Acerca de los diodos emisores de luz LED
Cuando se aplica voltaje CC, el LED puede emitir luz monocromática y discontinua, que es uno de los efectos de electroluminiscencia. Cambiar la composición química de los materiales semiconductores puede hacer que los diodos emisores de luz emitan luz en el ultravioleta cercano, visible o infrarrojo.
En 1955, Rubin Bronstein (nacido en 1922) de Radio Corporation of America descubrió por primera vez la radiación infrarroja del arseniuro de galio (GaAs) y otras aleaciones semiconductoras. En 1962, Nick Holonyak Jr. (nacido en 1928) de General Electric desarrolló el primer diodo emisor de luz visible práctico.
Contenido
1 Tecnología LED
1.1 Principio
1.2 LED azul y blanco
1.3 Otros colores
1.4 Diodos emisores de luz orgánicos, diodos emisores de luz orgánicos
1.5 Parámetros de funcionamiento y eficiencia
1.6 Varios métodos de prueba incorrectos
Uso LEDs 2 compensaciones
3Aplicaciones LED
3.1 Lista de aplicaciones LED conocidas
3.2 Aplicaciones de iluminación
3.3Señalización de pantallas LED
3.3Señalización de pantallas LED
3 p>
3.4 Detección multitáctil
4 Referencias relacionadas
Ver relacionado
6 Recursos relacionados
7 Conexiones externas
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Tecnología de diodos emisores de luz
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Principios
Diodos emisores de luz Es un diodo especial. Los diodos emisores de luz, al igual que los diodos ordinarios, están compuestos de obleas semiconductoras. Estos materiales semiconductores están preinyectados o dopados para crear una estructura de unión pn. Al igual que otros diodos, la corriente en un diodo emisor de luz puede fluir fácilmente desde el electrodo P (ánodo) al electrodo N (cátodo), pero no en la dirección opuesta. Dos tipos diferentes de portadores, huecos y electrones, fluyen desde el electrodo hasta la unión pn con diferentes voltajes de electrodo. Cuando los huecos y los electrones se encuentran y se recombinan, los electrones caen a un nivel de energía más bajo y liberan energía en forma de fotones.
La longitud de onda y el color de la luz que emite están determinados por la energía de banda prohibida del material semiconductor que forma la unión pn. Debido a que el silicio y el germanio son materiales de banda prohibida indirecta, la recombinación de electrones y huecos en estos materiales es una transición no radiativa. Esta transición no libera fotones, por lo que los diodos de silicio y germanio no pueden emitir luz. Los materiales utilizados en los diodos emisores de luz tienen bandas prohibidas directas, y estas bandas prohibidas corresponden a la energía luminosa en las bandas del infrarrojo cercano, visible o ultravioleta cercano.
En las primeras etapas de desarrollo, los diodos emisores de luz que utilizaban arseniuro de galio (GaAs) solo podían emitir luz infrarroja o roja. Con el avance de la ciencia de los materiales, la gente ha creado diodos emisores de luz con longitudes de onda más cortas y de varios colores.
Los siguientes son los materiales semiconductores inorgánicos utilizados en los diodos emisores de luz tradicionales y los colores que emiten:
alga as)-rojo e infrarrojo
AlGaP) -verde
Fosfuro de indio, galio y aluminio (AlgainP) - naranja, naranja, amarillo y verde de alto brillo.
GaAsP)-rojo, naranja, amarillo
GaP)-rojo, amarillo, verde
Nitruro de galio (GaN)-verde, turquesa, azul Color
Nitruro de indio (InGaN) - cerca de UV, cian, azul
Carburo de silicio (SiC) (usado como sustrato) - azul
Silicio (Si) (usado como sustrato)-azul (en desarrollo)
Zafiro (Al2O3) (usado como sustrato)-azul
Azul de seleniuro de zinc
Diamante (C) - Ultravioleta luz
Nitruro de aluminio (AlN), nitruro de aluminio y galio (AlGaN): luz ultravioleta con longitudes de onda que van de lejos a cerca.
