DIODO LED

¿QUÉ ES?

        El diodo LED es un tipo especial de diodo que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz. Este dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente un LED es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razón por la cual el patrón de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo.

Un led común de cápsula transparente, visto en detalle.

SIMBOLOGIA

 

Representación Simbólica del Diodo LED

ESTRUCTURA INTERNA DE UN DIODO LED

Estructura interna del chip de un diodo LED. En la siguiente ilustración el chip se compone de nitruro de galio (GaN) como elemento semiconductor. Aquí la corriente de electrones “I” que parte del polo negativo (–) de la batería “B”, penetra en el diodo LED por el cátodo (negativo), correspondiente a la región “N”. Cuando a este chip se le aplica un voltaje adecuado que lo polarice de forma directa, los electrones adquieren la energía extra necesaria que les permite circular y atravesar las dos regiones que lo componen. Desde el mismo momento que la  batería “B” suministra a  los  electrones la energía suficiente para vencer la oposición que les ofrece a su paso la barrera de potencial que se crea en el punto de unión o juntura que limita las dos regiones del diodo, estos pueden pasar a ocupar los huecos existentes en la región “P” (positiva). 

Acto seguido los electrones continúan su recorrido por esa otra parte del diodo, circulan por el circuito externo, atraviesan la resistencia limitadora de corriente “R” y alcanzan, finalmente, el polo positivo (+) de la batería o fuente de energía de corriente directa, completando así su recorrido por todo el circuito. Una vez que los electrones comienzan a circular por el interior del diodo, en el mismo momento que cada uno de ellos atraviesa la barrera de potencial y se une a un hueco en la región “P”, el exceso de energía extra previamente adquirida procedente de la batería la libera en forma de fotón de luz. En el caso del diodo LED de este ejemplo, la luz emitida será ultravioleta (UV), invisible al ojo humano, por ser nitruro de galio (GaN) el componente químico del material semiconductor que compone este chip.

CARACTERISTICAS

·  Dimensiones y colores del diodo, su dimensión en los redondos son de 3mm, 5mm, 10mm y uno gigante de 20mm. Los de formas poliédricas suelen tener una dimensión aproximada de 5x5mm

· Actualmente tienen diferentes tamaños, formas y colores (Redondos, cuadrados, rectangulares, triangulares y con diversas formas)

·     Tienen dos patillas de conexión una larga y otra corta, donde la larga se debe conectar al polo positivo y la corta al lado negativo para que pase corriente.

·   Trabajan a tensiones de 2V, si se quiere conectar a otra tensión diferente solo se debe colocar una resistencia en serie con el para que parte de la tensión se quede en la resistencia y al LED solo le queden los 2V.

FUNCIONAMIENTO

      El funcionamiento es muy sencillo. Cuando conectamos con polarización directa el diodo led el semiconductor de la parte de arriba permite el paso de la corriente que circulará por las patillas (cátodo y ánodo) y al pasar por el semiconductor, este semiconductor emite luz.

En la figura se puede ver un led polarizado directamente e inversamente en serie con una bombilla. Lo mismo ocurre con el led, lo que pasa que no hace falta la bombilla por que el ya emite luz por si solo en polarización directa.

Las temperaturas de color más destacadas que encontramos en los LED son:

Blanco frío: es un tono de luz fuerte que tira a azulado. Aporta una luz parecida a la de los fluorescentes.

Blanco cálido: el tono de luz tira hacia amarillo, similar a las lámparas incandescentes.

Blanco neutro o natural: aporta una luz totalmente blanca, como la luz de un día nublado.

RGB: En realidad no se trata de un solo led, sino de tres ledes discretos unidos en un solo encapsulado y con un cátodo o ánodo común. Su ventaja es que la intensidad de cada elemento puede ser regulada mediante modulación del ancho de pulso (PWM) permitiendo obtener una parte importante del espectro RGB con un solo dispositivo. Ofrecen la ventaja de ser muy luminosos al llevar los tres colores primarios directamente, prescindiendo del uso de filtros.

COMPUESTOS EMPLEADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE LEDES

TIPOS DE DIODOS LED

Los diodos LED se clasifican en cinco variantes:

1.- Estándar o común.

2.- De alta luminosidad.

3.- Agrupados.

4.- Matrices de LEDs.

5.- Agrupados como fuente de iluminación.

