Led

Led

Un diodo emissor de llum o led (també conegut per la sigla LED, del anglés light-emitting diode) és una font de llum constituïda per un material semiconductor dotat de dos terminals. Es tracta d'un diodo d'unió p-n, que emet llum quan està activat. Si s'aplica una tensió adequada als terminals, els electrons es recombinan en els buits en la regió de la unió p-n del dispositiu, lliberant energia en forma de fotons. Este efecte es denomina electroluminiscència, i el color de la llum generada (que depén de l'energia dels fotons emesos) ve determinat per l'ample de la banda prohibida del semiconductor. Els ledes són normalment chicotets (menys de 1 mm²) i se'ls associen alguns components òptics per a configurar un patró de radiació.

Els primers ledes varen ser fabricats com a components electrònics per al seu us pràctic en 1962 i emetien llum infrarroja de baixa intensitat. Estos ledes infrarrojos se seguixen amprant com a elements transmissors en circuits de control remot, com són els mandos a distància utilisats dins d'una àmplia varietat de productes d'electrònica de consum. Els primers ledes de llum visible també eren de baixa intensitat i es llimitaven a l'espectre roig. Els ledes moderns poden comprendre llongituts d'ona dins dels espectres visible, ultravioleta i infrarrojo, i alcançar lluminositat molt elevades. Els primers ledes es varen amprar en els equips electrònics com a llànties indicadores en substitució de les peres incandescents. Pronte es varen associar per a les presentacions numèriques en forma d'indicadors alfanumèrics de sèt segments, al mateix temps que es varen incorporar en els rellonges digitals. Els recents desenrolls ya permeten amprar els ledes per a l'allumenament ambiental en les seues diferents aplicacions. Els ledes han permés el desenroll de noves pantalles de visualisació i sensors, i les seues altes velocitats de conmutación permeten utilisar-els també per a tecnologies alvançades de comunicacions. Hui en dia, els ledes oferixen moltes ventages sobre les fonts convencionals de llums incandescents o fluorescents, destacant un menor consum d'energia, una vida útil més llarga, una robustea física millorada, un tamany més chicotet aixina com la possibilitat de fabricar-els en molt diversos colors de l'espectre visible de manera molt més definida i controlada; en el cas de ledes multicolors, en una freqüència de conmutación ràpida. Estos diodos s'utilisen ara en aplicacions tan variades que comprenen totes les àrees tecnològiques actuals, des de la Bioingeniería, la Medicina i la Sanitat, passant per la nanotecnología i la computació quàntica, els dispositius electrònics o l'allumenament en la ingenieria de Mines; entre els més populars estan la retroiluminación de pantalles de TV i ordenador, aixina com de dispositius mòvils la llum de navegació dels avions, els fars davanters dels vehículs, els anuncis publicitaris, la allumenament en general, els semàfors, les llànties de centelleigs/centellejos i els papers lluminosos de paret. Des del començ de 2017, les llànties led per a l'allumenament de les vivendes són tan barates o més que les llànties fluorescents compacta de comportament similar al dels ledes. També són més eficients energèticament i, possiblement, la seua eliminació com a rebuig provoque menys problemes ambientals.

Parts d'un led convencional. Les superfícies planes de l'enclusa i del poste dins del encapsulamiento d'epoxi actuen com anclajes per a evitar que els conductors es desplacen per un esforç mecànic o per vibracions

Image ampliada d'un led de montage en superfície

Història

Descobriment i primers dispositius

El fenomen de la electroluminiscència va ser descobert en 1907 pel experimentador britànic Henry Joseph Round, dels laboratoris Marconi, usant un cristal de carbur de silici i un detector de bigots de gat. L'inventor soviètic Oleg Lósev va informar de la construcció del primer led en 1927. La seua investigació va aparéixer en revistes científiques soviètiques, alemanes i britàniques, pero el descobriment no es va dur a la pràctica fins a vàries décades més vesprada. Kurt Lehovec, Carl Accardo i Edward Jamgochian varen interpretar el mecanisme d'estos primers diodos led en 1951, utilisant un aparat que amprava cristals de carbur de silici, en un generador d'impulsos i en una font d'alimentació de corrent, i en 1953 en una variant pura del cristal. Rubin Braunstein, de la RCA, va informar en 1955 sobre l'emissió infrarroja del arseniuro de gali (GaAs) i d'atres aleacions de semiconductors. Braunstein va observar que esta emissió es generava en diodos construïts a partir d'aleacions d'antimoniuro de gali (GaSb), arseniuro de gali (GaAs), fosfuro d'indi (InP) i silici-germani (SiGe) a temperatura ambiente i a 77 kelvin. En 1957, Braunstein també va demostrar que estos dispositius rudimentaris podien utilisar-se per a establir una comunicació no radiofònica a curta distància. Com senyala Kroemer, Braunstein va establir una llínea de comunicacions òptiques molt simple: va prendre la música procedent d'un tocadiscos i la va processar per mig de l'adequada electrònica per a modular la corrent directa produïda per un diodo de GaAs arseniuro de gali. La llum emesa pel diodo de GaAS va ser capaç de sensibilisar un diodo de PbS sulfur de plom situat a una certa distància. La senyal aixina generada pel diodo de PbS va ser introduïda en un amplificador d'àudio i es va transmetre per un altaveu. Quan s'interceptava el raig lluminós entre els dos ledes, cessava la música. Este montage ya presagiava l'ocupació dels ledes per a les comunicacions òptiques.

L'electroluminiscència verda d'un punt de contacte en un cristal de SiC reproduïx l'experiment original que va realisar Round en 1907

En setembre de 1961, James R. Biard i Gary Pittman, que treballaven en Texas Instruments (TU) de Dallas (Texas), varen descobrir una radiació infrarroja (de 900 nm) procedent d'un diodo túnel que havien construït amprant un substrat d'arseniuro de gali (GaAs). En octubre de 1961 varen demostrar l'existència d'emissions de llum eficients i l'acoplament de les senyals entre la unió p-n d'arseniuro de gali emissora de llum i un fotodetector aïllat eléctricamente i construït en un material semiconductor. En base en els seus descobriments, el 8 d'agost de 1962 Biard i Pittman varen produir una palesa de títul “Semiconductor Radiant Diode” (Diodo radiant semiconductor) que descrivia cóm una aleació de zinc difosa durant el creiximent del cristal que forma el substrat d'una unió p-n led en un contacte del càtodo lo suficientment separat, permetia l'emissió de llum infrarroja de manera eficient en polarisació directa. A la vista de l'importància de les seues investigacions, tal com figuraven en els seus quaderns de notes d'ingenieria i abans inclús de comunicar els seus resultats procedents dels laboratoris de General Electric, Radi Corporation of America, IBM, Laboratoris Bell o les del Laboratori Lincoln del Institut Tecnològic de Massachusetts, la Oficina de Paleses i Marques d'Estats Units els va concedir una palesa per l'invenció dels diodos emissors de llum infrarroja d'arseniuro de gali (palés US3293513A d'els EE. UU.), que són considerats com els primers ledes d'us pràctic. Immediatament despuix de la presentació de la palesa, la TU va iniciar un proyecte per a la fabricació dels diodos infrarrojos. En octubre de 1962, Texas Instruments va desenrollar el primer led comercial (el SNX-100), que amprava un cristal pur d'arseniuro de gali per a l'emissió de llum de 890 nm. En octubre de 1963, TU va traure al mercat el primer led semiesfèric comercial, el SNX-110.

El primer led en emissió en l'espectre visible (roig) va ser desenrollat en 1962 per Nick Holonyak. Jr quan treballava en la General Electric. Holonyak va presentar un informe en la revista Applied Physics Letters l'1 de decembre de 1962. En 1972 M. George Craford, un estudiant de grau d'Holonyak, va inventar el primer led groc i va millorar la lluminositat dels ledes roig i roig-taronja en un factor de dèu. En 1976, T. P. Pearsall va construir els primers ledes d'alta lluentor i alta eficiència per a les telecomunicacions a través de fibres òptiques. Per a això va descobrir nous materials semiconductors expressament adaptats a les llongituts d'ona pròpies de la citada transmissió per fibres òptiques.

Desenroll comercial inicial

Els primers ledes comercials varen ser generalment usats per a substituir a les llànties incandescents i les llànties indicadores de neó aixina com en els visualisadors de sèt segments. Primer en equips costosos tals com a equips electrònics i d'ensaig de laboratori, i més vesprada en atres dispositius elèctrics com a televisors, ràdios, teléfons, calculadores, aixina com rellonges de polsera. Fins a 1968, els ledes visibles i infrarrojos eren extremadament costosos, de l'orde de 200 dólars per unitat, per lo que varen tindre poca utilitat pràctica. L'empresa Monsanto Company va ser la primera que va produir de manera massiva ledes visibles, utilisant fosfuro d'arseniuro de gali (GaAsP) en 1968 per a produir ledes rojos destinats als indicadors.

Hewlett-Packard (HP) va introduir els ledes en 1968, inicialment utilisant GaAsP suministrat per Monsanto. Estos ledes rojos eren lo suficientment lluents com per a ser utilisats com a indicadors, ya que la llum emesa no era suficient per a allumenar una zona. Les llectures en les calculadores eren tan dèbils que sobre cada dígit es varen depositar lents de plàstic per a que resultaren llegibles. Més tart, varen aparéixer atres colors que es varen usar àmpliament en aparats i equips. En la década dels 70 Fairchild Optoelectrónics va fabricar en èxit comercial dispositius led a menys de cinc centaus cada u. Estos dispositius varen amprar chips de semiconductors composts fabricats per mig del procés planar inventat per Jean Hoerni de Fairchild Semiconductor. El processat planar per a la fabricació de chips combinat en els métodos innovadors d'encapsulamiento va permetre a l'equip dirigit pel pioner en optoelectrònica, Thomas Brandt, conseguir les reduccions de cost necessàries en Fairchild. Estos métodos seguixen sent utilisats pels fabricants dels ledes.

Pantalla led d'una calculadora científica TU-30 (aprox. 1978) que utilisa lents de plàstic per a aumentar el tamany visible dels dígits

La majoria dels ledes es varen fabricar en els encapsulamientos típics T1¾ de 5 mm i T1 de 3 mm, pero en l'aument de la potència d'eixida, s'ha tornat cada volta més necessari eliminar l'excés de calor per a mantindre la fiabilitat. Per tant ha segut necessari dissenyar encapsulamientos més complexos ideats per a conseguir un eficient malbarat de calor. Els encapsulamientos amprats actualment per als ledes d'alta potència tenen poca semblança en els d'els primers ledes.

Led blau

Els ledes blaus varen ser desenrollats per primera volta per Henry Paul Maruska de RCA en 1972 utilisant nitrur de Gali (GaN) sobre un substrat de safir. Es varen escomençar a comercialisar els de tipo SiC (fabricats en carbur de silici) per la casa Creu, Inc., Estats Units en 1989. No obstant, cap d'estos ledes blaus era molt lluent. El primer led blau d'alta lluentor va ser presentat per Shuji Nakamura de la Nichia Corp. en 1994 partint del material Nitrur de Gali-Indi (InGaN). Isamu Akasaki i Hiroshi Amano en Nagoya treballaven en paral, en la nucleación cristalina del Nitrur de Gali sobre substrats de safir, obtenint aixina el dopage tipo-p en dit material. Com a conseqüència de les seues investigacions, Nakamura, Akasaki i Amano varen ser guardonats en el Premi Nobel de Física. En 1995, Alberto Barbieri delaboratori de la Universitat de Cardiff (RU) investigava l'eficiència i fiabilitat dels ledes d'alta lluentor i com a conseqüència de l'investigació va obtindre un led en l'electrodo de contacte transparent utilisant òxit d'indi i estany (ITO) sobre fosfuro d'alumini-gali-indi i arseniuro de gali. En 2001 i 2002 es varen portar a terme processos per a fer créixer ledes de nitrur de gali en silici. Com a conseqüència d'estes investigacions, en giner de 2012 Osram va llançar al mercat ledes d'alta potència de nitrur de gali-indi creixcuts sobre substrat de silici.

Led blanc i evolució

Ilustració de la Llei d'Haitz a on es mostra la milloria de l'a lo llarc del temps, amprant per a això una escala logarítmica en l'eix vertical

El guany d'una alta eficiència en els ledes blaus va ser ràpidament seguit pel desenroll del primer led blanc. En tal dispositiu un “fòsfor” (material fluorescent) de recobriment I₃ A el₅ O₁₂:Ce (conegut com YAG o granate d'itri i alumini) absorbix una miqueta de l'emissió blava i genera llum groga per fluorescència. De forma similar és possible introduir atres “fòsfors” que generen llum verda o roja per fluorescència. La mescla resultant de roig, vert i blau es percep per l'ull humà com a blanc; per un atre costat, no seria possible apreciar els objectes de color roig o vert allumenant-els en el fòsfor YAG lloc que genera solament llum groga junt en un remanente de llum blava. Els primers ledes blancs eren cars i ineficientes. No obstant, l'intensitat de la llum produïda pels ledes s'ha incrementat exponencialment, en un temps de duplicació que ocorre aproximadament cada 36 mesos des de la década dels 1960 (d'acort en la llei de Moore). Esta tendència s'atribuïx generalment a un desenroll paral d'atres tecnologies de semiconductors i als alvanços de l'òptica i de la ciència dels materials, i s'ha convingut en cridar la llei d'Haitz en honor a Roland Haitz.

