Diode emissor de llum

De la Viquipedia, l'enciclopedia lliure
Díodes LED
Diodes LED

A (p) Símbol de Díode LED C o K (n)
Representacio simbolica.

Un diode LED ( acronim angles de l ight- e mitting d iode ( diode emissor de llum ) o DEL (diode electroluminescent), es un dispositiu semiconductor que emet llum incoherent d'espectre reduit quan se'n polaritza de forma directa la unio PN i es travessat per corrent electric . [1] El color depen del material semiconductor emprat en la construccio del diode, i pot variar des de l'ultraviolat, passant per l'espectre de llum visible, fins a l' infraroig . En l'ultim cas, reben la denominacio de diodes IRED ( I nfra- R ed E mitting D iode ). El patro de radiacio es pot modificar a voluntat en la fabricacio del mateix LED mitjancant components optics. [2]

El dispositiu semiconductor esta comunament encapsulat en una coberta de plastic de major resistencia que les de vidre que usualment s'usen en les peretes. Encara que el plastic pot estar acolorit, es nomes per raons estetiques, ja que aixo no influeix en el color de la llum emesa. Usualment, la coberta te una cara plana que indica el catode , que a mes es mes curt que l' anode (vegeu la fotografia).

Al contrari que les lampades d'incandescencia que poden alimentar-se amb corrent altern o continu , el diode LED nomes funciona amb aquest ultim, ja que nomes condueix l'electricitat quan es polaritza en directe, com els diodes p-n convencionals. Ha de triar-se be el corrent que travessa el LED per a obtenir una bona intensitat lluminosa; el voltatge d'operacio va des d'1,5 a 2,2 V aproximadament i la gamma d' intensitats que ha de circular per ell va de 10 a 20 m A en els diodes de color roig i d'entre 20 i 40 mA per als altres LEDs.

Historia [ modifica ]

Descobriments [ modifica ]

L'electroluminiscencia com a efecte es va descobrir l'any 1907 per l'experimentador britanic H. J. Round de Marconi Labs. [3]

L'any 1927 l'inventor rus Oleg Losev publica la creacio del primer LED [4] en diverses revistes cientifiques a la Gran Bretanya, Russia i Alemanya, pero no es va trobar cap tipus d'us durant diverses decades.

El primer diode LED que emetia en l'espectre visible fou desenvolupat per l' enginyer de General Electric Nick Holonyak el 1962. [5]

El 1968, Monsanto es va convertir en la primera companyia a iniciar la produccio en massa del primer tipus de diode emissor de llum (LEDs), [6] [7] utilitzant l' arsenur de gal·li (amb i sense fosfur ). Aixo va marcar el comencament de l'era de l'actual LED per a il·luminacio, encara que al principi eren de baixa intensitat. De 1968 a 1970, les vendes es van duplicar cada pocs mesos. Els seus productes (LEDs discrets i pantalles numeriques de set segments) es van convertir en els estandards de la industria. Els principals mercats van ser llavors les calculadores electroniques, rellotges digitals i altres tipus d'aplicacions amb display digital. Monsanto es converti en la pionera en el camp de la optoelectronica durant la decada de 1970, traspassant el negoci mes tard a HP. [8]

Tecnologia LED [ modifica ]

Vegeu tambe: Fisica dels LED

Un LED es un diode format per una unio o juncio PN que emet llum quan s'activa. L'activacio es produeix quan s'aplica un voltatge determinat els electrons son capacos de recombinar-se amb els forats d'electrons presents en el semiconductor alliberant energia en forma de fotons ( electroluminescencia ). Aquesta energia sera equivalent a la diferencia d'energia la banda de conduccio (de major energia) a la banda de valencia (de menor energia). La longitud d'ona de la radiacio que emeten dependra per tant de la naturalesa del semiconductor. Actualment podem trobar diferents LEDs que emetin en el IR , llum visible o UV .

A continuacio es mostra una taula on es mostren diferents materials i el seu color.