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LED azul y blanco
GaN UV LED1993, Shuji Nakamura, que trabajaba en la empresa japonesa Nichia en ese momento, se basó en El material semiconductor de banda ancha GaN e InGaN inventaron los LED azules con aplicaciones comerciales, que se utilizaron ampliamente a finales de la década de 1990. En teoría, los LED azules pueden producir luz blanca combinando los LED rojos originales y los LED verdes, pero ahora rara vez se fabrican LED blancos. Por aquí.
Actualmente, la mayoría de los LED blancos se fabrican cubriendo LED azules (longitudes de onda de 450 nm a 470 nm) con una capa de fósforo amarillento, generalmente hecha combinando cristales de itrio y granate de aluminio (Ce3:YAG) dopados con cerio. molido hasta convertirlo en polvo y mezclado en un aglutinante denso. Cuando el chip LED emite luz azul, el cristal convertirá efectivamente parte de la luz azul en luz predominantemente amarilla con un amplio espectro (centro del espectro alrededor de 580 nm). (De hecho, el YAG monocristalino dopado con Ce se utiliza más como centelleador que como fósforo). Dado que la luz amarilla puede estimular los receptores rojo y verde del ojo humano y luego mezcla la luz azul del propio LED, parece como la luz blanca, y su color a menudo se denomina "blanco claro de luna". Este método de fabricación de LED blancos fue desarrollado por Nichia Corporation y se utiliza en la producción de LED blancos desde 1996. Para ajustar el color de la luz amarilla clara, se pueden utilizar otros metales de tierras raras como el terbio o el gadolinio para sustituir el ce3: cerio (Ce) dopado en YAG, o incluso sustituir parte o la totalidad del aluminio en YAG.
Según sus características espectrales, los objetos rojos y verdes no aparecerán tan brillantes como los objetos iluminados por fuentes de luz de amplio espectro.
Además, debido a los cambios en las condiciones de producción, la temperatura de color de los productos LED terminados no es uniforme, oscilando entre el amarillo cálido y el azul frío, por lo que se distinguirán según sus características durante el proceso de producción.
Otra forma de hacer LED blancos es un poco como luces fluorescentes. Los LED que emiten luz ultravioleta cercana estarán recubiertos con una mezcla de dos fósforos, europio que emite luz roja y azul, y cobre y aluminio que emiten luz verde, dopados con sulfuro de zinc (ZnS). Sin embargo, debido a que los rayos ultravioleta deteriorarán la calidad de la resina epoxi en el adhesivo, la producción es difícil y la vida útil es corta. Comparado con el primer método, es menos eficiente y genera más calor (debido al mayor desplazamiento de Stokes), pero su ventaja son mejores características espectrales y una luz más hermosa. Debido a que el LED UV tiene mayor potencia, su eficiencia es menor que la del primer método, pero el brillo es aproximadamente el mismo.
El último método para fabricar LED blancos no utiliza fósforos. Un nuevo enfoque consiste en hacer crecer capas epitaxiales de ZnSe sobre sustratos de seleniuro de zinc (ZnSe). Cuando se enciende, el área activa emitirá luz azul y el sustrato emitirá luz amarilla, que cuando se mezcla, es luz blanca.
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Otros colores
Los colores LED desarrollados recientemente son el rosa y el morado, que se producen al cubrir una o dos capas de fósforo sobre el azul. LED de. La primera capa de fósforo utilizada en un LED rosa puede emitir luz amarilla, mientras que la segunda capa emite luz naranja o roja. Y el fósforo utilizado en los LED violetas emite luz naranja. Existen algunos problemas con otros métodos de fabricación de LED rosas. Por ejemplo, algunos LED rosas usan pintura fluorescente o esmalte de uñas sobre LED azules, pero pueden despegarse, otros usan LED blancos con polvo o tinte fluorescente rosa, pero el color se desvanecerá en poco tiempo;
En términos de precio, los LED ultravioleta, azul, verde puro, blanco, rosa y violeta son más caros que los LED rojos, naranjas, verdes, amarillos e infrarrojos, por lo que los primeros están en desventaja en el uso comercial. .