L'emissió lluminosa i l'eficiència dels ledes blau i ultravioleta propenc varen aumentar al mateix temps que va baixar el cost dels dispositius d'allumenament en ells fabricats, lo que va conduir a l'utilisació dels ledes de llum blanca per a allumenament. El fet és que estan substituint a l'allumenament incandescent i la fluorescent.

Els ledes blancs poden produir 300 lúmenes per vat elèctric al mateix temps que poden durar fins a 100 000 hores. Comparat en les peres d'incandescència açò supon no solament un increment enorme de l'eficiència elèctrica, sino també una despesa similar o més baix per cada pera.

Principi de funcionament

Una unió P-N pot proporcionar una corrent elèctrica en ser allumenada. Análogamente una unió P-N recorreguda per una corrent directa pot emetre fotons lluminosos. Són dos formes de considerar el fenomen de la electroluminiscència. En el segon cas esta podria definir-se com l'emissió de llum per un semiconductor quan està somés a un camp elèctric. Els portadors de càrrega es recombinan en una unió P-N disposta en polarisació directa. En concret, els electrons de la regió N creuen la barrera de potencial i es recombinan en els buits de la regió P. Els electrons lliures es troben en la banda de conducció mentres que els buits estan en la banda de valència. D'esta forma, el nivell d'energia dels buits és inferior al dels electrons. Al recombinarse els electrons i els buits una fracció de l'energia s'emet en forma de calor i una atra fracció en forma de llum.

Polarisació directa de l'unió P-N en un diodo led. Producció de fotons com a conseqüència de la recombinació entre electrons i buits (part superior). El fenomen de la recombinació observat en un diagrama de bandes d'energia (part inferior)

El fenomen físic que té lloc en una unió PN al pas de la corrent en polarisació directa, per tant, consistix en una successió de recombinació electró-buit. El fenomen de la recombinació ve acompanyat de l'emissió d'energia. En els diodos ordinaris de Germani o de Silici es produïxen fonones o vibracions de l'estructura cristalina del semiconductor que contribuïxen, simplement, al seu calfament. En el cas dels diodos led, els materials semiconductors són diferents dels anteriors tractant-se, per eixemple, d'aleacions vàries del tipo III-V com són el arseniuro de gali (Agarre), el fosfuro de gali (PGa) o el fosfoarseniuro de gali (PAsGa). En estos semiconductors, les recombinació que es desenrollen en les unions PN eliminen l'excés d'energia emetent fotons lluminosos. El color de la llum emesa depén directament de la seua llongitut d'ona i és característic de cada aleació concreta. En l'actualitat es fabriquen aleacions que produïxen fotons lluminosos en llongituts d'ona en un ampli ranc de l'espectre electromagnètic dins del visible, infrarrojo propenc i ultravioleta propenc. Lo que es conseguix en estos materials és modificar l'esgambi en energies de la banda prohibida, modificant aixina la llongitut d'ona del fotó emés. Si el diodo led es polarisa inversamente no es produirà el fenomen de la recombinació per lo que no emetrà llum. La polarisació inversa pot aplegar a danyar al diodo. El comportament elèctric del diodo led en polarisació directa és com seguix. Si es va incrementant la tensió de polarisació, a partir d'un cert valor (que depén del tipo de material semiconductor), eled comença a emetre fotons, s'ha alcançat la tensió d'encés. Els electrons es poden desplaçar a través de l'unió en aplicar als electrodos diferents tensions; s'inicia aixina l'emissió de fotons i conforme es va incrementant la tensió de polarisació, aumenta l'intensitat de llum emesa. Este aument d'intensitat lluminosa ve emparellat a l'aument de l'intensitat de la corrent i pot vore's disminuïda per la recombinació Auger. Durant el procés de recombinació, l'electró bota de la banda de conducció a la de valència emetent un fotó i accedint, per conservació de l'energia i moment, a un nivell més baix d'energia, per baix del nivell de Fermi del material. El procés d'emissió es diu recombinació radiativa, que correspon al fenomen de la emissió espontànea. Aixina, en cada recombinació radiativa electró-buit s'emet un fotó d'energia igual a l'esgambi en energies de la banda prohibida:

Esquema del circuit led alimentat en tensió contínua incrementada gradualment fins que eled comença a lluir

$E_g=hf=\frac{hc}{\lambda }$

sent c la velocitat de la llum i f i λ la freqüència i la llongitut d'ona, respectivament, de la llum que emet. Esta descripció del fonament de l'emissió de radiació electromagnètica pel diodo led es pot apreciar en la figura a on es fa una representació esquemàtica de l'unió PN del material semiconductor junt en el diagrama d'energies, implicat en el procés de recombinació i emissió de llum, en la part baixa del dibuix. La llongitut d'ona de la llum emesa, i per lo tant el seu color, depén de l'esgambi de la banda prohibida d'energia. Els substrats més importants disponibles per a la seua aplicació en emissió de llum són el GaAs i el InP. Els diodos led poden disminuir la seua eficiència si les seues picos d'absorció i emissió espectral en funció de la seua llongitut d'ona estan molt pròxims, com ocorre en els ledes de GaAs:Zn (arseniuro de gali dopat en zinc), ya que partix de la llum que emeten l'absorbixen internament. Els materials utilisats per als ledes tenen una banda prohibida en polarisació directa l'esgambi de la qual en energies varia des de la llum infrarroja, al visible o inclús al ultravioleta pròxim. L'evolució dels ledes va començar en dispositius infrarrojos i rojos d'arseniuro de gali. Els alvanços de la ciència de materials han permés fabricar dispositius en llongituts d'ona cada volta més curtes, emetent llum en una àmplia gama de colors. Els ledes es fabriquen generalment sobre un substrat de tipo N, en un electrodo conectat a la capa de tipo P depositada en la seua superfície. Els substrats de tipo P, encara que són menys comunes, també es fabriquen.

Tecnologia

Fonament físic

Un led comença a emetre quan se li aplica una tensió de 2-3 volts. En polarisació inversa s'utilisa un eix vertical diferent al de la polarisació directa per a mostrar que la corrent absorbida és pràcticament constant en la tensió fins que es produïx la ruptura. Eled és un diodo format per un chip semiconductor dopat en impurees que creen una unió PN. Com en atres diodos, la corrent fluïx fàcilment del costat p, o ànodo, al n, o càtodo, pero no en el sentit opost. Els portadors de càrrega (electrons i buits) fluïxen a l'unió des de dos electrodos posats a distints voltages. Quan un electró es recombina en un buit, descendix el seu nivell d'energia i l'excés d'energia es desprén en forma d'un fotó. La llongitut d'ona de la llum emesa, i per tant el color deled, depén de l'esgambi en energia de la banda prohibida corresponent als materials que constituïxen l'unió pn. En els diodos de silici o de germani els electrons i els buits es recombinan generant una transició no radiativa, la qual no produïx cap emissió lluminosa, ya que són materials semiconductors en una banda prohibida indirecta. Els materials amprats en els ledes presenten una banda prohibida directa en un esgambi en energia que correspon a l'espectre lluminós del infrarrojo-propenc (800-2500 nm), el visible i el ultravioleta-propenc (200-400 nm). El desenroll dels ledes va donar començ en dispositius de llum roja i infrarroja, fabricats en arseniuro de gali (GaAs). Els alvanços en la ciència de materials han permés construir dispositius en llongituts d'ona cada volta més chicotetes, emetent llum dins d'una àmplia gama de colors. Els ledes se solen fabricar a partir d'un substrat de tipo n, en un dels electrodos unit a la capa de tipo p depositada sobre la seua superfície. Els substrats de tipo p també s'utilisen, encara que són menys comunes. Molts ledes comercials, en especial els de GaN/InGaN, utilisen també el safir (òxit d'alumini) com a substrat. La majoria dels materials semiconductors usats en la fabricació dels ledes presenten un índex de refracció molt alt. Açò implica que la majoria de la llum emesa en l'interior del semiconductor es reflectix en aplegar a la superfície exterior que es troba en contacte en l'aire per un fenomen de reflexió total interna. L'extracció de la llum constituïx, per tant, un aspecte molt important i en constant investigació i desenroll a prendre en consideració en la producció de ledes.

Índex de refracció

Eixemple idealizado dels cons de llum produïts en una peça de material semiconductor per a una emissió procedent d'un sol punt. La llum emesa per fòra d'estos cons no pot eixir fòra de la peça. L'ilustració de l'esquerra representa una peça formada per dos capes completament traslúcidas mentres que la de la dreta mostra els “mijos cons” formats quan la capa superior és traslúcida i la capa del fondo és completament opaca. Realment, la llum s'emet d'igual forma en totes les direccions de l'espai des de la font, per lo que els espais existents entre els cons mostren que gran part de l'energia lluminosa emesa per la font és atrapada dins de la mostra i es pert en forma de calor.

La majoria dels materials semiconductors usats en la fabricació dels ledes presenten un índex de refracció molt elevat sobre l'aire. Açò implica que la majoria de la llum emesa en l'interior del semiconductor es va a reflectir en aplegar a la superfície exterior que es troba en contacte en l'aire per un fenomen de reflexió total interna. Este fenomen afecta tant a l'eficiència en l'emissió lluminosa dels ledes com a l'eficiència en l'absorció de la llum de les cèles fotovoltaiques. L'índex de refracció del silici és 3.96 (a 590 nm), mentres que el de l'aire és 1.0002926. L'extracció de la llum constituïx, per tant, un aspecte molt important i en constant investigació i desenroll a prendre en consideració en la producció de ledes. En general, un chip semiconductor led de superfície plana sense revestir emetrà llum solament en la direcció perpendicular a la superfície del semiconductor i en unes direccions molt pròximes, formant un con cridat con de llum o con d'escape. El màxim àngul d'incidència que permet escapar als fotons del semiconductor es coneix com àngul crític. Quan se sobrepassa este àngul, els fotons ya no s'escapen del semiconductor, pero en canvi són reflectits dins del cristal del semiconductor com si existira un espill en la superfície exterior.

Per la reflexió interna, la llum que ha segut reflectida internament en una cara pot escapar-se a través d'atres cares cristalines si l'àngul d'incidència aplega a ser ara suficientment baix i el cristal és suficientment transparent per a no reflectir novament l'emissió de fotons cap a l'interior. No obstant, en un simple led cúbic en superfícies externes a 90 graus, totes les cares actuen com a espills angulars iguals. En este cas, la major part de la llum no pot escapar i es pert en forma de calor dins del cristal semiconductor.

Un chip que present en la seua superfície facetes angulades similars a les d'una joya tallada o a una Lent de Fresnelent fresnel pot aumentar l'eixida de la llum en permetre la seua emissió en les orientacions que siguen perpendiculars a les facetes exteriors del chip, normalment més numeroses que les sis úniques d'una mostra cúbica.

La forma ideal d'un semiconductor per a obtindre la màxima eixida de llum seria la d'una microesfera en l'emissió dels fotons situada exactament en el centre de la mateixa, i dotada d'electrodos que penetraren fins al centre per a conectar en el punt d'emissió. Tots els rajos de llum que partiren del centre serien perpendiculars a la superfície de l'esfera, lo que donaria lloc a que no hi haguera reflexions internes. Un semiconductor semiesfèric també funcionaria correctament posat que la part plana actuaria com un espill per a reflectir els fotons de manera que tota la llum es podria emetre completament a través de la semiesfera.

Revestiment de transició

La majoria dels materials amprats en la producció dels led presenten índexs de refracció molt elevats. Açò significa que molta de la llum emesa és reflectida cap a l'interior en la superfície externa del material en contacte en l'aire. Per lo tant, l'aspecte de l'extracció de la llum dels ledes és motiu d'una gran dedicació sobre investigació i desenroll. Els cons d'emissió de llum per a les mostres reals de ledes són prou més complexos que els produïts a partir d'una sola font puntual. La zona d'emissió de la llum és normalment un pla bidimensional definit entre les dos capes de semiconductor. Cada àtom situat en este pla presenta un conjunt de cons d'emissió anàlecs als de la figura anterior. La figura és un esquema simplificat que mostra l'efecte combinat d'alguns cons d'emissió. Els grans cons laterals han segut tallats per a mostrar les característiques de l'interior i reduir la complexitat de l'image; en realitat, estos cons es deurien estendre fins a les vores opostes dins del pla bidimensional d'emissió.

Despuix de construir una oblea de material semiconductor, es talla en chicotets fragments. Cada fragment es denomina chip i passa a constituir la chicoteta part activa d'un diodo led emissor de llum. Molts chips semiconductors led es encapsulan o s'incorporen en l'interior en carcasses de plàstic molejat. La carcassa de plàstic pretén conseguir tres propòsits:

1. Facilitar el montage del chip semiconductor en els dispositius d'allumenament.
2. Protegir de danys físics al fràgil cablejat elèctric associat al diodo.
3. Actuar d'element intermediari a efecte de la refracció entre l'elevat índex del semiconductor i el de l'aire. La tercera característica contribuïx a aumentar l'emissió de llum des del semiconductor actuant com una lent difusora, permetent que la llum siga emesa a l'exterior en un àngul d'incidència sobre la paret exterior molt major que la de l'estret con de llum procedent del chip sense recobrir.