Compost Longitud d'ona (nm) Color
Arsenur de gal·li (GaAs) λ ? 890 Infraroig
Arsenur de gal·li i alumini (AlGaAs) 760 ? λ ? 890 Roig i infraroig
Arsenur fosfuri de gal·li (GaAsP) 630 ?λ ? 760 Roig, taronja i groc
Fosfur d'arsenci i gal·li (GaAsP) 570 ? λ ? 590 Groc
Nitrur de gal·li (GaN) 500 ? λ ? 570 Verd
Fosfur de gal·li (GaP)
Selenur de zinc (ZnSe) 450 ? λ ? 500 Blau
Nitrur de gal·li i indi (InGaN)
Carbur de silici (SiC)
Diamant (C)

Nitrur de bor Nitrur d'alumini (AlN)

λ ? 400 Ultraviolat
Diode blau amb un de fosfor tot l'espectre Blanc
Compostos usats en la construccio de diodes LED.

Els primers diodes construits foren els diodes infraroigs i de color roig , permetent el desenvolupament tecnologic posterior la construccio de diodes per a longituds d'ona cada vegada menors. En particular, els diodes blaus van ser desenvolupats a finals dels 90, [9] afegint-se als rojos i verds desenvolupats amb anterioritat, la qual cosa va permetre, per combinacio d'aquests, l'obtencio de llum blanca. [10] El diode de selenur de zinc pot emetre tambe llum blanca si es barreja la llum blava que emet amb la roja i verda creada per fotoluminescencia . La innovacio mes recent en l'ambit de la tecnologia LED son els diodes ultravioletes, que s'han usat amb exit en la produccio de llum blanca a l'emprar-se per a il·luminar materials fluorescents .

Tant els diodes blaus com els ultravioletes son relativament cars si els comparem amb els mes comuns (roig, verd, groc i infraroig) sent per aixo menys emprats en les aplicacions comercials.

Els LED comercials tipics estan dissenyats per a potencies de l'orde dels 30 a 60 m W . Al voltant de 1999 es van introduir en el mercat diodes capacos de treballar amb potencies d'1 W per a us continu; aquests diodes tenen unes matrius semiconductores de dimensions molt majors per a poder suportar tals potencies i incorporen a mes aletes metal·liques per a dissipar la calor (veure conveccio ) generada per l' efecte Joule . L'any 2002 es van comercialitzar diodes per a potencies de 5 W, amb eficiencies entorn de 60 lm/W, es a dir, l'equivalent a una bombeta incandescent de 50 W. En cas de continuar aquesta progressio, en el futur sera teoricament possible l'us de diodes LED en la il·luminacio.

LEDs organics (OLEDs) [ modifica ]

A inicis del segle XXI s'han desenvolupat els OLED (diodes LED organics ), fabricats amb polimers organics semiconductors. Aquests materials condueixen l'electricitat gracies a la deslocalitzacio dels electrons pi per conjugacio. [11] Aquests tipus de LED presenta avantatges respecte els inorganics; baix cost, necessiten un voltatge mes baix i una alta gamma de colors i contrastos que no tenim amb els inorganics. [12] Encara que l'eficiencia aconseguida amb aquests dispositius esta lluny de la dels diodes inorganics, la seva fabricacio promet ser considerablement mes barata que la d'aquells, sent a mes possible dipositar gran quantitat de diodes sobre qualsevol superficie emprant tecniques de pintat per a crear pantalles a color. [13]

LEDs de punt quantic [ modifica ]

Son nanocristalls semiconductors amb propietats optiques que ens permeten obtenir qualsevol color de l' espectre . [14] Per obtenir el color, hem d'excitar el material mitjancant un altre LED inorganic o be per electricitat. [15] La seva estructura es similar a la dels OLEDs, pero en aquests tenim una capa de punts quantics intercalada en dos capes de transport d'electrons. Quan apliquem un camp electric , l'electro cau en forats quantics. Segons la mida del forat quantic, el color sera un o un altre, pero sempre sera pur. [16]

Aplicacions [ modifica ]

Semafor de leds

La tecnologia LED esta molt estesa actualment i degut als avantatges que presenta respecte a les fonts classiques d'emissio de llum, com les llums incandescents o les fluorescents, esta substituint-les en multitud d'aplicacions.

