).
Dispositivo y principio de formación de radiación.
Para comprender cómo se organiza el LED, en primer lugar, es necesario tener en cuenta una serie de puntos relacionados con su diseño:
- La base del elemento LED es un cristal semiconductor, que pasa la corriente solo en una dirección;
- El dispositivo LED clásico asume la presencia de un sustrato aislante;
- la caja de vidrio del diodo protege de manera confiable el cristal de las influencias externas y al mismo tiempo es un elemento de dispersión;
- En la parte posterior de la caja hay dos contactos a los que se suministra la energía eléctrica del LED.
Para aumentar el tiempo de respuesta del dispositivo emisor, el espacio entre la lente de dispersión y el cristal se llena con un compuesto de silicona transparente.
En la estructura de algunos LED, se proporciona un sustrato especial de aluminio, que es la base del dispositivo y, al mismo tiempo, elimina el exceso de calor.
El principio de funcionamiento del LED es más fácil de entender al examinar la unión de semiconductores, que los profesionales llaman transición de agujero de electrones. Su nombre está asociado con la naturaleza diferente de los portadores principales en la capa límite de dos estructuras. En un semiconductor hay un exceso de electrones en el límite de contacto, y en el material adyacente hay agujeros en exceso. En el proceso de fabricación de la unión de semiconductores, penetran en la capa adyacente, formando una barrera potencial que evita su polarización inversa.El voltaje directo en el LED durante su funcionamiento depende del ancho de la transición.
Cuando se suministra al diodo un potencial de una polaridad dada y un valor generado por una fuente de corriente continua, es posible cambiar la transición en la dirección deseada. Esto conducirá a su apertura y a la aparición de un flujo contrario de partículas con carga opuesta. Cuando chocan en los límites de transición, se emiten cuantos de energía luminosa: fotones. Dependiendo de la tasa de repetición de estos pulsos, la radiación adquiere un cierto 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 emitido por ellos.
La capacidad de distinguir el color es una propiedad innata del ojo humano, capaz de capturar sus gradaciones con gran precisión. Está inextricablemente relacionado con la longitud de onda de la radiación cuántica transportada por ondas electromagnéticas de cierta frecuencia. En este caso, se forman pulsos de luz en el límite de la transición de semiconductores del LED.
Al estudiar las propiedades de varios semiconductores en una etapa temprana de su estudio, los científicos identificaron materiales como el fosfuro de galio, así como los compuestos ternarios AlGaAs y GaAsP. Al usarlos, fue posible obtener radiación roja y amarilla-verde. Hoy, para obtener diferentes combinaciones de colores, las combinaciones de aluminio con indio y galio (AllnGaP) o nitruro de indio y galio (InGaN) son más complejas en estructura. Estos semiconductores pueden soportar corrientes significativas, lo que les permite recibir una alta salida de luz.
Técnica de mezcla de color
Las modernas cintas de diodos y los grupos modulares LED pueden dar diferentes tonos del rango de luz. Dado que una transición forma radiación monocromática, se requerirá un dispositivo de múltiples chips para crear un brillo multicolor. Este complejo producto funciona como un monitor de computadora, en el cual es posible obtener casi cualquier sombra (para esto, se usa un módulo RGB especial).
Utilizando este principio de formación de sombra, fue posible obtener un brillo blanco, ampliamente utilizado en focos LED, por ejemplo. Para hacer esto, los tres colores de origen o base se mezclaron en proporciones iguales.
También es posible obtenerlo 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, deberá familiarizarse con las características estructurales en términos de las tecnologías utilizadas en la fabricación. Por lo tanto, al considerar los detalles de su producción, se tienen en cuenta principalmente 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 tamaño de corriente pueden soportar;
- qué tecnología le permite obtener la mejor calidad de brillo y es más barata.
Hacer chips en un circuito matricial le costará más al fabricante, lo que vale la pena con radiación de alta calidad. Las desventajas de los fósforos incluyen una baja emisión de luz, así como una radiación de color no muy pura. Además, tienen un recurso de trabajo más pequeño y a menudo fallan.
En la fabricación de diodos indicadores simples con un voltaje directo de 2-4 voltios, su transición se calcula para corrientes pequeñas (hasta 50 mA). Para crear dispositivos de iluminación de alta calidad y circuitos de puente LED, se requerirán dispositivos con grandes indicadores de corriente (hasta 1 amperio). Si en un módulo los diodos están conectados en serie, el voltaje total en sus uniones alcanza 12 o incluso 24 voltios.En la fabricación de productos, la ventaja de cada LED se marca de una manera especial (se hace una pequeña repisa en la pata correspondiente).
Ámbitos y gestión de la luminiscencia.
Debido a la variedad de modificaciones, los productos LED son ampliamente utilizados 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 convencional;
- para su uso como iluminadores en linternas en miniatura generalizadas, así como en estructuras más grandes como "lámparas de camping para turistas";
- Si es necesario, iluminación decorativa de las habitaciones 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 usan solo en interiores o pueden trabajar en espacios abiertos (como un diseño para vallas publicitarias o lluvia LED, en particular).
Puede controlar el nivel de luminosidad en una lámpara o candelabro ordinario de varias maneras. Para esto, los circuitos electrónicos especiales se utilizan con mayor frecuencia para modular la amplitud y otros parámetros de los pulsos de luz. Para la conveniencia de trabajar con equipos domésticos, dicho módulo está hecho en forma de un panel de control típico.