L'eficiència i els paràmetros operacionals

Els ledes estan dissenyats per a funcionar en una potència elèctrica no superior a 30-60 milivatios (mW). Entorn a 1999, Philips Lumileds va introduir ledes més potents capaços de treballar de forma contínua a una potència d'un vat. Estos ledes utilisaven semiconductors de troquelar molt més grans en la finalitat d'acceptar potències d'alimentació majors. Ademés, es montaven sobre varetes de metal per a facilitar l'eliminació de calor. Una de les principals ventages de les fonts d'allumenament a pur de ledes és l'alta eficiència lluminosa. Els ledes blancs varen igualar en seguida i inclús varen superar l'eficiència dels sistemes d'allumenament incandescents estàndart. En 2002, Lumileds va fabricar ledes de cinc vats, en una eficiència lluminosa de 18-22 lúmenes per vat (lm/W). A modo de comparació, una pera incandescent convencional de 60-100 vats emet al voltant de 15 lm/W, i les llànties fluorescents estàndar emeten fins a 100 lm/W. A partir de 2012, Future Lighting Solutions havia alcançat les següents eficiència per a alguns colors. Els valors de l'eficiència mostren la potència lluminosa d'eixida per cada vat de potència elèctrica d'entrada. Els valors de l'eficiència lluminosa inclouen les característiques de l'ull humà i s'han deduït a partir de la funció de lluminositat.

	Color	Llongitut d'ona (nm)	Coeficient d'eficiència	Eficiència Lluminosa η (Lm/W)
	Rojo	620 < λ < 645	0.39	72
	Rojo anaranjado	610 < λ < 620	0.29	98
	Vert	520 < λ < 550	0.15	93
	Cian	490 < λ < 520	0.26	75
	Blau	460 < λ < 490	0.35	37

En setembre de 2003, Creu Inc. va fabricar un nou tipo de led blau que consumia 24 milivatios (mW) a 20 miliamperios (mA). Açò va permetre un nou encapsulamiento de llum blanca que produïa 65 lm/W a 20 miliamperios, convertint-se en eled blanc més lluent disponible en el mercat; ademés resultava ser més de quatre voltes més eficient que les peres incandescents estàndart. En 2006 varen presentar un prototip de led blanc en una eficiència lluminosa récort de 131 lm/W per a una corrent de 20 miliamperios. Nichia Corporation ha desenrollat un led blanc en una eficiència lluminosa de 150 lm/W i una corrent directa de 20 mA. Els ledes de l'empresa Creu Inc. denominats xlamp xm-L, varen eixir al mercat en 2011, produint 100 lm/W a la potència màxima de 10 W, i fins a 160 lm/W en una potència elèctrica d'entrada d'uns 2 W. En 2012, Creu Inc. va presentar un led blanc capaç de produir 254 lm/W, i 303 lm/W en març de 2014. Les necessitats d'allumenament general en la pràctica requerixen ledes d'alta potència, d'un vat o més. Funcionen en corrents superiors a 350 miliamperios. Estes eficiència es referixen a la llum emesa pel diodo mantingut a baixa temperatura en elaboratori. Ya que els ledes, una volta instalats, operen a altes temperatures i en pèrdues de conducció, l'eficiència en realitat és molt menor. El Departament d'Energia dels Estats Units (DOE) ha realisat proves per a substituir les llànties incandescents o els LFC per les llànties led, mostrant que l'eficiència mija conseguida és d'uns 46 lm/W en 2009 (el comportament durant les proves es va mantindre en un marge de 17 lm/W a 79 lm/W).

Pèrdua d'eficiència

Quan la corrent elèctrica suministrada a un led sobrepassa unes decenes de miliamperios, disminuïx l'eficiència lluminosa a causa d'un efecte denominat pèrdua d'eficiència. Al principi, es va buscar una explicació atribuint-ho a les altes temperatures. No obstant, els científics varen poder demostrar lo contrari, que si be la vida deled pot acurtar-se, la caiguda de la eficiència és menys severa a temperatures elevades. En 2007, la causa del descens en l'eficiència es va atribuir a la recombinació Auger la qual dona orige a una reacció mixta. Finalment, un estudi de 2013 va confirmar definitivament esta teoria per a justificar la pèrdua d'eficiència.

Ademés de disminuir l'eficiència, els ledes que treballen en corrents elèctriques més altes generen més calor lo que compromet el temps de vida deled. A causa d'este increment de calor a corrents altes, els ledes d'alta lluminositat presenten un valor patró industrial de tan sol 350 mA, corrent per a la que existix un equilibri entre lluminositat, eficiència i durabilitat.

Possibles solucions

Davant la necessitat d'aumentar la lluminositat dels ledes, esta no es conseguix a pur d'incrementar els nivells de corrent, sino per mig de l'ocupació de varis ledes en una sola llàntia. Per això, resoldre el problema de la pèrdua d'eficiència de les llànties led domèstiques consistix en l'ocupació del menor número possible de ledes en cada llàntia, lo que contribuïx a reduir significativament els costs. Membres del Laboratori d'Investigació Naval dels Estats Units han trobat una forma de disminuir la caiguda de l'eficiència. Varen descobrir que dita caiguda prové de la recombinació Auger no radiativa produïda en els portadors injectats. Per a resoldre-ho, varen crear uns pous quàntics en un potencial de confinament suau per a disminuir els processos Auger no radiatius.

Investigadors de la Universitat Central Nacional de Taiwan i d'Epistar Corp estan desenrollant un método per a disminuir la pèrdua d'eficiència per mig de l'us de substrats de ceràmica de nitrur d'alumini, que presenten una conductivitat tèrmica més alta que la del safir usat comercialment. Els efectes de calfament es veuen reduïts per l'elevada conductivitat tèrmica dels nous substrats.

Vida mija i anàlisis de fallos

Els dispositius d'estat sòlit tals com els ledes presenten una obsolescència molt llimitada si s'opera a baixes corrents i a baixes temperatures. Els temps de vida són de 25 000 a 100 000 hores, pero l'influència de la calor i de la corrent poden aumentar o disminuir este temps de manera significativa.

El fallo més comú dels ledes (i dels diodos làser) és la reducció gradual de l'emissió de llum i la pèrdua d'eficiència. Els primers ledes rojos varen destacar per la seua curta vida. En el desenroll dels ledes d'alta potència, els dispositius estan somesos a temperatures d'unió més altes i densitat de corrent més elevades que els dispositius tradicionals. Açò provoca estrés en el material i pot causar una degradació primerenca de l'emissió de llum. Per a classificar cuantitativamente la vida útil d'una manera estandardisada, s'ha sugerit utilisar els paràmetros L70 o L50, que representen els temps de vida (expressats en mils d'hores) en els que un led determinat alcança el 70 % i el 50 % de l'emissió de llum inicial, respectivament.

Aixina com en la majoria de les fonts de llum anteriors (llànties incandescents, llànties de descàrrega, i aquelles que cremen un combustible, per eixemple les veles i les llànties d'oli) la llum es generava per un procediment tèrmic, els ledes solament funcionen correctament si es mantenen suficientment frets. El fabricant específica normalment una temperatura màxima de l'unió entre 125 i 150 °C, i les temperatures inferiors són recomanables en interés d'alcançar una llarga vida per als ledes. A estes temperatures, es pert relativament poca calor per radiació, lo que significa que el fes de llum generat per un led es considera fret. La calor residual en un led d'alta potència (que a partir de 2015 pot considerar-se inferior a la mitat de la potència elèctrica que consumix) és transportat per conducció a través del substrat i el encapsulamiento fins a un disipador de calor, que elimina la calor en l'ambient per convecció. És per tant essencial realisar un disseny tèrmic cuidadós, tenint en conte les resistències tèrmiques del encapsulamiento deled, el disipador de calor i l'interfaç entre abdós. Els ledes de potència mija estan dissenyats normalment per a ser soldats directament a una placa de circuit imprés que dispon d'una capa de metal tèrmicament conductora. Els ledes d'alta potència es encapsulan en paquets ceràmics de gran superfície dissenyats per a ser conectats a un disipador de calor metàlica, sent l'interfaç un material d'una alta conductivitat tèrmica (pasta tèrmica, material de canvi de fase, almohadilla tèrmica conductora o pegament termofusible). Si s'instala una llàntia de ledes en un aparat lluminós sense ventilació, o l'ambient carix d'una circulació d'aire fresc, és provable que els ledes es sobrecalienten, lo que reduïx la seua vida útil o, inclús, produïxca la deterioració anticipada de l'aparat lluminós. El disseny tèrmic se sol proyectar per a una temperatura ambiente de 25 °C (77 °F). Els ledes utilisats en les aplicacions a l'aire lliure, com les senyals de tràfic o les llums de senyalisació en el paviment, i en climes a on la temperatura dins de l'aparat d'allumenament és molt alta, poden experimentar des d'una reducció de l'emissió lluminosa fins a un fallo complet.

ya que l'eficiència dels ledes és més alta a temperatures baixes, esta tecnologia és idònea per a l'allumenament dels congeladors de supermercat. Degut a que els ledes produïxen menys calor residual que les llànties incandescents, el seu us en congeladors també pot aforrar costs de refrigeració. No obstant, poden ser més susceptibles a la gelada i a l'acumulació de gebre que les llànties incandescents, per lo que alguns sistemes d'allumenament led han segut dotats d'un circuit de calefacció. Ademés, s'han desenrollat les tècniques dels disipadores de calor de manera que poden transferir la calor produïda en l'unió a les parts dels equips d'allumenament que puguen interessar.

Colors i materials

Els ledes convencionals estan fabricats a partir d'una gran varietat de materials semiconductors inorgànics. En la següent taula es mostren els colors disponibles en el seu marge de llongituts d'ona, diferències de potencial de treball i materials empleats.

	Color	Llongitut d'ona [nm]	Diferència de potencial [ΔV]	Material semiconductor
	Radiació infrarroja	λ > 760	ΔV < 1.63	Arseniuro de gali (GaAs) Arseniuro de gali-alumini (AlGaAs)
	Rojo	610 < λ < 760	1.63 < ΔV < 2.03	Arseniuro de gali-alumini (AlGaAs) Fosfuro de gali i arsènic (GaAsP) Fosfuro d'alumini, gali i indi (AlGaInP) Fosfat de gali (GaP)
	Taronja	590 < λ < 610	2.03 < ΔV < 2.10	Fosfuro de gali i arsènic (GaAsP) Fosfuro d'alumini-gali-indi (AlGaInP) Fosfat de gali (GaP)
	Groc	570 < λ < 590	2.10 < ΔV < 2.18	Fosfuro de gali i arsènic (GaAsP) Fosfuro d'alumini-gali-indi (AlGaInP) Fosfat de gali (GaP)
	Vert	500 < λ < 570	1.9 < ΔV < 4.0	Vert clàssic: Fosfat de gali (GaP) Fosfuro d'alumini-gali-indi (AlGaInP) Fosfuro de gali-alumini (AlGaP) Vert pur: Nitrur de gali-indi (InGaN) / Nitrur de gali (GaN)
	Blau	450 < λ < 500	2.48 < ΔV < 3.7	Seleniuro de zinc (ZnSe) Nitrur de gali-indi (InGaN) Carbur de silici (SiC) com a substrat Silici (Si) com a substrat (en desenroll)
	Violeta	400 < λ < 450	2.76 < ΔV < 4.0	Nitrur de gali-indi (InGaN)
	Púrpura	Combinació de distints tipos	2.48 < ΔV < 3.7	Ledes duals blau/roig, blau en fòsfor roig, o blanc en plàstic púrpura.
	Ultravioleta	λ < 400	3 < ΔV < 4.1	Nitrur de gali-indi (InGaN) (385-400 nm) Diamant (C) (235 nm) Nitrur de bor (BN) (215 nm) Nitrur d'alumini (AlN) (210 nm) Nitrur de gali-alumini (AlGaN) Nitrur d'alumini-gali-indi (AlGaInN) fins a 210 nm
	Rosa	Combinació de distints tipos	ΔV 3.3	Blau en una o dos capes de fòsfor, groc en fòsfor roig, taronja o rosa, blanc en plàstic rosa, o fòsfor blanc en tenyida rosa per damunt.
	Blanc	Espectre ampli	2.8 < ΔV < 4.2	Blanc pur: Led blau o UV en fòsfor groc Blanco càlit: Led blau en fòsfor taronja.

Blau i ultravioleta

El primer led blau-violeta utilisava clor dopat en magnesi i ho varen desenrollar Herb Maruska i Wally Rhines en la Universitat de Standford en 1972, estudiants de doctorat en ciència de materials i ingenieria. En aquelavors Maruska estava treballant en els laboratoris de RCA, a on colaborava en Jacques Pankove. En 1971, un any en acabant de que Maruska s'anara a Standford, els seus companyers de RCA Pankove i Ed Miller varen demostrar la primera electroluminiscència blava procedent del zinc dopat en nitrur de gali; no obstant, el dispositiu que varen construir Pankove i Miller, el primer diodo emissor de llum de nitrur de gali real, emetia llum verda. En 1974 la Oficina de Palesos nortamericà va concedir a Maruska, Rhines i al professor de Stanford David Stevenson una palesa (palesa US3819974 A d'els EE. UU.) del seu treball de 1972 sobre el dopage de nitrur de gali en magnesi que hui seguix sent la base de tots els ledes blaus comercials i dels diodos làser. Estos dispositius construïts en els 70 no tenien suficient rendiment lluminós per al seu us pràctic, per lo que l'investigació dels diodos de nitrur de gali es va ralentisar. En agost de 1989 Cree va introduir el primer led blau comercial en una transició indirecta a través de la banda prohibida en un semiconductor de carbur de silici (SiC). Els ledes de SiC tenen una eficiència lluminosa molt baixa, no superior al 0,03 %, pero emeten en la regió del blau visible. A finals dels 80, els grans alvanços en creiximent epitaxial i en dopage tipo-p en GaN varen marcar el començ de l'era moderna dels dispositius opte-electrònics de GaN. Basat en lo anterior, Theodore Moustakas va patentar un método de producció de ledes blaves en la Universitat de Boston utilisant un nou procés de dos passos. Dos anys més vesprada, en 1993, els ledes blaus d'alta intensitat varen ser represos per Shuji Nakamura de la Nichia Corporation utilisant processos de síntesis de GaN similars al de Moustakas. A Moustakas i a Nakamura se'ls varen assignar palesos separades, lo que va generar conflictes llegals entre Nichia i l'Universitat de Boston (sobretot perque, pese a que Moustakas va inventar el seu procés primer, Nakamura va registrar el seu abans). Este nou desenroll va revolucionar l'allumenament en ledes, rentabilisant la fabricació de les fonts de llum blava d'alta-potència, conduint al desenroll de tecnologies com el Blu-ray, i propiciant les pantalles lluentes d'alta resolució de les tabletas i teléfons moderns. Nakamura va ser laureado en el Premi de Tecnologia del Mileni per la seua contribució a la tecnologia dels ledes d'alta potència i el seu alt rendiment. Ademés se li va concedir, junt a Hiroshi Amano i Isamu Akasaki, el Premi Nobel de Física en 2014 per la seua decisiva contribució als ledes d'alt rendiment i aled blau. En 2015 un jujat nortamericà va dictaminar que tres empreses (o siga les mateixes companyies demandants que no havien resolt les seues disputes prèviament) i que disponien de les paleses de Nakamura per a la producció en EE. UU., havien vulnerat la palesa prèvia de Moustakas i els va ordenar pagar uns drets de llicència per un valor de 13 millons de dólars.