Els diodes d'infraroigs (IRED) s'usen des de mitjans del segle  xx en comandaments a distancia de televisors , havent-se generalitzat el seu us en altres electrodomestics com a equips d' aire condicionat , equips de musica, etc. i en general per a aplicacions de comandament a distancia , aixi com en dispositius detectors. [17]

Recentment s'esta estenent l'us de la tecnologia LED en l'ambit de les impressores. Aquestes impressores LED funcionen de manera analoga a les impressores laser amb la diferencia que la font d'emissio de llum sobre el tambor fotosensible es un LED enlloc d'un laser. Aixo presenta certs avantatges: fabricacio d'impressores mes petites, no hi ha produccio d'ozo i la imatge te millor resolucio. [18]

La Torre Agbar utilitza mes de 4.500 lluminaries que inclouen LEDs per a il·luminar la seva facana amb diferents imatges. [19]

L'us de lampades LED en l'ambit de la il·luminacio (incloent la senyalitzacio de transit) es previsible que s'incrementi en el futur, ja que encara que les seves prestacions son intermedies entre les lampades incandescents i els tubs fluorescents, presenta indubtables avantatges enfront d'aquests dos sistemes d'il·luminacio, particularment la seva llarga vida util i la seva menor fragilitat, a part de ser economicament mes viables que les esmentades anteriorment. L'acoblament de LEDs blaus, verds i vermells permeten una il·luminacio amb llum blanca. [20]

En l'ambit de la neurofisiologia clinica , s'usen diodes LED per a proporcionar estimuls lluminosos intermitents a traves d'unes ulleres que es col·loquen al pacient a fi d'obtenir potencials evocats visuals.

Indicadors i senyals [ modifica ]

El baix consum d'energia , baix manteniment i mida reduida dels LEDs moderns ha donat lloc a aplicacions com a indicadors d'estat i es presenta en una gran varietat d'equips i instal·lacions. Les pantalles LED d'amplia zona s'utilitzen com a pantalles a estadis i com a pantalles dinamiques d'us decoratiu. Pantalles de pes lleuger i primes que mostren missatges s'utilitzen en els aeroports i estacions de ferrocarril, i disposen al public informacio sobre la destinacio dels trens, autobusos, tramvies i transbordadors.

Els diodes LED s'utilitzen a bastament en tot tipus d'indicadors d'estat (ences/apagat) en dispositius de senyalitzacio (de transit, d'emergencia, etc.) i en panells informatius (el major del mon, del NASDAQ , te 36,6 metres d'alcada i es troba a Times Square , Manhattan ). Tambe s'empren en l'enllumenat de pantalles de cristall liquid de televisions, telefons mobils, calculadores, agendes electroniques, etc. [21] aixi com en bicicletes, semafors, indicadors logistics i de transport de tota mena, indicadors en fabriques i usos semblants.

Vegeu tambe [ modifica ]

  • IEC 62471 : normativa internacional de seguretat fotobiologica de sistemes o dispositius que emeten radiacio lluminosa.

Referencies [ modifica ]

