5 Dispositivos optoelectrónicos y Sensores
5.2 LEDs

LEDs (Light-emitting diodes/diodos emisores de luz) son diodos semiconductores que emiten luz incoherente de espectro reducido cuando la unión pn está polarizada.

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Fig. 9. LED.

La CB (banda de conducción), normalmente vacía, de los semiconductores está poblada por los electrones inyectados en ella por la corriente hacia a través de la unión. Como vimos en el capítulo 4, cuando un electrón se encuentra con un hueco (se recombina), cae a un nivel de energía más bajo, y libera energía en forma de un fotón. Esta emisión de fotones es el mecanismo por el cual la luz es emitida desde los LEDs. Cuando el electrón puede someterse a la transición a un nivel de energía inferior por sí mismo, el proceso de emisión de fotones se llama emisión espontánea.

La luz se genera cuando los electrones se recombinan con los huecos y la longitud de onda de la luz depende de la banda prohibida del material semiconductor. La siguiente tabla muestra los colores asociados a las longitudes de onda de la luz emitida por los LEDs fabricados por diferentes materiales semiconductores.

Los leds fabricados con semiconductores que presentan un gap directo emiten más luz que los fabricados a partir de semiconductores de gap indirecto.

Materiales semiconductores y colores de LED

Semiconductor

Color

Brillo

GaAs; GaAlAs

Infrarrojo

General (normal)

GaAs; AlGaAs; GaP

Rojo

General (normal)

GaN

Azul

General (normal)

GaP

Verde

General (normal)

GaAlAs; GaAsP; InGaAlP;

Rojo

High (super & ultra)

GaN

Azul

High (super & ultra)

GaP ; InGaN

Verde

High (super & ultra)

InGaAlP; GaAsP

Amarillo

High (super & ultra)

Los LEDs se aplican en muchos campos, tales como pantallas, iluminación de estado sólido, control remoto y sistemas de comunicación óptica. Los LEDs son comúnmente utilizados también en la iluminación general como muchas lámparas LED integradas y luminarias LED. Diferentes paquetes de LED se pueden encontrar en el mercado en función de las aplicaciones. Algunos tipos de lentes se incluyen normalmente en el envasado de LEDs para controlar el ángulo de salida de la luz. Esta es una de las características que normalmente dan los fabricantes en los datasheets, así como la intensidad de luz (mcd), flux (lm), longitud de onda dominante (nm) y el color. Valores específicos (umbrales típicos) de parámetros eléctricos como Vf (forward voltage), If (forward current) también son suministrados por los fabricantes.

La eficiencia energética de un LED, η, se caracteriza en base a la relación de potencia eléctrica a la entrada respecto a la potencia de luz a la salida—o más técnicamente: Flux emitidos (lumens) dividido de la potencia de alimentación (W). Los LEDs comerciales presentan eficiencias entre el 50–70 %.

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Fig. 10. LEDs Infrarrojos.