A finals dels 90, ya es disponia dels ledes blaus. Estos presenten una regió activa que consta d'un o més pous quàntics d'InGaN intercalados entre làmines més grosses de GaN, cridades baïnes. Variant la fracció d'In/Ga en els pous quàntics d'InGaN, l'emissió de llum pot, en teoria, modificar-se des del violeta fins a l'àmbar. El nitrur d'alumini i gali AlGaN en un contingut variable de la fracció del/Ga es pot usar per a fabricar la baïna i les làmines dels pous quàntics per als diodos ultravioletas, pero estos dispositius encara no han alcançat el nivell d'eficiència ni la madurea tecnològica dels dispositius d'InGaN/GaN blau/vert. Si el GaN s'usa sense dopar, per a formar les capes actives dels pous quàntics el dispositiu emet llum pròxima al ultravioleta en un pico centrat en una llongitut d'ona al voltant dels 365 nm. Els ledes verts fabricats en la modalitat InGaN/GaN són molt més eficients i lluentes que els ledes produïts en sistemes sense nitrur, pero estos dispositius encara presenten una eficiència massa baixa per a les aplicacions d'alta lluentor. Utilisant nitrur d'alumini, com AlGaN i AlGaInN, es conseguixen llongituts d'ones encara més curtes. Una gama de ledes ultravioletas per a diferents llongituts d'ona estan escomençant a trobar-se disponibles en el mercat. Els ledes emissors pròxims al UV en llongituts d'ona entorn a 375-395 nm ya resulten suficientment barats i es poden trobar en facilitat, per eixemple per a substituir les llànties de llum negra en l'inspecció de les marques d'aigua antifalsificació UV en alguns documents i en paper moneda. Els diodos de llongituts d'ona més curtes (fins a 240 nm), estan actualment en el mercat, encara que són notablement més cars. Com la fotosensibilidad dels microorganismes coincidix aproximadament en l'espectre d'absorció del ADN (en un pico entorn als 260 nm) s'espera utilisar els ledes UV en emissió en la regió de 250-270 nm en els equips de desinfecció i esterilisació. Investigacions recents han demostrat que els ledes UV disponibles en el mercat (365 nm) són eficaços en els dispositius de desinfecció i esterilisació. Les llongituts d'ona UV-C es varen obtindre en els laboratoris utilisant nitrur d'alumini (210 nm), nitrur de bor (215 nm) i diamant (235 nm).

RGB

RGB-SMD-LED. Led RGB montat en superfície (surface mounted device). Este dispositiu mostra els tres colors complementaris roig, vert i blau. Existixen atres tipos de dispositius com eled COB (montat en placa) o el microled que per la seua geometria i distribució en la placa de montage, són més eficients energèticament

Els ledes RGB consistixen en un led roig, un de blau i un atre vert. Ajustant independentment cada u d'ells, els ledes RGB són capaços de produir una àmplia gama de colors. A diferència dels ledes dedicats a un sol color, els ledes RGB no produïxen llongituts d'ones pures. Ademés, els mòduls disponibles comercialment no solen estar optimisats per a fer mescles suaus de color.

Sistemes RGB

Els sistemes RGB

Espectre resultant de la combinació dels ledes semiconductors d'estat sòlit blau, groc-vert i roig d'alta lluentor. L'ample de banda espectral és d'aproximadament 24-27 nm per als tres colors

Led RGB per a generar llum blanca

Existixen dos formes bàsiques per a produir llum blanca. Una consistix en utilisar ledes individuals que emeten els tres colors primaris (roig, vert i blau) i després mesclar els colors per a formar la llum blanca. L'atra forma consistix en utilisar un fòsfor per a convertir la llum monocromàtica d'un led blau o UV en un ampli espectre de llum blanca. És important tindre en conte que la blancor de la llum produïda es dissenya essencialment per a satisfer a l'ull humà i depenent de cada cas que no sempre pot ser apropiat pensar que es tracta de llum estrictament blanca. Servixca com a punt de referència la gran varietat de blancs que es conseguixen en els tubos fluorescents. Hi ha tres métodos principals per a produir llum blanca en els ledes.

• Led blau + led vert + led roig (mescla de colors; si be es pot utilisar com a llum de fondo per a les pantalles) per a allumenament resulten molt pobres pels intervals buits en l'espectre de freqüències).

• Led UV propenc o UV + fòsfor RGB (una llum led que genera una llongitut d'ona més curta que el blau s'utilisa per a excitar un fòsfor RGB).

• Led blau + fòsfor groc (dos colors complementaris es combinen per a produir la llum blanca; és més eficient que els primers dos métodos i, per tant està més utilisat en la pràctica). Pel metamerisme, és possible dispondre de diferents espectres que semblen blancs. No obstant, l'apariència dels objectes allumenats per eixa llum pot modificar-se a mida que l'espectre varia. Este fenomen òptic es coneix com a eixecució del color, és diferent a la temperatura del color, i que fa que un objecte realment taronja o cian puga semblar d'un atre color i molt més obscur com eled o el fòsfor associat no emeten eixes llongituts d'ona. La millor reproducció de color en CFL i led es conseguix utilisant una mescla de fòsfors, lo que proporciona una menor eficiència, pero una millor calitat de llum. Encara que el halógeno en major temperatura de color és el taronja, seguix sent la millor font de llum artificial disponible en térmens d'eixecució de color. La llum blanca es pot produir per mig de l'adició de llums de diferents colors; el método més comú és l'us de roig, vert i blau (RGB). D'ahí que el método es denomine ledes de blanc multicolor (a voltes conegut com ledes RGB). Degut a que necessiten circuits electrònics per a controlar la mescla i la difusió dels diferents colors, i perque els ledes de color individuals presenten patrons d'emissió llaugerament diferents (lo que conduïx a la variació del color en funció de la direcció d'observació), inclús si es fabriquen en una sola unitat, rara volta s'utilisen per a produir llum blanca. No obstant, este método té moltes aplicacions per la flexibilitat que presenta per a produir la mescla de colors i, en principi, per oferir una major eficiència quàntica en la producció de llum blanca. Hi ha varis tipos de ledes blancs multicolor: ledes blancs vaig donar-, tri- i tetracromático. Varis factors clau influïxen en estes diferents realisacions, com són l'estabilitat del color, el índex de reproducció del color natural i l'eficiència lluminosa. En freqüència, una major eficiència lluminosa implicarà una menor naturalitat del color, sorgint aixina una compensació entre l'eficiència lluminosa i la naturalitat dels colors. Per eixemple, els ledes blancs dicromáticos presenten la millor eficiència lluminosa (120 lm/W), pero la capacitat de representació cromàtica més baixa. Per un atre costat, els ledes blancs tetracromáticos oferixen una excelent capacitat de representació de color, pero a sovint s'acompanyen d'una pobra eficiència lluminosa. Els ledes blancs tricromáticos es troben en una posició intermija, posseïxen una bona eficiència lluminosa (> 70 lm/W) i una raonable capacitat per a la reproducció de color. Un dels desafius pendents de resoldre consistix en el desenroll de ledes verts més eficients. El màxim teòric per als ledes verts és de 683 lúmenes per vat, pero a partir de 2010 tan sol uns pocs ledes verts varen superar els 100 lúmenes per vat. Els ledes blau i roig, no obstant, s'estan acostant als seus llímits teòrics. Els ledes multicolors oferixen la possibilitat no solament de produir llum blanca, sino també de generar llums de diferents colors. La majoria dels colors perceptibles es poden formar mesclant diferents proporcions dels tres colors primaris. Açò permet un control dinàmic precís del color. A mida que es dedica més esforç en investigació el método dels ledes multicolor presenta una major influència com a método fonamental utilisat per a produir i controlar el color de la llum. Si ben este tipo de ledes pot jugar un bon paper en el mercat, abans cal resoldre alguns problemes tècnics. Per eixemple, la potència d'emissió d'estos ledes disminuïx exponencialment en aumentar la temperatura, produint un canvi substancial de l'estabilitat del color. Estos problemes poden impossibilitar la seua ocupació en l'indústria. Per això, s'han efectuat molts dissenys nous d'encapsulamientos i els seus resultats es troben en fase d'estudi pels investigadors. Evidentment, els ledes multicolors sense fòsfors mai poden proporcionar un bo allumenament degut a que cada u d'ells emet una banda molt estreta de color. Aixina com els ledes sense fòsfors constituïxen una solució molt pobra per a allumenament, oferixen la millor solució per a pantalles d'allumenament de fondo per a LCD o d'allumenament directe en pixel de ledes. En la tecnologia Led, la disminució de la temperatura de color correlacionada (CCT) és una realitat difícil d'evitar degut a que, junt en la vida útil i els efectes de la variació de la temperatura dels ledes, s'acaba modificant el color real definitiu dels mateixos. Per a corregir-ho, s'utilisen sistemes en bucle de realimentació proveïts, per eixemple, de sensors de color i aixina supervisar, controlar i mantindre el color resultant de la superposició dels ledes monocolor.

Ledes basats en fòsfor

Espectre d'un led blanc que mostra la llum emesa peled de GaN (aproximadament 465 nm) superpost a l'ample de banda de la llum emesa pel fòsfor de Ce ^ 3+

Este método implica el recobriment dels ledes d'un color (principalment ledes blaus d'InGaN) en fòsfors de diferents colors per a produir llum blanca; els ledes resultants de la combinació es diuen ledes blancs basats en fòsfors o ledes blancs en un convertidor de fòsfor (PCLED). Una fracció de la llum blava experimenta el desplaçament de Stokes que transforma les llongituts d'ona més curtes en llongituts d'ona més llargues. Depenent del color deled original, es poden amprar fòsfors de diversos colors. Si s'apliquen vàries capes de fòsfors de colors distints s'eixampla l'espectre d'emissió, incrementant-se efectivament el valor del índex de reproducció cromàtica (IRC) d'un led donat. Les pèrdues d'eficiència dels ledes basats en fòsfors (en substàncies fluorescents) es deuen a les pèrdues de calor generades pel desplaçament de Stokes i també a atres problemes de degradació relacionats en dites substàncies fluorescents. En comparació als ledes normals les seues eficiència lluminoses depenen de la distribució espectral de l'eixida de llum resultant i de la llongitut d'ona original del propi led. Per eixemple, l'eficiència lluminosa d'un fòsfor groc YAG típic d'un led blanc de 3 a 5 voltes l'eficiència lluminosa deled blau original, per la major sensibilitat de l'ull humà per al color groc que per al color blau (segons el model de la funció de lluminositat). Per la simplicitat de la seua fabricació, el método de fòsfor (material fluorescent) seguix sent el més popular per a conseguir una alta intensitat en els ledes blancs. El disseny i la producció d'una font de llum o llàntia utilisant un emissor monocromàtic en la conversió de fòsfor fluorescent és més simple i més barat que un sistema complex RGB, i la majoria dels ledes blancs d'alta intensitat existents actualment en el mercat es fabriquen utilisant la conversió de la llum per mig de fluorescència. Entre els reptes que sorgixen per a millorar l'eficiència de les fonts de llum blanca a pur de ledes es troba el desenroll de substàncies fluorescents (fòsfors) més eficients. A partir de 2010, el fòsfor groc més eficient continua sent el fòsfor YAG, que presenta una pèrdua pel desplaçament de Stokes inferior al 10 %. Les pèrdues òptiques internes degudes a la reabsorción en el propi chip deled i en el encapsulamiento deled constituïxen del 10 % al 30 % de la pèrdua d'eficiència. Actualment, en l'àmbit del desenroll en fòsfor, es dedica un gran esforç en la seua optimisació en la finalitat de conseguir una major producció de llum i unes temperatures d'operació més elevades. Per eixemple, l'eficiència es pot aumentar en un millor disseny del encapsulamiento o per mig de l'us d'un del tipo més adequat de fòsfor. El procés de revestiment d'ajust se sol utilisar en la finalitat de poder regular la gruixa variable del fòsfor. Alguns ledes blancs dotats de fòsfors consistixen en ledes blaus d'InGaN encapsulados en una resina epoxi recoberta per un fòsfor. Una atra opció consistix en associar eled en un fòsfor separat, una peça prefabricar de policarbonat preformado i revestida en el material del fòsfor. Els fòsfors separats proporcionen una llum més difusa, lo que és favorable per a moltes aplicacions. Els dissenys en fòsfors separats són també més tolerants en les variacions de l'espectre d'emissió deled. Un material de fòsfor groc molt comú és l'alumini granate d'itri i alumini dopat en ceri (Ce 3+:YAG). Els ledes blancs també es poden fabricar en ledes del ultravioleta pròxim (NUV) recoberts en una mescla de fòsfors d'europi d'alta eficiència que emeten roig i blau, més sulfur de zinc dopat en coure i alumini (ZnS:Cu, Al) que emet vert. Este procediment és anàlec al de funcionament de les llànties fluorescents. El procediment és menys eficient que el dels ledes de color blau en fòsfor YAG:Ce, ya que el desplaçament de Stokes és més important, per lo que una major fracció de l'energia es convertix en calor, aixina i tot es genera una llum en millors característiques espectrals i, per tant, en una millor reproducció de color. Ya que els ledes ultravioleta presenten una major radiació d'eixida que els blaus, abdós métodos oferixen, en definitiva, una lluentor similar. Un inconvenient dels últims és que una possible fuga de la llum UV procedent d'una font lluminosa que funcione incorrectament pot causar dany als ulls o a la pell humana.

