Dispositivo y principio de funcionamiento de LED

Desde el descubrimiento del LED rojo (1962), el desarrollo de fuentes de luz de estado solido no se ha detenido por un instante. Cada decada estuvo marcada por logros cientificos y abrio nuevos horizontes para los cientificos. En 1993, cuando los cientificos japoneses lograron obtener luz azul y luego luz blanca, el desarrollo de los LED se movio a un nuevo nivel. Los fisicos de todo el mundo tienen una nueva tarea, cuya esencia era utilizar la iluminacion LED como la principal.

En nuestro tiempo, podemos sacar las primeras conclusiones, que indican el exito del desarrollo de la iluminacion LED y la modernizacion continua del LED. En los estantes de las tiendas habia accesorios con LED fabricados con COB, COG, SMD, tecnologia de filamentos.

?Como se arreglan cada uno de estos tipos y que procesos fisicos hacen que el cristal del semiconductor brille?

Dispositivo, diseno y diferencias tecnologicas

Hay muchas senales de que puede clasificar los LED en grupos. Uno de ellos es la diferencia tecnologica y una pequena diferencia en el dispositivo, que es causada por la peculiaridad de los parametros electricos y el alcance futuro de la aplicacion LED.

DIP

El cuerpo cilindrico hecho de resina epoxi con dos terminales se convirtio en la primera construccion para el cristal emisor de luz. Un cilindro redondeado de color o transparente sirve como lente, formando un haz de luz dirigido. Los terminales se insertan en los orificios de la placa de circuito impreso (DIP) y se conectan electricamente mediante soldadura.

El cristal radiante se encuentra en el catodo, que tiene la forma de una bandera, y esta conectado al anodo por el cable mas delgado. Hay modelos con dos y tres cristales de diferentes colores en el mismo paquete con el numero de pines de dos a cuatro. Ademas, un microchip que controla el orden de la luminiscencia de los cristales o establece la pureza de su tapajuntas se puede construir dentro de la caja. Los LED en el paquete DIP son de baja corriente, utilizados en iluminacion, sistemas de visualizacion y guirnaldas.

En un intento por aumentar el flujo luminoso, aparecio un analogo con un dispositivo avanzado en el paquete DIP con cuatro terminales, conocido como “pirana”. Sin embargo, el aumento de la produccion de luz fue nivelado por el tamano del LED y el fuerte calentamiento del cristal, lo que limito el alcance de la aplicacion de la “pirana”. Y con el advenimiento de la tecnologia SMD, su produccion practicamente ceso.

SMD

Los dispositivos semiconductores con montaje en la superficie de la PCB son radicalmente diferentes de sus predecesores. Su apariencia amplio las posibilidades de diseno de sistemas de iluminacion, permitio reducir las dimensiones de la luminaria y automatizar completamente la instalacion. Hoy SMD-LED es el componente mas popular, utilizado para la construccion de fuentes de luz de cualquier formato.

La base de la caja, en la que esta fijado el cristal, es un buen conductor de calor, que a veces mejora la eliminacion de calor del cristal emisor de luz. En el dispositivo de LED blancos entre el semiconductor y la lente hay una capa de fosforo para establecer la temperatura de color deseada y neutralizar el ultravioleta. En los componentes SMD con un amplio angulo de radiacion, la lente esta ausente, y el LED en si tiene la forma de un paralelepipedo.

COB

Chip-On-Board – una de las nuevas realizaciones concretas, que en un futuro proximo tomara la iniciativa para la produccion de LEDs blancos en los focos. Una caracteristica distintiva del dispositivo de LED de la tecnologia COB es como sigue: en un sustrato de aluminio (sustrato) a traves de una decenas de adhesivo dielectrico adjuntos cristales sin vivienda y el sustrato, y entonces la matriz revestida capa de fosforo global resultante. El resultado es una fuente de luz con una distribucion uniforme del flujo de luz, eliminando la aparicion de sombras.

Una especie de COB es Chip-On-Glass (COG), que significa colocar una gran cantidad de pequenos cristales en la superficie del vidrio. En particular, son ampliamente conocidas las lamparas de filamento de 220 V, en las que una varilla de vidrio con LED recubierta con un fosforo sirve como un elemento radiante.

Como funciona el LED

A pesar de las caracteristicas tecnologicas consideradas, el funcionamiento de todos los LED se basa en el principio general del elemento radiante. La transformacion de una corriente electrica en un flujo de luz ocurre en un cristal, que consiste en semiconductores con diferentes tipos de conductividad. El material con n-conductividad se obtiene mediante su dopado con electrones y material con conductividad p – agujeros. Por lo tanto, en las capas contiguas se crean portadores de carga adicionales de la direccion opuesta. Cuando se aplica la tension directa, el movimiento de los electrones y los agujeros comienza en la union p-n. Las particulas cargadas superan la barrera y comienzan a recombinarse, dando como resultado una corriente electrica. La recombinacion de un agujero y un electron en la region de union p-n se acompana de la liberacion de energia en forma de un foton.

En general, este fenomeno fisico es aplicable a todos los diodos semiconductores. Pero en la mayoria de los casos, la longitud de onda del foton esta fuera del espectro visible de la radiacion. Para forzar a la particula elemental a moverse en el rango de 400-700 nm, los cientificos tuvieron que realizar muchos experimentos con la seleccion de elementos quimicos adecuados. Como resultado, han aparecido nuevos compuestos: arseniuro de galio, fosfuro de galio y formas mas complejas, cada una de las cuales se caracteriza por su longitud de onda y, por lo tanto, el color de la radiacion.

Ademas de la luz util emitida por el LED, se libera una cierta cantidad de calor en la union p-n, lo que reduce la eficiencia del dispositivo semiconductor. Por lo tanto, en el diseno de LED de alta potencia, se debe considerar la posibilidad de realizar una eliminacion de calor efectiva.