  1. ↑ "LED". The American heritage science dictionary . Houghton Mifflin Company . 2005. led and LED
  2. ↑ Moreno , Ivan; Sun , Ching-Cherng ≪ Modeling the radiation pattern of LEDs ≫. Optics Express , 16, 3, 04-02-2008, pag. 1808?1819. ISSN : 1094-4087 . PMID : 18542260 .
  3. ↑ ≪ The Road to the Transistor ≫.
  4. ↑ Losev , O. V. Telegrafiya i Telefoniya bez Provodov , 44, pag. 485?494.
  5. ↑ M. Okon , Thomas; R. Biard , James. ≪ The First Practical LED ≫ (en angles), 2015.
  6. ↑ Light-Emitting Diodes: Research, Manufacturing, and Applications V 24-25 January 2001, San Jose, USA . SPIE, 2001. ISBN 0819439568 .  
  7. ↑ Holonyak , Nick; Bevacqua , S. F. ≪ COHERENT (VISIBLE) LIGHT EMISSION FROM Ga(As1?xPx) JUNCTIONS ≫. Applied Physics Letters , 1, 4, 01-12-1962, pag. 82?83. DOI : 10.1063/1.1753706 . ISSN : 0003-6951 .
  8. ↑ E. Fred Schubert. ≪1≫. A: Light-Emitting Diodes . Cambridge University Press , 2003. ISBN 0-8194-3956-8 .  
  9. ↑ Nakamura , Shuji; Mukai , Takashi; Senoh , Masayuki ≪ Candela?class high?brightness InGaN/AlGaN double?heterostructure blue?light?emitting diodes ≫. Applied Physics Letters , 64, 13, 28-03-1994, pag. 1687?1689. DOI : 10.1063/1.111832 . ISSN : 0003-6951 .
  10. ↑ ≪ Haitz's law ≫. Nature Photonics , 1, 1, pag. 23?23. DOI : 10.1038/nphoton.2006.78 .
  11. ↑ Burroughes , J. H.; Bradley , D. D. C.; Brown , A. R.; Marks , R. N.; Mackay , K. ≪ Light-emitting diodes based on conjugated polymers ≫ (en angles). Nature , 347, 6293, 11-10-1990, pag. 539?541. DOI : 10.1038/347539a0 .
  12. ↑ Bardsley , J. N. ≪ International OLED technology roadmap ≫. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics , 10, 1, 01-01-2004, pag. 3?9. DOI : 10.1109/JSTQE.2004.824077 . ISSN : 1077-260X .
  13. ↑ Hebner , T. R.; Wu , C. C.; Marcy , D.; Lu , M. H.; Sturm , J. C. ≪ Ink-jet printing of doped polymers for organic light emitting devices ≫. Applied Physics Letters , 72, 5, 02-02-1998, pag. 519?521. DOI : 10.1063/1.120807 . ISSN : 0003-6951 .
  14. ↑ Neidhardt , H.; Wilhelm , L.; Zagrebnov , V.A. ≪ A new model for quantum dot light emitting-absorbing devices: proofs and supplements ≫ (en rus). Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics , pag. 6?45. DOI : 10.17586/2220-8054-2015-6-1-6-45 .
  15. ↑ Colvin , V. L.; Schlamp , M. C.; Alivisatos , A. P. ≪ Light-emitting diodes made from cadmium selenide nanocrystals and a semiconducting polymer ≫ (en angles). Nature , 370, 6488, 04-08-1994, pag. 354?357. DOI : 10.1038/370354a0 .
  16. ↑ Hoshino , Kazunori; Gopal , Ashwini; Glaz , Micah S.; Vanden Bout , David A.; Zhang , Xiaojing ≪ Nanoscale fluorescence imaging with quantum dot near-field electroluminescence ≫. Applied Physics Letters , 101, 4, 23-07-2012, pag. 043118. DOI : 10.1063/1.4739235 . ISSN : 0003-6951 .
  17. ↑ Darbee , Paul V. ≪ Remote control with LED capabilities US 6496135 B1 ≫. Remote control with LED capabilities US 6496135 B1 , 17 Des. 2002.
  18. ↑ Kenji Yamagata, Yoshinobu Sekiguchi, Takao Yonehara, Kojiro Nishi ≪Led array manufacturing method, led array and led printer US 20090315965 A1≫. Led array manufacturing method, led array and led printer US 20090315965 A1 , 27 Oct. 2006.
  19. ↑ ABC ≪ Los edificios mejor iluminados del planeta ≫ (en castella). ABC.es .
  20. ↑ S. Muthu ≪Red, green, and blue LEDs for white light illumination≫. Red, green, and blue LEDs for white light illumination , 07-08-2002.
  21. ↑ 万?, ?小平, ?志? ≪ Liquid crystal display module for flat-screen cell phone CN 202093274 U ≫. Liquid crystal display module for flat-screen cell phone CN 202093274 U , 28-12-2011.
En altres projectes de Wikimedia :
Commons
Commons
Commons (Galeria) Modifica el valor a Wikidata
Commons
Commons
Commons (Categoria) Modifica el valor a Wikidata
Obtingut de ≪ https://ca.wikipedia.org/w/index.php?title=Diode_emissor_de_llum&oldid=32904071 ≫