Atres ledes blancs

Un atre método utilisat per a produir ledes experimentals de llum blanca sense l'ocupació de fòsfors es basa en la epitaxia de creiximent del seleniuro de zinc (ZnSe) sobre un substrat de ZnSe que de forma simultànea emet llum blava procedent de la seua regió activa i llum groga procedent del substrat. Una nova forma per a produir ledes blancs consistix en utilisar obleas compostes de nitrur de gali sobre silici a partir d'obleas de silici de 200 mm. Açò evita la costosa fabricació de substrats de safir a partir d'obleas de tamanys relativament chicotets, o siga de 100 o 150 mm. L'aparat de safir deu estar acoplat a un colector similar a un espill per a reflectir la llum, que d'un atre modo es perdria. Es prediu que per a 2020 el 40 % de tots els ledes de GaN es fabricaran sobre silici. La fabricació de safir de gran tamany és difícil, mentres que el material de silici gran és barat i més abundant. Per un atre costat, els fabricants de ledes que canvien del safir al silici deuen fer una inversió mínima.

Ledes orgànics (OLOREU)

En un diodo emissor de llum orgànic (OLOREU), el material electroluminiscente que constituïx la capa emissora del diodo és un compost orgànic. El material orgànic és conductor per deslocalisació electrònica dels enllaços pi causats per el sistema conjugat en tota o en part de la molècula; en conseqüència el material funciona com un semiconductor orgànic. Els materials orgànics poden ser chicotetes molècules orgàniques en fase cristalina, o polímers. Una de les ventages que possibiliten els OLOREU sò les pantalles primes i de baix cost en una tensió d'alimentació baixa, un ampli àngul de visió, un alt contrast i una extensa gama de colors. Els ledes de polímer presenten la ventaja afegida de propiciar les pantalles imprimibles i flexibles. Els OLOREU s'han utilisat en la fabricació de pantalles visuals per a les dispositius electrònics portàtils, com són els teléfons mòvils, les cambres digitals i els reproductors de MP3, i es considera que els possibles usos futurs també inclouran l'allumenament i la televisió.

Ledes de punts quàntics

A inici dels anys 60 va començar una década de revolució tecnològica en el naiximent d'Internet i el descobriment deled en l'espectre visible. En 1959 el premi nobel de física Richard P. Feynman, en la seua célebre conferència donada en la reunió anual de l'Associació Física dels Estats Units titulada: "Hi ha molt espai en el fondo: una invitació per a entrar en un nou camp de la física", ya alvançava la revolució tecnològica i els importants descobriments que podien supondre la manipulació dels materials fins a reduir-els a tamanys o escals atòmiques o moleculars. Pero no és fins a la década següent de 1970 que el coneiximent de numeroses aplicacions de la mecànica quàntica (a uns 70 anys de la seua invenció) unit a l'alvanç de les tècniques de creiximent i síntesis de materials, apleguen a supondre un canvi important en les llínees d'investigació de numerosos grups.

Ya en esta década s'unia la capacitat de dissenyar estructures tenint noves propietats òptiques i electròniques a la busca de noves aplicacions tecnològiques als materials ya existents en la naturalea. De fet, en 1969, L. Esaki et al. varen propondre l'implementació d'heteroestructuras formades per capes molt primes de distints materials, donant lloc a lo que es coneix com a ingenieria i disseny de bandes d'energia en materials semiconductors. La heteroestructura de chicotetes dimensions més bàsica és el pou quàntic (Quàntum Well, QW). Consistix en una capa prima d'un determinat semiconductor, de l'orde de 100 Å, confinada entre dos capes d'un atre material semiconductor caracterisat per un major esgambi de la banda d'energia prohibida (bandgap, BG). Per les chicotetes dimensions del pou de potencial associat a esta estructura, els portadors veuen restringit el seu moviment un pla perpendicular a la direcció de creiximent. Els diodos làser en QWs en la zona activa suponien grans ventages, com per eixemple la capacitat de seleccionar la llongitut d'ona d'emissió en funció de l'esgambi del pou o la disminució de la corrent llindar, açò últim relacionat en la densitat d'estats resultat del confinament en un pla.

A tots estos alvanços es varen ser succeint de manera natural atres com l'estudi dels sistemes en confinament en tres dimensions, és dir els punts quàntics (QDs). Aixina, els QDs es poden definir com a sistemes artificials de tamany molt chicotet, des d'algunes decenes de nanómetros a algunes micras en els que els portadors es troben confinats en les tres direccions de l'espai tridimensional (per això es diu zero-dimensional), en una regió de l'espai més chicoteta que el seu llongitut d'ona de Broglie. Quan el tamany del material semiconductor que constituïx el punt quàntic es troba dins de l'escala nanométrica, este material presenta un comportament que diferix de l'observat per al mateix a escala macroscòpica o per als àtoms individuals que els conformen. Els electrons en el nanomaterial es troben restringits a moure's en una regió molt chicoteta de l'espai i es diu que estan confinats. Quan esta regió és tan chicoteta que és comparable a la llongitut d'ona associada a l'electró (la llongitut de De Broglie), llavors comença a observar-se lo que es denomina comportament quàntic. En estos sistemes, les seues propietats físiques no s'expliquen en conceptes clàssics, sino que s'expliquen per mig dels conceptes de la mecànica quàntica. Per eixemple, l'energia potencial mínima d'un electró confinat dins d'una nanoparticula és major que l'esperada en física clàssica i els nivells d'energia dels seus diferents estats electrònics són discrets. Pel confinament quàntic, el tamany de la partícula té un efecte fonamental sobre la densitat d'estats electrònics i per això, sobre la seua resposta òptica. El confinament quàntic es produïx quan el tamany de les partícules s'ha reduït fins a aproximar-se al radi del excitón de Bohr (generant-se en el material semiconductor un parell electró-buit o excitón) quedant confinat en un espai molt reduït. Com a conseqüència, l'estructura dels nivells energètics i les propietats òptiques i elèctriques del material es modifiquen considerablement. Els nivells d'energia passen a ser discrets i finitos, i depenen fortament del tamany de la nanopartícula.

Usualment estan fabricats en material semiconductor i poden albergar des de cap a varis mils d'electrons. Els electrons que estan dins del punt quàntic es repelixen, costa energia introduir electrons adicionals, i obedixen el principi d'exclusió de Pauli, que prohibix que dos electrons ocupen el mateix estat quàntic simultàneament. En conseqüència, els electrons en un punt quàntic formen òrbites d'una manera molt similar a les dels àtoms i en alguns casos li'ls denomina àtoms artificials. També presenten comportaments electrònics i òptics similars als àtoms. La seua aplicació pot resultar molt diversa, ademés d'en optoelectrònica i òptica, en la computació quàntica, en l'almagasenament d'informació per a computadores tradicionals, en biologia i en medicina. Les propietats òptiques i de confinament quàntic del punt quàntic permeten que el seu color d'emissió es puga ajustar des del visible al infrarrojo. Els ledes de punts quàntics poden produir casi tots els colors del diagramaCIE. Ademés, proporcionen més opcions de color i una millor representació del mateix que els ledes blancs comentats en les seccions anteriors, ya que l'espectre d'emissió és molt més estret, lo que és característic dels estats quàntics confinats. Existixen dos procediments per a l'excitació dels QD. Un utilisa la fotoexcitación en una font de llum primària de led (per a això s'utilisen habitualment els ledes blaus o UV). L'atre procediment utilisa l'excitació elèctrica directa demostrada per primera volta per Alivisatos et al.

Un eixemple del procediment de fotoexcitación és el desenrollat per Michael Bowers, en la Universitat Vanderbilt de Nashville, realisant un prototip que consistia en el recobriment d'un led blau en punts quàntics que emetien llum blanca en resposta a la blava deled. Eled modificat emetia una llum càlida de color blanc groguenc similar a la de les llànties incandescents. En 2009 es varen iniciar investigacions en els diodos emissors de llum utilisant QD en aplicacions als televisors en pantalla de cristalíquit (LCD).

En febrer de 2011 científics del PlasmaChem GmbH varen ser capaços de sintetisar punts quàntics per a les aplicacions dels ledes realisant un convertidor de llum que conseguia transformar eficaçment la llum blava en llum de qualsevol atre color durant molts centenars d'hores. Estos punts quàntics poden també ser utilisats per a emetre llum visible o propenca al infrarrojo en excitar-els en llum d'una llongitut d'ona menor. L'estructura dels ledes de punts quàntics (QD-LED) utilisats per a l'excitació elèctrica del material, posseïxen un disseny bàsic similar al dels OLOREU. Una capa de punts quàntics es troba situada entre dos capes d'un material capaç de transportar electrons i buits. En aplicar un camp elèctric, els electrons i els buits es mouen cap a la capa de punts quàntics i es recombinan formant excitones; cada excitón produïx un parell electró-buit, emetent llum. Este esquema és l'habitualment considerat per a les pantalles de punts quàntics. La gran diferència en els OLOREU residix en el seu tamany de dimensions molt chicotetes i com a conseqüència, generen els efectes i propietats òptiques del confinament quàntic. Els QD resulten també molt útils com a fonts d'excitació per a produir imàgens per fluorescència per l'estret marge de llongituts d'ona emeses pel QD que es manifesta en l'estret ample de banda del pico en l'espectre d'emissió (propietat deguda al confinament quàntic). Per això s'ha mostrat eficient l'us de ledes de punts quàntics (QD-LED) en la tècnica de microscopía òptica de camp propenc.

Sobre la eficiència energètica, en febrer de 2008 es va conseguir una emissió de llum càlida en una eficiència lluminosa de 300 lúmenes de llum visible per cada vat de radiació (no per vat elèctric) per mig de l'us de nanocristals.

Tipos

Els ledes es fabriquen en una gran varietat de formes i tamanys. El color de la lent de plàstic sol coincidir en el de la llum emesa peled, encara que no sempre és aixina. Per eixemple, el plàstic de color púrpura s'ampra per als ledes infrarrojos i la majoria dels ledes blaus presenten encapsulamientos incoloros. Els ledes moderns d'alta potència com els empleats per a allumenament directe o per a retroiluminación apareixen normalment en montages de tecnologia de superfície (SMT).

Miniatura

Foto d'un montage superficial en ledes dels tamanys més corrents. Poden ser prou més chicotets que el típic led de llàntia de 5 mm que apareix en el cantó superior esquerre

Conjunt miniatura de ledes de color roig, vert i blau en un montage superficial diminut (1.6x1.6x0.35 mm) en detalls de les soldadures d'or

Els ledes miniatura se solen usar com a indicadors. En la tecnologia de forats pasantes i en els montages superficials el seu tamany varia des de 2 mm a 8 mm. Normalment no disponen d'un disipador de calor independent. La corrent màxima se situa entre 1 mA i 20 mA. El seu chicotet tamany constituïx una llimitació a efectes de la potència consumida per la seua alta densitat de potència i a l'absència d'un disipador. A sovint es conecten en cadena margarita per a formar tires de llum led. Les formes de la coberta de plàstic més típiques són redona, plana, triangular i quadrada en la part de dalt plana. El encapsulamiento també pot ser transparent o coloreado per a poder millorar el contrast i els ànguls de visió.

Investigadors de la Universitat de Washington han inventat eled més prim. Està format per materials de dos dimensions (2-D). El seu esgambi són 3 àtoms, o siga entre 10 i 20 voltes més fi que els ledes tridimensionals (3-D) i 10 000 voltes més prim que un pèl humà. Estos ledes 2-D permetran les comunicacions òptiques i els nano làsers més chicotets i més eficients en energia.

Hi ha tres categories principals de ledes miniatura d'un únic color:

Baixa Intensitat de Corrent

Preparats per a una corrent de 2 mA en uns 2 V (consum de més o menys 4 mW).

Ranc Intermig o Comuns

Ledes de 20 mA (entre 40 mW i 90 mW) entorn a:

• 1.9-2.1 V per a roig, taronja groc i el vert tradicional.
• 3.0-3.4 V per a vert pur i blau.
• 2.9-4.2 V per a violeta, rosa, morat i blanc.

Alta Intensitat de Corrent

Per a una corrent de 20 mA i en 2 o 4-5 V, dissenyades per a poder vore en llum solar directa. Els ledes de 5 V i 12 V són ledes miniatura normals que incorporen un resistència en série per a la conexió directa a una alimentació de 5 o 12 V.

