¿Qué es el diodo emisor de luz: funcionamiento y sus aplicaciones?

En el ámbito de la tecnología moderna, una pequeña pero notable innovación ha iluminado nuestro mundo: el diodo emisor de luz (LED). Esta pequeña fuente de luz semiconductora, nacida del genio creativo de Nick Holonyak allá por 1962, ha supuesto una revolución en iluminación y displays. Embárcate en un viaje para desentrañar el encantador funcionamiento de los LED y explorar sus diversas aplicaciones.

 

¿Qué es un diodo emisor de luz?

 

El diodo emisor de luz, conocido como LED, es esencialmente un diodo de unión p-n con dopaje especializado, elaborado a partir de materiales semiconductores únicos. En su estado polarizado directamente, irradia luz, lo que lo distingue como un diodo emisor de luz.

 

Símbolo LED

 

El símbolo LED se parece a un símbolo de diodo estándar con algunas modificaciones únicas. La característica distintiva es la adición de dos pequeñas flechas que apuntan en dirección opuesta a la unión del diodo, indicando la emisión de luz. Esta modificación significa la capacidad del LED para emitir luz cuando está polarizado directamente, un aspecto fundamental que lo distingue de los diodos normales. Además del símbolo modificado, el

 

El símbolo LED también incluye etiquetas para sus dos terminales: el ánodo (+) y el cátodo (-). Estas etiquetas ayudan a los ingenieros y técnicos a identificar correctamente la orientación del LED al incorporarlo a los circuitos.

 

 

Construcción de LED

 

Capa de sustrato: La base del LED es un sustrato, generalmente hecho de materiales como zafiro o carburo de silicio. Esta capa proporciona soporte mecánico y gestión térmica, asegurando la estabilidad del LED y una disipación de calor eficiente.

 

Capa tipo N: Sobre el sustrato, se deposita una fina capa de material semiconductor tipo N. Esta capa es rica en electrones libres, que actúan como portadores de carga. Para este fin se utilizan habitualmente materiales como el nitruro de galio (GaN).

 

Capa activa: Por encima de la capa tipo N se encuentra la capa activa, que desempeña un papel crucial en la emisión de luz del LED. Esta capa suele estar formada por múltiples pozos cuánticos, capas extremadamente delgadas que facilitan la recombinación de electrones y huecos (espacios cargados positivamente que quedan cuando los electrones se mueven), un proceso que genera fotones de luz.

 

Capa tipo P: A la capa activa le sigue la capa tipo P, formada a partir de materiales semiconductores con un exceso de "agujeros" o vacantes cargadas positivamente hacia donde pueden moverse los electrones. Esta capa facilita la migración de los agujeros, lo que contribuye al proceso de recombinación.

 

Capas de contacto: Se agregan capas de contacto metálico a las regiones tipo N y tipo P, que sirven como terminales a través de los cuales se inyecta corriente eléctrica en el LED. Estas capas permiten el flujo controlado de portadores de carga, preparando el escenario para la emisión de luz.

 

Encapsulación: Para proteger las delicadas capas de los factores ambientales y mejorar la extracción de luz, el LED suele estar encapsulado en una resina epoxi transparente o un material transparente.

 

¿Cómo funciona el diodo emisor de luz?

 

Cuando se aplica un voltaje a través de los terminales del LED (con el ánodo conectado a la región tipo P y el cátodo conectado a la región tipo N), se establece una polarización directa. Este sesgo permite el flujo de electrones de la región de tipo N y de huecos de la región de tipo P hacia la capa activa, creando una zona de recombinación. A medida que los electrones y los huecos se recombinan dentro de esta región, se libera energía en forma de fotones, produciendo luz visible. 

 

Principio de funcionamiento del LED

La esencia operativa del diodo emisor de luz (LED) tiene sus raíces en los principios de la teoría cuántica. Según esta teoría, cuando un electrón pasa de un estado de mayor energía a uno de menor energía, emite energía en forma de fotón. La energía de este fotón está precisamente alineada con la brecha energética que existe entre estos dos niveles de energía. En escenarios donde un diodo de unión PN tiene polarización directa, lo que permite una dirección preferida del flujo de corriente, se facilita una corriente eléctrica a través del diodo.

 

Flujo de corriente semiconductor subyacente

 

El flujo de corriente dentro de los semiconductores está estrechamente relacionado con el movimiento de los portadores de carga, específicamente electrones y huecos. Estas entidades se mueven en direcciones contrastantes con respecto al flujo actual. En consecuencia, surge un fenómeno denominado recombinación como consecuencia de las interacciones de estos portadores de carga.

 

Este proceso de recombinación significa la transición de electrones dentro de la banda de conducción a la banda de valencia. Durante esta transición, cuando los electrones saltan de una banda a otra, irradian energía electromagnética en forma de fotones. El nivel de energía de estos fotones se alinea con la brecha de energía prohibida intrínseca al material.

 

Una visión cuántica

 

Con fines ilustrativos, profundicemos más en el ámbito de la teoría cuántica. La energía transportada por un fotón es función de la constante de Planck (h) y de la frecuencia (f) de la radiación electromagnética. Matemáticamente, esta relación se expresa como:

 

Ecuación: E = hf

 

Aquí, h representa la constante de Planck, mientras que c simboliza la velocidad de la radiación electromagnética, lo que equivale a la velocidad de la luz. La frecuencia de la radiación (f) y la velocidad de la luz (c) están relacionadas por la ecuación f = c / λ, donde λ denota la longitud de onda de la radiación electromagnética. Sustituir estas relaciones en la ecuación da como resultado:

 

Ecuación: E = hc / λ

 

Esta ecuación subraya la proporcionalidad inversa entre la longitud de onda de la radiación electromagnética y la brecha de energía prohibida. Este fenómeno es especialmente pronunciado en materiales como los semiconductores de silicio y germanio, donde el espacio prohibido entre las bandas de conducción y de valencia genera radiación principalmente en forma de ondas infrarrojas. En particular, las longitudes de onda de la radiación infrarroja se encuentran más allá del espectro visible, por lo que permanecen invisibles para la percepción humana.

 

Aplicaciones de los diodos emisores de luz (LED)

 

1. Los LED encuentran utilidad como bombillas en entornos residenciales e industriales.
2. Los diodos emisores de luz están integrados en motocicletas y automóviles.
3. Los LED se emplean en teléfonos móviles para mostrar mensajes.
4. La tecnología LED se aprovecha para los sistemas de señales de tráfico.

 

Conclusión

 

Por lo tanto, este artículo muestra una descripción general del LED Principio de funcionamiento y aplicación del circuito. Espero que al leer este artículo hayas obtenido información básica y de funcionamiento del diodo emisor de luz. Si desea comprar alguna luz LED, podría darle la oportunidad de Infraluminio.