Estándar o común: Este tipo diodo LED es el más comúnmente utilizado en la mayoría de los equipos eléctricos y electrónicos. Su forma más habitual es redondeada o cilíndrica con el extremo superior en forma de bóveda. Su diámetro puede variar entre los 3 y los 5 mm, aunque se pueden encontrar también con otras formas, como rectangulares, por ejemplo. Los diodos LEDs más comunes se fabrican, normalmente, de colores rojo, verde y amarillo.

Diodos LED estándares o comunes. A la izquierda, con forma redondeada; a la derecha, con forma rectangular.

De alta luminosidad: Se asemejan mucho a los LEDs comunes, aunque pueden ser de mayor tamaño y sobre todo poseen más intensidad lumínica. Se fabrican con encapsulado transparente o con colores tenues. Pueden emitir luz roja, anaranjada, amarilla, verde, azul y blanca de acuerdo con la composición del chip. Se fabrican también con casquillo de rosca y bayoneta (presión) para colocarlos directamente en el portalámparas.

Conjunto de LEDs de alta luminosidad formando parte de una lámpara portátil de campismo.

Agrupados: Se componen, generalmente, de dos o más LEDs colocados dentro de la misma cápsula, lo que permite obtener variedad de colores en la luz que estos emiten. Cuando se agrupan solamente dos LEDs, cada uno de ellos emite un color independiente si se energizan por separado, pero cuando se encienden los dos juntos emiten otro color diferente. La combinación más frecuente consiste en integrar uno de color rojo y otro de color verde. Este tipo de LED lo encontramos comúnmente instalado, por ejemplo, en los cargadores de baterías. Cuando se coloca una batería para cargarla en uno de estos dispositivos, generalmente el LED emite luz de color rojo al comienzo de la carga, cambiando a luz verde cuando ésta se encuentra ya cargada.

LED tipo “SMD” (Surface Mount Device – Dispositivo de montaje superficial), en esta foto extremadamente ampliado, montado sobre una tarjeta de un circuito impreso. Este dispositivo específico es del tipo agrupado por estar integrado por dos LEDs dentro de una misma cápsula y emiten luz de dos o tres colores diferentes. Su tamaño es de unos 3 mm aproximadamente.

Matrices de diodos: Constituyen agrupaciones de LEDs colocadas en varias hileras siendo muy utilizadas en paneles informativos alfanuméricos (para formar números y letras). La agrupación más común es la de LEDs rojos, aunque las hay que muestran también la información en otros colores. Otra aplicación de las matrices de diodos son los “displays” de 7 segmentos. En algunos equipos de sonido se emplean también matrices de diodos en sustitución del antiguo vúmetro analógico, con la finalidad de medir, de forma digital, los decibeles o niveles de audio, siendo muy utilizado en los mezcladores de sonido.

Display de matriz de diodos numérica, muy utilizada para mostrar la frecuencia sintonizada en los radiorreceptores o mostrar la hora en los relojes digitales.

Fuente de iluminación: De un tiempo a esta parte, la tecnología de los diodos LEDs ha experimentado un gran avance hasta tal punto que actualmente se pueden sustituir las lámparas incandescentes por lámparas LED en una gran variedad de aplicaciones de iluminación en general. En el mercado se pueden encontrar para uso doméstico con potencias que van desde 1 a 25 watt (W), equivalentes a lámparas incandescente entre 10 y 150 watt y con tonalidades o temperatura de color parecidas a las que se obtienen con las lámparas ahorradoras CFL. Para alcanzar la potencia en watt (W) requerida, se agrupan varios LEDs. Las lámparas de este tipo que emiten una luz más potente están provistas con un disipador de calor y con casquillo de rosca, de presión, u otro tipo de conector similar para que se pueda retirar la lámpara incandescente o halógena del portalámpara y sustituirla directamente por una lámpara LED, sin que sea necesario sustituir el portalámparas ni realizar ninguna otra adaptación previa. Al igual que las lámparas ahorradoras CFL, las lámparas LED están provistas de un controlador encargado de regular la tensión y corriente que fluye a través de los chips que componen la lámpara.