Alta Potència

Diodos emissors de llum d'alta potència conectats a una base en estrela per a led (Luxeon, Lumileds)

Vore també: Allumenament d'estat sòlit, Llàntia LED, ledes d'Alta Potència o HP-LED

Els ledes d'alta potència HP-LED (High-power LED) o d'alta emissió HO-LED (de l'anglés High-Output LED) poden controlar-se en corrents des de centenars de mA fins a de més d'1 amperi, mentres que atres ledes solament apleguen a les decenes de miliamperios. Alguns poden emetre més de milúmenes.

També s'han alcançat densitat de potència de fins a 300 W/(cm²). Com el sobrecalfament dels ledes pot destruir-els, es tenen que montar sobre un disipador. Si la calor d'un HP-LED no es transferira al mig, l'aparat fallaria en uns pocs segons. Un HP-LED pot substituir a una pera incandescent en una llanterna o varis d'ells poden associar-se per a constituir una llàntia led de potència. Alguns HP-LED ben coneguts en esta categoria són els de la série Nichia 19, Lumileds Rebeled, Osram Opte Semiconductors Golden Dragon i Creu X-Lamp. Des de setembre de 2009, existixen ledes manufacturados per Creu que superen els 105 lm/W.

Eixemples de la llei d'Haitz, que prediu un aument exponencial en el temps de l'emissió lluminosa i de l'eficiència d'un led, són els de la série CREU XP-GE que va alcançar en 2009 els 105 lm/W i la série Nichia 19 en una eficiència mija de 140 lm/W que va ser llançat en 2010.

Accionados per corrent alterna

Semiconductor Seül ha desenrollat ledes que pot funcionar en corrent alterna sense necessitat d'un conversor DC. En un semiciclo, una part deled emet llum i l'atra part és obscura, i açò succeïx al contrari durant el següent semiciclo. L'eficiència normal d'este tipo d'HP-LED és 40 lm/W. Un gran número d'elements led en série poden funcionar directament en la tensió de la ret. En 2009, Semiconductor Seül va llançar un led d'alt voltage, cridat 'Acrich MJT', capaç de ser governat per AC per mig d'un simple circuit de control. La baixa potència dissipada per estos ledes els proporciona una major flexibilitat que a atres dissenys originals de ledes AC.

Aplicacions. Variants

De centelleigs/centellejos intermitents

Els ledes intermitents s'utilisen com a indicadors d'atenció sense necessitat de cap tipo d'electrònica externa. Els ledes intermitents s'assemblen als ledes estàndar, pero contenen un circuit multivibrador integrat que fa que els ledes parpadeen en un periodo característic d'un segon. En els ledes proveïts de lent de difusió, este circuit és visible (un chicotet punt negre). La majoria dels ledes intermitents emeten llum d'un sol color, pero els dispositius més sofisticats poden parpadear en varis colors i inclús desvanir-se per mig d'una seqüència de colors a partir de la mescla de colors RGB.

Bicolores

Els ledes bicolor contenen dos ledes diferents en un sol conjunt. Els hi ha de dos tipos; el primer consistix en dos troquelar conectats a dos conductors parals entre sí en la circulació de la corrent en sentits oposts. En el fluix de corrent en un sentit s'emet un color i en la corrent en el sentit opost s'emet l'atre color. En el segon tipo, en canvi, els dos troquelar tenen els terminals separats i existix un terminal per a cada càtodo o per a cada ànodo, de modo que poden ser controlats independentment. La combinació de colors més comú és la de roig/vert tradicional, no obstant, existixen atres combinacions disponibles com el vert tradicional/àmbar, el roig/vert pur, el roig/blau o el blau/vert pur.

Tricolores

Els ledes tricolores contenen tres ledes emissors diferents en un sol bastidor. Cada emissor està conectat a un terminal separat per a que puga ser controlat independentment dels atres. És molt característica una disposició en la que apareixen quatre terminals, un terminal comuna (els tres ànodos o els tres càtodos units) més un terminal adicional per a cada color.

RGB

Els ledes RGB són ledes tricolor en emissors roig, vert i blau, que usen generalment una conexió de quatre fils i un terminal comuna (ànodo o càtodo). Este tipo de ledes poden presentar com a comú tant el terminal positiu com el terminal negatiu. Atres models, no obstant, solament tenen dos terminals (positiu i negatiu) i una chicoteta unitat de control electrònic incorporada.

Multicolors decoratius

Este tipo de ledes posseïx emissors de diferents colors i estan dotats de dos únics terminals d'eixida. Els colors es commuten internament variant la tensió d'alimentació.

Alfanumèrics

Els ledes alfanumèrics estan disponibles com visualisadors de sèt segments, com a visualisadors de catorze segments o com pantalles de matrius de punts. Els visualisadors (displays) de sèt segments poden representar tots els números i un conjunt llimitat de lletres mentres que els de catorze segments poden visualisar totes les lletres. Les pantalles de matrius de punts usen habitualment 5x7 píxels per caràcter. L'us dels ledes de sèt segments es va generalisar en la década de 1970 i 1980, pero l'us creixent de les pantalles cristalíquit ha reduït la popularitat dels ledes numèrics i alfanumèrics pel seu menor requeriment de potència i major flexibilitat per a la visualisació.

RGB Digitals

Són ledes RGB que contenen la seua pròpia electrònica de control "inteligent". Ademés de l'alimentació i la conexió a terra, disponen de conexions per a l'entrada i l'eixida de senyes i, a voltes, per a senyals de rellonge o estroboscópicas. Es troben conectats en una cadena margarita, en l'entrada de senyes al primer led dotada d'un microprocessador que pot controlar la lluentor i el color de cada u d'ells, independentment dels demés. S'usen a on siga necessària una combinació que proporcione un control màxim i una vista mínima de l'electrònica, com succeïx en les cadenes lluminoses nadalenques o en les matrius de led. Alguns inclús presenten taxes de refresc en el marge dels kHz, lo que els fa aptes per a aplicacions bàsiques de vídeo.

Filaments

Un filament led consta de varis chips led conectats en série sobre un substrat llongitudinal formant una barra prima que recorda al filament incandescent d'una pera tradicional. Els filaments s'estan utilisant com una alternativa decorativa de baix cost a les peres tradicionals que estan sent eliminades en molts països. Els filaments requerixen una tensió d'alimentació prou alta per a allumenar en una lluentor normal, podent treballar de manera eficient i senzilla a les tensions de la ret. En freqüència un simple rectificador i un llimitador capacitiu de corrent s'ampren com una substitució de baix cost de la pera incandescent tradicional sense l'inconvenient de tindre que construir un convertidor de baixa tensió i corrent elevada, tal com ho requerixen els diodos led individuals. Normalment es monten en l'interior d'un recint hermètic al que se li dona una forma similar a la de les llànties que substituïxen (en forma de pera, per eixemple) i es reblixen en un gas inerte com a nitrogen o diòxit de carbono per a eliminar la calor de forma eficient. Els principals tipos de ledes són: miniatura, dispositius d'alta potència i dissenys habituals com els alfanumèrics o els multicolor.

Consideracions d'us

Fonts d'alimentació

Artícul principal: Circuit en led

Circuit bàsic per a l'encés d'un Led. Es compon d'un led, una resistència llimitadora de corrent i una font d'alimentació de tensió contínua

Curva característica d'un diodo led en les seues zones de polarisació directa i inversa

La curva característica corrent-tensió d'un led és similar a la d'atres diodos, en els que la intensitat de corrent (o breument, corrent) creix exponencialment en la tensió (vore la equació de Shockley). Açò significa que un chicotet canvi en la tensió pot provocar un gran canvi en la corrent. Si la tensió aplicada sobrepassa la caiguda de la tensió llindar en polarisació directa deled, en una chicoteta cantitat, ellímit de corrent que el diodo pot soportar pot superar-se àmpliament, podent danyar o destruir eled. La solució que es pot adoptar per a evitar-ho consistix en utilisar fonts d'alimentació d'intensitat de corrent constant (breument, font de corrent constant) capaços de mantindre la corrent per baix del valor màxim de la corrent que pot travessar eled o, per lo manco, si s'usa una font de tensió constant convencional o bateria, afegir en el circuit d'allumenament deled una resistència llimitadora en série en eled. Ya que les fonts normals d'alimentació (bateries, ret elèctrica) són normalment fonts de tensió constant, la majoria dels aparats led deuen incloure un convertidor de potència o, a lo manco, una resistència llimitadora de corrent. No obstant, l'alta resistència de les piles de botó de tres volts combinada en l'alta resistència diferencial dels ledes derivats de nitrur fa possible alimentar tals ledes en una pila de botó sense necessitat d'incorporar una resistència externa.

Polaridad elèctrica

Artícul principal: Polaridad elèctrica dels Ledes

De la mateixa manera que succeïx en tots els diodos, la corrent fluïx fàcilment del material de tipo p al material de tipo n. No obstant, si s'aplica un voltage chicotet en el sentit invers la corrent no fluïx i no s'emet llum. Si el voltage invers creix lo suficient com per a excedir la tensió de ruptura, fluïx una corrent elevada i eled pot quedar danyat. Si la corrent inversa està lo suficientment llimitada com per a evitar danys, eled de conducció inversa pot ser utilisat com un diodo remugada.

Salut i seguritat

L'immensa majoria dels dispositius que contenen ledes són "segurs en condicions d'us normal", i per lo tant es classifiquen com "Producte de risc 1 RG1 (risc baix)" / "LED Class 1". En l'actualitat, solament uns pocs ledes —els ledes extremadament lluminosos que presenten un àngul de visió molt chicotet d'una obertura de 8° o menys— podrien, en teoria, causar una ceguera temporal i, per lo tant, es classifiquen com de "Risc 2 RG2 (risc moderat)". La tecnologia led també s'utilisa en el sector de l'atenció sanitària per a reduir els costs de consum d'energia i frenar la difusió de les infeccions intrahospitalarias. També s'està estudiant la seua utilisació per al tractament del dolor, l'insomni i atres trastorns i malties, entre unes atres, la d'Alzheimer.

L'opinió de l'Agència Francesa de Seguritat Alimentària, Migambiental i de Salut i Seguritat Ocupacional (ANSES) en abordar en 2010 les qüestions sanitàries relacionades en els ledes, va sugerir prohibir l'us públic de les llànties que es trobaven en el Grup 2 o de Risc Moderat, especialment aquelles en un alt component blau, en els llocs freqüentats pels chiquets.

En general, els reglaments de seguritat en l'utilisació de la llum làser —i els dispositius de Risc 1, Risc 2, etc.— són també aplicables als ledes.

Aixina com els ledes presenten la ventaja, sobre les llànties fluorescents, de que no contenen mercuri, no obstant, poden contindre atres metals perillosos tals com plom i arsènic. Sobre la toxicitat dels ledes quan es tracten com a residus, un estudi publicat en 2011 va declarar: "D'acort en les normes federals, els ledes no són perillosos, llevat els ledes rojos de baixa intensitat, ya que al principi de la seua comercialisació contenien Pb (plom) en concentracions superiors als llímits reglamentaris (186 mg/L; llímit reglamentari: 5). No obstant, d'acort en les reglamentacions de Califòrnia, els nivells excessius de coure (fins a 3892 mg/kg; llímit: 2500), plom (fins a 8103 mg/kg, llímit: 1000), níquel (fins a 4797 mg/kg, llímit: 2000), o argent (fins a 721 mg/kg, llímit: 500) ocasionen que tots els ledes, llevat els grocs de baixa intensitat, siguen perillosos".

Ventages

• Eficiència: els ledes emeten més lúmenes per vat que les peres incandescents. L'eficiència dels aparats d'allumenament led no es veu afectada per la forma i el tamany d'estos a diferència de les peres o tubos fluorescents.

• Color: els ledes poden emetre llum de qualsevol color, sense usar cap filtre de color com els que es necessiten en els métodos d'allumenament tradicional. Esta propietat els proporciona una major eficiència i permet reduir els costs.

• Tamany: els ledes poden ser molt chicotets (menys de 2 mm²) i per això poden conectar-se fàcilment a les plaques dels circuits impresos.

• Temps de calfament: els ledes s'encenen molt ràpidament. Un indicador led roig típic alcançarà la lluentor màxima en menys d'un microsegon. Els ledes utilisats en els dispositius de comunicacions poden presentar temps de resposta encara més curts.

• Cicles: els ledes són ideals en les aplicacions subjectes a freqüents cicles d'encés i apagats, a diferència de les llànties incandescents i fluorescents que fallen quan s'usen en esta opció, o com les llànties d'alta intensitat de descàrrega (llànties HID) que requerixen molt temps d'espera abans de reiniciar-se l'encés.

• Oscurecimiento: els ledes poden enfosquir-se fàcilment per modulació per ample de polsos o per disminució de la corrent directa. La modulació de l'ample dels polsos és la raó per la quals llums led, en particular els fars dels automòvils semblen estar parpadeando quan són vists a través d'una cambra o per algunes persones. És un cas d'efecte estroboscópico.

• Llum freda: a diferència de la majoria de fonts de llum, els ledes irradian molt poca calor en forma de radiació infrarroja la qual pot danyar objectes o teixits sensibles. L'energia perduda desapareix en forma de calor en la base deled.

• Desgast llent: la majoria dels ledes es van danyant llentament en el temps, a diferència de les peres incandescents que es deterioren de forma abrupta.