Los diodos emisores de luz están encerrados en lentes de plástico, lo que los hace más resistentes que las bombillas de vidrio o las lámparas fluorescentes. A veces, estos paquetes exteriores están coloreados, pero esto es sólo para decoración o contraste, y en realidad no cambia el color del LED.
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Diodo emisor de luz orgánico, diodo emisor de luz orgánico
Curva característica espectral que combina azul, amarillo-verde (verde hierba) y alta -LED rojo de brillo, el ancho de banda de los tres colores primarios en el espectro FWHM es de aproximadamente 24 nm-27 nm.
Negocio principal: semiconductores emisores de luz orgánicos
Los materiales utilizados en los diodos emisores de luz orgánicos son moléculas orgánicas o materiales poliméricos en estado cristalino, y los LED fabricados con estos últimos tienen propiedades flexibles. En comparación con los diodos emisores de luz tradicionales, los diodos emisores de luz orgánicos tienen un brillo más alto y se espera que se utilicen en el futuro para fabricar pantallas, equipos de iluminación, ropa luminosa o paredes decorativas flexibles y baratos. Desde 2004, los diodos emisores de luz orgánicos se utilizan ampliamente en reproductores MP3 portátiles.
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Parámetros de funcionamiento y eficiencia
En términos generales, las configuraciones de potencia de funcionamiento de LED más comunes están por debajo de 30 a 60 milivatios. En 1999, se lanzaron los LED de calidad comercial, que se pueden utilizar de forma continua con una entrada de energía de 1W. Estos LED utilizan chips semiconductores de gran tamaño para hacer frente al problema de la entrada de alta potencia. Los chips semiconductores están fijados sobre láminas de hierro metálico para ayudar a disipar el calor. En 2002, comenzaron a aparecer en el mercado LED de 5 vatios, con una eficiencia de entre 18 y 22 lúmenes por vatio.
En septiembre de 2003, Cree, Inc. demostró su nuevo LED azul, logrando una eficiencia de iluminación de 35 a 20 mA. También fabricaron un producto LED blanco con 65 lúmenes por vatio, que era el LED blanco más brillante del mercado en ese momento. En 2005, demostraron un prototipo de LED blanco que alcanzó una eficiencia récord de 70 lúmenes por vatio funcionando a 350 mA. [1]
Hoy en día, la eficiencia de trabajo de los diodos emisores de luz orgánicos es mucho menor que la de los LED ordinarios, con un máximo de solo alrededor de 10. Sin embargo, los diodos emisores de luz orgánicos son mucho más baratos de producir. Por ejemplo, se pueden colocar grandes conjuntos de diodos emisores de luz orgánicos en la pantalla mediante métodos de impresión simples para crear pantallas en color.
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Algunos intentos equivocados
La forma más común en que fallan los LED (y los láseres de diodo) es mediante la pérdida gradual de la eficiencia y la pérdida de salida de luz. Sin embargo, pueden ocurrir fallas repentinas cuando el área activa se degrada bien. Mecanismo, se produce recombinación radiactiva, las dislocaciones participan en la nucleación y el crecimiento; esto requiere la presencia de defectos existentes en el cristal y se acelera por el calor, la alta densidad de corriente y la luz emitida. El arseniuro de galio y el arseniuro de galio y aluminio son más susceptibles a este mecanismo que el fosfuro de arseniuro de galio, el fosfuro de arseniuro de galio y el fosfuro de indio. Debido a que el área activa, los productos de nitruro de galio y nitruro de galio indio son diferentes, este defecto es realmente descarado; sin embargo, la alta densidad de corriente puede causar electromigración de átomos en el área activa, dislocaciones y defectos puntuales como centro de recombinación no radiativo, lo que resulta en en la sustitución de la luz por calor externo. La radiación ionizante puede causar este tipo de defecto de fabricación, causando problemas en los circuitos endurecidos por radiación que contienen LED (es decir, en optoaisladores). Los primeros LED rojos eran generalmente conocidos por su corta vida útil. Los LED de luz blanca utilizan uno o más tipos de fósforo amarillo. El fósforo amarillo tiende a degradarse con el calor y el tiempo, perdiendo eficiencia y provocando que cambie el color de la luz resultante. Las corrientes elevadas a temperaturas