Diodos emisores de una intensidad mayor de luz se están empleando actualmente como fuentes de iluminación de uso general. En muchos casos físicamente son muy parecidos a las lámparas incandescentes y halógenas, por lo que se puede sustituir directamente cualquier lámpara de esos tipos por una formada por LEDs. En la foto de la izquierda se puede observar una lámpara incandescente tradicional situada junto a otra formada por un conjunto de LEDs emisores de luz blanca. Ambas utilizan el mismo tipo de casquillo más comúnmente empleado de rosca tipo “Edison” o E-27. En la foto de la derecha aparece otra lámpara del tipo dicroica, integrada también por un conjunto de LEDs emisores de luz blanca y casquillo de rosca tipo E-14, de menor diámetro que el casquillo de rosca común.

VENTAJAS

·     Fiabilidad, mayor eficiencia energética

·     Mayor resistencia a las vibraciones, menor disipación de energía

·     Mejor visión ante diversas circunstancia de iluminación.

·  Menor riesgo para el medio ambiente, capacidad de operar de forma intermitente de modo continuo.

·   Pueden producir luces de diferentes colores con un rendimiento luminoso elevado, a diferencias de muchas de las lámparas utilizadas..

DESVENTAJAS

Su desventaja es que su potencia de iluminación es tan baja, que su luz es invisible bajo una fuente de luz brillante y que angulo de visibilidad esta entre los 30° y 60° esto se corrige con cubierta difunsores de luz.

A continuación se muestran dos tablas. La primera compara los watts de consumo existentes entre una lámpara LED, una incandescente y otra ahorradora CFL para obtener la misma iluminación, así como el correspondiente flujo luminoso en lúmenes (lm). La segunda tabla muestra la clasificación de los diferentes tipos de luz que se pueden encontrar en las lámparas LEDs de alta intensidad para iluminación en general y las tonalidades o temperatura de color de luz blanca correspondiente, medida en kelvin (K).

TABLA DEL CONSUMO APROXIMADO* DE LAS LÁMPARAS LED COMPARADO CON OTROS TIPOS DE LÁMPARAS.

Esta tabla de elaboración propia se ha confeccionado con datos obtenidos de varios fabricantes de lámparas LEDs de diferentes tipos y formas. Por tanto, debido a la calidad de los materiales que se emplean en la fabricación su fabricación, pueden existir diferencias reales al comparar los lúmenes y watts de algunas lámparas LED con otras lámparas más tradicionales. Por ese motivo la tabla que se muestra más arriba sólo se puede tomar como orientación y no como valores exactos de comparación. Para mayor exactitud se recomienda leer los valores que muestran los fabricantes en la información impresa visible en el exterior del envase de estas lámparas.

TABLA DE CLASIFICACIÓN DE DIFERENTES TIPOS DE LUZ EMITIDA POR LOS DIODOS LED Y LA CORRESPONDIENTE TEMPERATURA DE COLOR EN KELVIN (K)

APLICACIONES DE LOS DIODOS LED

        Los ledes en la actualidad se pueden acondicionar o incorporarse en un porcentaje mayor al 90 % a todas las tecnologías de iluminación actuales, casas, oficinas, industrias, edificios, restaurantes, arenas, teatros, plazas comerciales, gasolineras, calles y avenidas, estadios (en algunos casos por las dimensiones del estadio no es posible porque quedarían espacios oscuros), conciertos, discotecas, casinos, hoteles, carreteras, luces de tráfico o de semáforos, señalizaciones viales, universidades, colegios, escuelas, estacionamientos, aeropuertos, sistemas híbridos, celulares, pantallas de casa o domésticas, monitores, cámaras de vigilancia, supermercados, en transportes (bicicletas, motocicletas, automóviles, camiones tráiler, etc.), en linternas de mano, para crear pantallas electrónicas de led (tanto informativas como publicitarias) y para cuestiones arquitectónicas especiales o de arte culturales. Todas estas aplicaciones se dan gracias a su diseño compacto.

– Iluminación de interiores (hogares, comercios, hospitales)

– Iluminación exterior de edificios y fachadas en general.

– Ambientación interior en general.

– Decoración.

– Cabina de ascensores.

– Pasillos interiores de casas, comercios, hospitales, etc.

– Escaleras y sus escalones.

– Calles y parques.

– Estacionamientos de coches en exteriores e interiores.

– Linternas en general.

– Paneles informativos y publicitarios.

– Faros de coches.

– Semáforos de tráfico.

– Juguetes.

– Guirnaldas y adornos navideños.

– Rayo láser (luz coherente de color rojo, verde o azul).

– Retroiluminación de pantallas TFT de televisores.

– Pantallas gigantes de televisión (JUMBO)