• Vida útil: els ledes poden tindre una vida útil relativament llarga. Un informe estima que entre 35 000 i 50 000 hores de vida útil, encara que el temps normalment transcorregut fins que el producte deixa de funcionar completament sol ser major. Els tubos fluorescents tenen una vida útil estimada de 10 000 a 15 000 hores, depenent en part de les condicions d'us, i les peres incandescents de 1000 a 2000 hores. Vàries manifestacions del DOE han demostrat que més que l'aforro d'energia, la reducció dels costs de manteniment durant esta vida útil tan estesa, constituïx el factor principal per a la determinació del periodo de recuperació de l'inversió per a un producte led.

• Resistència als colps: els ledes són components d'estat sòlit i, per tant, són difícils de danyar en colps externs, a diferència de les llànties fluorescents i incandescents, que són fràgils.

• Enfocament: un sistema de ledes es pot dissenyar per a poder enfocar la llum. Les fonts incandescents i fluorescents requerixen, a sovint, un reflector extern per a arreplegar la llum i dirigir-la d'una forma apropiada. En els sistemes de ledes més grans, les lents de reflexió interna total (TIR) se solen usar per a conseguir el mateix efecte. No obstant, quan es necessiten grans cantitats de llum, se solen desplegar moltes fonts de llum, que són difícils d'enfocar o colimar cap al mateix lloc.

Inconvenients

• Preu inicial: els ledes són actualment una miqueta més cars (preu per lumen) que atres tecnologies d'allumenament. En març de 2014 un fabricant va afirmar haver alcançat ya el preu d'un dólar per kilumen. La despesa adicional prové en part d'una emissió de llum relativament baixa, dels circuits d'accionament i de les fonts d'alimentació que es requerixen.

• Dependència de la temperatura: el rendiment deled depén en gran mida de la temperatura ambiente de l'entorn, o dels procediments utilisats per a la gestió tèrmica. La sobrecàrrega d'un led en un ambient de temperatura elevada pot donar lloc a un sobrecalfament del conjunt dels ledes, i a un fallo del dispositiu d'allumenament. És necessari utilisar un disipador de calor adequat per a assegurar una vida útillarga. Açò és especialment important en les aplicacions automotoras, mèdiques i militars a on els dispositius deuen operar dins d'una àmplia gama de temperatures, i en uns baixos índexs d'error. Toshiba ha fabricat ledes en un marge de temperatura d'operació de -40 a 100 °C, que s'adapta tant per a facilitar el seu us en interiors com en exteriors i en aplicacions tals com a llànties, llums de sostre, llums de carrer i focs.

• Sensibilitat en la tensió: els ledes deuen ser suministrats per a treballar en una tensió superior a la seua voltage llindar i en una corrent per baix del seu valor nominal. Tant la corrent com la vida útil canvien de manera important en un chicotet canvi en la tensió aplicada. Per lo tant, requerixen una corrent de suministrament regulada (per lo general n'hi ha prou en una resistència en série per als indicadors en ledes).

• Reproducció del color: la majoria dels ledes de color blanc fredor presenten espectres que diferixen significativament de l'espectre d'irradiació del cos negre com són el Sol o una llàntia incandescent. El pico a 460 nm i la depressió a 500 nm poden fer que el color dels objectes es perceba de forma diferent baix l'allumenament d'un led de color blanc fredor que baix la llum solar o les fonts de llum incandescents, pel metamerisme. Els ledes de blanc fret basats en fòsfors reproduïxen especialment mals superfícies roges.

• Àrea associada a la font de llum: els ledes individuals no s'aproximen a una font puntual de llum que proporciona una distribució de llum esfèrica, sino més be una distribució lambertiana. Els ledes s'apliquen en dificultat als casos a on són necessaris camps de llum esfèrics, no obstant, els camps lluminosos poden ser manipulats per mig de l'aplicació de diferents procediments òptics o de “lents”. Els ledes no poden proporcionar divergències per baix d'uns pocs graus. Pel contrari, els làsers poden emetre fas en divergències de 0,2 graus o menys.

• Polaridad elèctrica: a diferència de les peres incandescents, que s'allumenen independentment de la polaridad elèctrica, els ledes solament s'encendran amprant la polaridad elèctrica correcta. Per a ajustar automàticament la polaridad de la font d'alimentació delos dispositius led, es poden utilisar rectificadors.

• Perill del blau: existix la preocupació de que els ledes blaus i els ledes de color blanc fret siguen capaços de superar els llímits de seguritat establits per mig del cridat perill de la llum blava segons es definix en les especificacions de seguritat ocular com la norma IEC 62471.

• Contaminació lumínica en exteriors: els ledes blancs, especialment els que presenten una elevada temperatura de color, emeten llum de llongitut d'ona molt més talla que les fonts de llum convencionals a l'aire lliure, com les llànties de vapor de sodi d'alta pressió. Per un atre costat, cal tindre en conte ademés la major sensibilitat de la nostra visió al blau i al vert en visió escotópica i, per tant, desplaçada en l'espectre visible cap a colors 'frets' falsejant, per tant, l'apreciació dels colors 'càlits' (cap al taronja i el roig). Com a conseqüència, els ledes blancs utilisats en els allumenament d'exteriors provoquen, en visió escotópica, més resplandor nocturna del cel i en això generen més contaminació lumínica. L'Associació Mèdica Americana va advertir sobre l'us de ledes blancs d'alt contingut de blau en l'allumenament públic, pel seu major impacte en la salut humana i el mig ambient, en comparació a les fonts de llum de baix contingut blau (per eixemple, les de Sodi d'Alta Pressió, els ledes àmbar dels ordenadors i els ledes de baixa temperatura de color.

• Disminució de l'eficiència: l'eficiència dels ledes disminuïx a mida que aumenta la corrent elèctrica. El calfament també aumenta en les corrents més elevades, lo que compromet la vida útil dels ledes. Estos efectes imponen llímits pràctics als valors de la corrent dels ledes en les aplicacions d'alta potència.

• Impacte en els insectes: els ledes són molt més atractius per als insectes que les llums de vapor de sodi, lo que ha creat una preocupació per la possibilitat de provocar un destorbament de les seues rets alimentícies.

• Us en condicions hivernals: ya que els ledes no emeten molta calor en comparació a les llànties incandescents, les llums led utilisades per al control de tràfic poden permanéixer cobertes de neu lo que les enfosquix, i pot aplegar a provocar accidents.

Aplicacions

Indicadors i llànties de senyals

Ilustració d'un semàfor en ledes roig, groc i vert

El baix consum d'energia, la poca necessitat de manteniment i el tamany chicotet dels ledes ha propiciat el seu us com a indicadors d'estat i visualisació en una gran varietat d'equips i instalacions. Les pantalles led de gran superfície s'utilisen per a retransmetre el joc en els estadis, com a pantalles decoratives dinàmiques i com senyals de mensages dinàmics en les autopistes. Les pantalles llaugeres i primes en mensages s'utilisen en els aeroports i estacions de ferrocarril i com panels d'informació de destins en els trens, autobusos, tramvies i transbordadors. Les llums d'un sol color són adequades per als semàfors, les senyals de tràfic, els lletrers d'eixida, l'allumenament d'emergència dels vehículs, les llums de navegació, els fars (els índexs estàndar de cromaticidad i de luminancia varen ser establits en el Conveni Internacional de Prevenció de Colisions en la Mar de 1972 Anex 1 i per la Comissió Internacional d'Allumenament o CIE) i les llums de Nadal compostes de ledes. En regions de climes frets, els semàfors led poden permanéixer coberts de neu. S'usen ledes rojos o grocs en indicadors i pantalles alfanumèriques, en ambients a on es deu mantindre una visió nocturna: cabines d'avions, ponts submarins i de bucs, observatoris astronòmics i en el camp per eixemple per a l'observació d'animals durant la nit i aplicacions militars del camp. Donada la seua llarga vida útil, els seus temps de conmutación ràpits i la seua capacitat per a ser vists plena llum del dia per la seua alta intensitat i concentració, des de fa algun temps es vénen utilisat ledes per a les llums de fre d'automòvils, camions i autobusos, i en les senyals de canvi de direcció; molts vehículs usen actualment els ledes en els seus conjunts de lluminoses atrasseres. L'us en els frens millora la seguritat per la gran reducció en el temps requerit per a un encés complet, és dir pel fet de presentar un temps de pujada més curt, fins a 0.5 segons més ràpit que una pera incandescent. Açò proporciona més temps de reacció per als conductors d'arrere. En un circuit de dos intensitat (llums de posició atrasseres i frens) si els ledes no són accionados en una freqüència suficientment ràpida, poden crear una matriu fantasma, a on les imàgens fantasma deled apareixeran si els ulls es desplacen ràpidament per la disposició de llums. Els fars proveïts de ledes blancs estan escomençant a utilisar-se. L'us dels ledes té ventages d'estil perque poden formar fas de llum molt més prims que les llànties incandescents proveïdes de reflectores parabòlics. Els ledes de baixa potència resulten relativament molt econòmics i permeten la seua utilisació en objectes lluminosos de vida curta com són els autoadhesivos lluminosos, els objectes d'usar i tirar i el teixit fotònic Lumalive. Els artistes també usen els ledes per al cridat art led. Els receptors de radi meteorològics i de recobre en mensages d'àrea codificats (SAME) disponen de tres ledes: roig per a alarmes, taronja per a atenció i groc per a avisos, indicacions i informes.

Allumenament

Per a encorajar el canvi a les llànties de ledes, el Departament d'Energia dels Estats Units ha creat el premi L. La pera led Philips Lighting North America va guanyar el primer premi el 3 d'agost de 2011 despuix de completar en èxit 18 mesos de proves intensives de camp, laboratori i producte.

Els ledes s'utilisen com llums del carrer i en allumenament arquitectònic. La robustea mecànica i la vida útillarga s'utilisen en la allumenament automotriz en els coches, les motocicletes i les llums de la bicicleta. L'emissió de llum led pot controlar-se eficaçment per mig de l'us de principis òptics de no image. En 2007, el poble italià de Torraca va ser el primer lloc en convertir tot el seu sistema d'allumenament en led. Els ledes s'utilisen també en l'aviació, Airbus ha utilisat l'allumenament led en el seu Airbus A320 des de 2007, i Boeing utilisa l'allumenament led en el 787. Els ledes també s'utilisen ara en l'aeroport i l'allumenament de l'heliport. Els aparats d'aeroport de ledes inclouen actualment llums de pista de mija intensitat, llums en la llínea central de la pista, en la llínea central del carrer de rodage i llums en la vora. Els ledes també s'utilisen com a font de llum per a proyectores DLP i per a allumenar els televisors LCD (coneguts com a televisors led) i les pantalles per a ordenadors portàtils. Els ledes RGB eleven la gama de colors fins a en un 45 %. Les pantalles per a TV i pantalles d'ordenador poden ser més primes usant ledes per a retroiluminación. La falta de radiació infrarroja o tèrmica fa que els ledes siguen ideals per a lluïxes d'escenari en bancs de ledes RGB que poden canviar fàcilment de color i disminuir el calfament de l'allumenament, aixina com l'allumenament mèdic a on la radiació ANAR pot ser amoladora. En la conservació de l'energia, hi ha una menor producció de calor en utilisar ledes. Ademés són chicotets, duradors i necessiten poca potència, per lo que s'utilisen en dispositius portàtils com llanternes. Les llums estroboscópicas led o els flashes de la cambra funcionen a una tensió segura i baixa, en lloc dels 250+ volts que es troben comunament en l'allumenament basat en flash de xenón. Açò és especialment útil en les cambres de teléfons mòvils. Els ledes s'utilisen per a l'allumenament infrarroja en els usos de la visió nocturna incloent cambres de seguritat. Un anell de ledes al voltant d'una cambra de vídeo dirigit cap a avant en un fondo retrorreflectante, permet la codificació de croma en produccions de vídeo. Els ledes s'utilisen en les operacions mineres, com a llànties de tapa per a proporcionar llum als miners. S'han realisat investigacions per a millorar els ledes de la mineria, reduir l'enlluernament i aumentar l'allumenament, reduint el risc de lesions als miners.

Els ledes s'usen ara comunament en totes les àrees de mercat, des de l'us comercial fins a l'us domèstic: allumenament estàndar, teatral, arquitectònic, instalacions públiques, i a on s'utilise llum artificial. Els ledes estan trobant cada volta més usos en aplicacions mèdiques i educatives, per eixemple com a millora de l'estat d'ànim, i noves tecnologies tals com AmBX, explotant la versatilitat deled. La NASA ha patrocinat inclús l'investigació per a l'us de ledes per a promoure salut per als astronautes.

Comunicacions òptiques. Transferència de senyes i atres comunicacions

Vore també: Lifi

La llum pot utilisar-se per a transmetre senyes i senyals analògiques. Per eixemple, els ledes blancs poden ser utilisats en sistemes per a ajudar a la gent a orientar-se en espais tancats en l'objectiu de localisar disposicions o objectes.

Els dispositius d'oïment assistit de molts teatres i espais similars utilisen matrius de ledes infrarrojos per a enviar el sò als receptors dels espectadors. Els ledes (i també els làsers de semiconductor) s'utilisen per a enviar senyes a través de molts tipos de cable de fibra òptica. Des dels cables TOSLINK per a la transmissió d'àudio digital fins a a els enllaços de fibra d'ample de banda molt elevat que constituïxen l'espina dorsal d'Internet. Durant algun temps els ordenadors varen estar equipats en interfaços IrDA, que els permetien enviar i rebre senyes dels equips pròxims per mig de radiació infrarroja. Degut a que els ledes poden encendre's i apagar-se millons de voltes per segon, requerixen dispondre d'un ample de banda molt alt per a la transmissió de senyes.