elevadas pueden hacer que los átomos metálicos se difundan desde el electrodo hacia el área activa. Algunos materiales, en particular el óxido de indio y estaño y la plata, dependen de la electromigración. En algunos casos, especialmente con diodos GaN/InGaN, el uso de capas metálicas de barrera puede dificultar la electromigración. El estrés mecánico, las mareas altas y los ambientes corrosivos pueden provocar la formación de bigotes, lo que puede provocar cortocircuitos. Los LED de alta potencia son susceptibles a la congestión actual, con una densidad de corriente desigual en los puntos de conexión. Esto también supone la creación de puntos calientes locales, lo que genera un riesgo de fuga térmica. Esta situación se ve agravada por la presencia de no uniformidades en la matriz, lo que resulta en pérdidas localizadas de conductividad térmica; muy probablemente los espacios son causados por electromigración, Kirkendall es una soldadura incompleta que no es efectiva, o. La disipación de calor es una falla del LED. También se apagará el mismo canal láser del diodo láser. o Depende de daños ópticos catastróficos, cuando la salida de luz excede los niveles críticos y el plástico derretido recubre las facetas. Algunos materiales tienden a ser amarillos porque están expuestos al calor, lo que resulta en una absorción parcial de eficiencia (y por lo tanto en una pérdida). longitud de onda. Los fallos repentinos suelen ser causados por estrés térmico. Danghuan
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Pros y contras de usar LED
Mirando de cerca un LED típico, podemos ver su estructura interna. A diferencia de las bombillas incandescentes, los LED solo se encienden cuando la polaridad de los electrones es positiva, independientemente de la polaridad de los electrones.
Cuando el voltaje a través de la unión pn está en la dirección correcta, hay un flujo de energía significativo a través de ella y el dispositivo se considera polarizado directamente. Si la polaridad del voltaje es incorrecta, se considera que el dispositivo es inversamente excéntrico, la corriente es muy pequeña y no emite luz. Los LED pueden funcionar con voltaje de CA, pero solo pueden encenderse con voltaje frontal. Hace que el LED gire de forma intermitente. La polaridad correcta de un LED suele estar determinada por la frecuencia de CA. Abajo: Símbolos: - Polaridad: Positivo Terminal: Anónimo Cableado: Rojo Negro La distribución de pines no es una forma precisa de determinar la polaridad cuando se mira dentro de un LED. : longshortentinor: pequeña forma grande: redonda marca plana: ninguna raya debe tenerse en cuenta. Cuando la mayoría de los LED son "-", en algunos casos este es el terminal " ". Las pestañas planas o los cables cortos son una forma más precisa de determinar las características actuales del voltaje a través del LED, que es muy similar a la polaridad. Porque cualquier diodo (aproximadamente exponencial). Pequeños cambios de voltaje pueden provocar grandes cambios de tendencia. Agregar sesgo en el proceso significa que la fuente de voltaje también queda atrapada en Porque el logaritmo del voltaje está relacionado con una tendencia que se puede considerar que permanece esencialmente constante en el rango operativo del diodo emisor de luz. Por tanto, se puede considerar que la potencia es casi proporcional a la tendencia. En el caso de cambios en la fuente de alimentación y las características del LED, intente mantener la energía lo más constante posible y la fuente de alimentación debe ser una fuente de corriente. Si no se requiere una alta eficiencia (es decir, en la mayoría de las aplicaciones de visualización), la fuente de corriente se conecta a la fuente de voltaje como un LED en serie con una resistencia limitadora de corriente. La mayoría de los LED generalmente tienen un voltaje de ruptura inverso bajo, por lo que se dañarán con más voltajes inversos en lugar de unos pocos voltios. Dado que algunos fabricantes no siguen los estándares de monitores, se debe consultar la hoja de datos si es posible antes de conectar el LED, o el LED también debe someterse a una prueba de calidad a un voltaje de suministro lo suficientemente bajo en serie con una resistencia para evitar fallas inversas. Si quiere alimentar el LED directamente con más energía de CA que la que necesita, entonces proteja el diodo del voltaje de ruptura inverso (u otro L