Allumenament sostenible

L'eficiència en l'allumenament és alguna cosa necessari per a la arquitectura sostenible. En 2009, les proves realisades en peres led pel Departament d'Energia dels Estats Units mostraven una eficiència mija des de 35 lm/W, per davall, per tant, de l'eficiència de les LFC, fins a valors tan baixos com 9 lm/W, pijors que les peres incandescents. Una pera led típica de 13 vats emetia de 450 a 650 lúmenes, que equivalia a una pera incandescent estàndart de 40 vats. En qualsevol cas, en 2011 existien peres led en una eficiència de 150 lm/W, i inclús els models de gama baixa aplegaven a excedir els 50 lm/W, per lo que un led de 6 vats podia alcançar els mateixos resultats que una pera incandescent estàndart de 40 vats. Estes últimes tenen una durabilitat de 1000 hores mentres que un led pot seguir operant a una menor eficiència durant més de 50 000 hores.

Taula comparativa de led-LFC-pera incandescent:

	Led	LFC	Pera incandescent
Vida	50 000 hores	10 000 hores	1200 hores
Vats per pera	10	14	60
Cost per pera	$2	$7	$1.25
kW consumits en 50 000 hores	500	700	3000
Cost Elèctric ($0.10/kW)	$50	$70	$300
Peres necessàries per a completar 50 000 hores de llum	1	5	42
Despesa en peres per a 50 000 hores de llum	$2	$35	$52.50
Cost total per a 50 000 hores de llum	$52	$105	$352.50

Consum d'energia

La reducció en el consum d'energia elèctrica que es conseguix en un allumenament basat en led és important quan es compara en la allumenament per incandescència. Ademés, esta reducció també es manifesta com una notable disminució de dany al mig ambient. Cada país presenta un panorama energètic diferent i, per tant, encara que la repercussió en el consum energètic siga el mateix, la producció de gasos nocius per al mig ambient pot fluctuar una miqueta d'uns a uns atres. Pel que fa al consum es pot prendre com a mostra una pera incandescent convencional de 40 vats. Una producció lluminosa equivalent es pot obtindre en un sistema de ledes de 6 vats de potència. Utilisant, puix, el sistema de ledes en lloc de peres incandescents, es pot reduir el consum energètic en més d'un 85 %. Sobre l'aforro en el impacte ambiental és possible quantificar-ho per a qualsevol país si es coneix la producció de CO₂ per cada kW per hora. En el cas concret d'Espanya se sap que el mix energètic de la ret elèctrica espanyola ha produït uns 308 g de CO₂/kWh en 2016. Se supon per al càlcul que tant la pera com el conjunt led han funcionat durant 10 hores al dia a lo llarc de tot l'any 2016. Les energies consumides han segut de 146 kW-hora per part de la pera incandescent i de 21.6 kW-hora per part del conjunt led. L'energia elèctrica consumida es pot traduir a kg de CO₂ produïts a l'any. En el primer cas s'ha portat a terme la generació d'uns 45 kg de CO₂ mentres que en el segon case la producció de CO₂ ha quedat reduïda a 6.75 kg.

Fonts de llum per a sistemes de visió artificial

Els sistemes de visió industrials solen requerir un allumenament homogéneu per a poder enfocar sobre traces de l'image d'interés. Est és un dels usos més freqüents de les llums led, i segurament es mantinga aixina fent baixar els preus dels sistemes basats en la senyalisació lumínica. Els escáneres de còdic de barres són l'eixemple més comú de sistemes de visió, molts d'estos productes de baix cost utilisen ledes en lloc de làsers. Les rates d'ordenador òptics també utilisen ledes per al seu sistema de visió, ya que proporcionen una font de llum uniforme sobre la superfície per a la cambra en miniatura dins de la rata. De fet, els ledes constituïxen una font de llum casi ideal per als sistemes de visió pels següents motius:

• El tamany del camp allumenat sol ser comparativament chicotet i els sistemes de visió artificial a sovint són prou cars, per lo que el cost de la font de llum sol ser una preocupació menor. No obstant, pugues no ser fàcil reemplaçar una font de llum trencada dins d'una maquinària complexa; en este cas la llarga vida útil dels ledes és un benefici.
• Els components dels ledes tendixen a ser chicotets i poden colocar-se en alta densitat sobre substrats de superfícies planes o uniformes (PCB, etc.) de modo que es puguen dissenyar fonts lluminoses i homogénees que dirigixen llum des de direccions controlades de forma estricta en parts inspeccionades. Açò a sovint es pot obtindre en lents chicotetes i de baix cost i en difusores, ajudant a conseguir altes densitat de llum en control sobre els nivells d'allumenament i homogeneïtat. Les fonts led poden configurar-se de vàries formes (focs per a allumenament reflectante, llums d'anell per a allumenament coaxial, llums de fondo per a allumenament de contorn, montages llineals, panels plans de gran format, fonts de domo per a allumenament omnidireccional difusa).
• Els ledes poden ser fàcilment estroboscópicos (en el ranc de microsegons i per davall) i sincronisats en imàgens. Els ledes d'alta potència estan disponibles per a permetre imàgens ben allumenades, inclús en polsos de llum molt curts. Açò s'utilisa en freqüència per a obtindre imàgens nítides i nítides de les parts que es mouen ràpidament.
• Els ledes vénen en varis colors i llongituts d'ona, permetent l'us fàcil del millor color per a cada necessitat, a on el color diferent pot proporcionar una millor visibilitat de característiques de l'interés. Tindre un espectre precisament conegut permet utilisar filtres estretament emparellats per a separar l'ample de banda informatiu o per a reduir els efectes perturbadores de la llum ambiente. Els ledes usualment operen a temperatures de treball comparativament baixes, simplificant el maneig de la calor i el malbarat. Açò permet l'us de lents de plàstic, filtres i difusores. Les unitats impermeables també es poden dissenyar fàcilment, permetent l'us en ambients asprosos o humits (aliment, beguda, indústries de l'oli).

Medicina i biologia

La sanitat s'ha fet eco de les ventages dels ledes front a atres tipos d'allumenament i els ha incorporat en el seu equipament d'última generació. Les ventages oferides pels ledes en el seu estat de desenroll actual han propiciat la seua ràpida difusió en el món de l'instrumental per al diagnòstic i respal en els procediments mèdics i quirúrgics. Les ventages apreciades pels professionals de la medicina són les següents:

• El tamany chicotet de les fonts de llum que, en general, poden vindre associades a guies de llum molt primes i flexibles lo que els permet el seu desplaçament per l'interior de catéters també prims.
• L'inexistència de radiació infrarroja acompanyant, lo que permet que se'ls associe el calificatiu de llum freda. La calor despresa per un atre tipo de fonts lluminoses dificultava a impedia el seu us en determinades observacions de diagnòstic o intervencions quirúrgiques.
• La tonalitat blanca que sol ser la predilecta per a les observacions mèdiques. Deu tractar-se d'un color blanc natural capaç de presentar tots els colors sense problemes de metamerisme. El color natural dels teixits aixina allumenats aixina favorix el diagnòstic correcte del camp observat.
• L'intensitat lluminosa elevada alcanzable per estes fonts de llum.

Diagnòstic i visió

En base en les idees anteriors, els endoscopios actuals estan dotats d'allumenament led. La tècnica endoscópica comprén moltes especialitats mèdiques, per eixemple gastroscopia, colonoscopia, laringoscopia, otoscopia o artroscopia. Totes estes tècniques permeten l'observació d'òrguens i sistemes del cos humà per mig de l'us de cambres miniatura de video. Es poden també amprar en les intervencions quirúrgiques o per a efectuar diagnòstic. Els equips també es coneixen com videoscopios o videoendoscopios. Els hi ha rígits o flexibles segons les necessitats. La fibra l'òptica s'adapta a cada cas en particular. Per un atre costat les luminarias dels quirófans i clíniquesodontològiques són actualment de ledes. Satisfan a la perfecció tots els requeriments tècnics i sanitaris per a la seua utilisació. S'aprecia especialment l'obtenció d'un allumenament blanc, natural, lluent (més de cent cinquanta mil caneles a un metro de distància del camp de l'operació), sense ombres i sense emissions infrarrojas o ultravioleta que podien afectar tant al pacient com al personal mèdic que participa en l'intervenció. Un atre tant succeïx en les llànties frontals dels cirugians i odontólogos dotades de ledes, en les llànties per a exàmens mèdics, per a exploracions i intervencions oftalmològiques o parell acirugia menor en lo que es pot afirmar que els ledes han aplegat a comprendre totes les especialitats mèdiques. Les empreses òptiques dedicades a la medicina han incorporat els ledes en els seus equips d'observació, per eixemple en els microscopis, obtenint en això moltes ventages per a l'estudi d'imàgens amprant les distintes tècniques (camp clar, contraste, fluorescència), lo que posa de manifest en els camps publicitari i comercial. Els ledes s'utilisen en èxit com a sensors en pulsímetros o tensiómetros d'oxigen per a medir la saturació d'oxigen.

Teràpia

La llum led s'ampra en una tècnica de tractament de la pell denominada fototerapia. Recordem que la llum emesa per les diferents aleacions de semiconductors és molt monocromàtica. A cada u dels colors (blau, groc, roig, etc.) se li atribuïx activitat prioritària en un determinat procés terapèutic, per eixemple, favorir la cicatrisació (llum blava), atacar a determinada cep de bactèries (varis colors), aclarir les taques dérmicas (llum roja), etc. Molts materials i sistemes biològics són sensibles o dependents de la llum. Les llums de creiximent ampren ledes per a aumentar la fotosíntesis en les plantes. Les bactèries i els virus poden eliminar-se de l'aigua i d'atres substàncies per mig d'una esterilisació en ledes UV.

Indústria

L'indústria ha adaptat els models d'observació amprats en medicina per a les seues pròpies necessitats i els equips reben el nom d'endoscopios industrials o també boroscopios, flexoscopios o videoendoscopios. Pot observar-se en ells l'interior de màquines, motors, conductes, cavitats o armes sense necessitat de desmontar-els.

Atres aplicacions

La llum dels ledes pot ser modulada molt ràpidament per lo que s'utilisen molt en la fibra òptica i la comunicació òptica per l'espai lliure. Açò inclou els controls remots utilisats en televisions, videograbadoras i ordenadors led. Els aisladores òptics utilisen un led combinat en un fotodiodo o fototransistor per a proporcionar una via de senyal en aïllament elèctric entre dos circuits. Açò és especialment útil en equips mèdics a on les senyals d'un circuit de sensors de baixa tensió (normalment alimentats per bateries) en contacte en un organisme viu deuen estar aïllades eléctricamente de qualsevol possible fallo elèctric en un dispositiu de monitorisació que funcione a voltages potencialment perillosos. Un optoisolador també permet que l'informació es transferixca entre circuits que no compartixen un potencial de terra comuna. Molts sistemes de sensors depenen de la llum com a font de senyal. Els ledes solen ser ideals com una font de llum pels requisits dels sensors. Els ledes s'utilisen com sensors de moviment, per eixemple en rates òptiques d'ordenadors. La barra de sensors de la Nintendo Wii utilisa ledes infrarrojos. Els oxímetros de pols els utilisen per a medir la saturació d'oxigen. Alguns escáneres de taula utilisen matrius de led RGB en lloc de la típica llàntia fluorescent de càtodo fret com a font de llum. Tindre el control de forma independent de tres colors allumenats permet que l'escàner es calibre per a un balanç de color més precís i no hi ha necessitat de calfament. Ademés, els seus sensors solament necessiten ser monocromàtics, ya que en qualsevol moment la pàgina escanejada solament s'allumena en un color de llum. Ya que els led també poden utilisar-se com a fotodiodos, es poden usar també per a l'emissió de fotografies o per a la detecció. Açò podria ser utilisat, per eixemple, en una pantalla tàctil que registra la llum reflectida des d'un dit o un estilet. Molts materials i sistemes biològics són sensibles o depenen de la llum. Les lluïxes per a cultiu usen led per a estimular la fotosíntesis en les plantes, i les bactèries i els virus poden ser eliminats de l'aigua i atres substàncies que usen ledes UV per a l'esterilisació. Els ledes també s'han utilisat com referència de voltage de calitat en circuits electrònics. En lloc d'un diodo Zener en reguladors de baixa tensió, es pot usar la caiguda de tensió directa (per eixemple, aproximadament 1,7 V per a un led roig normal). Els ledes rojos tenen la curva I/V més plana. Encara que la tensió directa deled és molt més depenent de la corrent que un diodo Zener, els diodos Zener en tensions de ruptura per baix de 3 V no estan àmpliament disponibles. La miniaturisació progressiva de la tecnologia d'allumenament de baix voltage, com els ledes i els OLOREU, adequats per a incorporar-se a materials de baixa gruixa, ha fomentat l'experimentació en la combinació de fonts de llum i superfícies de revestiment de parets interiors. Les noves possibilitats oferides per estos desenrolls han dut a alguns dissenyadors i companyies, com Meystyle, Ingo Maurer, Lomox i Philips a investigar i desenrollar tecnologies propietàries de paper tapís led, algunes de les quals estan actualment disponibles per a la compra comercial. Atres solucions existixen principalment com a prototips o estan en procés de ser refinades.

Vore també

• OLOREU
• Pantalla de plasma
• AMOLED
• CrystalED
• Diodo làser
• Pantalla làser
• Fotodiodo
• Henry Joseph Round
• Tubo LED

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre led.

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre led (SMD).

Erro al crear miniatura: Led en el Viccionari. Tens que especificar títul = i url = al usar {{cita web}}..

• The LED - How LEDs work? en YouTube (anglés)