ASÍ FUNCIONAN LOS DIODOS LEDs

Texto e ilustraciones José Antonio E. García Álvarez


Contenido:

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Introducción
Funcionamiento de un diodo 
   semiconductor común
> Funcionamiento del diodo LED
Estructura interna de un diodo LED común
Partes de una lámpara LED de alta 
   potencia luminosa
Calentamiento de los diodos LED
Color y temperatura de color en 
   kelvin (K) de un diodo LED



 

FUNCIONAMIENTO DEL DIODO LED



La estructura del chip de los diodos LED, al contrario de lo que ocurre con los diodos comunes, no emplea cristales de silicio (Si) como elemento semiconductor, sino una combinación de otros tipos de materiales, igualmente semiconductores, pero que poseen la propiedad de emitir fotones de luz de diferentes colores cuando lo recorre una corriente eléctrica.

Un diodo LED emisor de luz roja, por ejemplo, emplea un chip compuesto por arseniuro de galio y aluminio (GaAlAs), mientras que para emitir luz azul utiliza un chip de nitruro de galio (GaN). Todas las combinaciones empleadas en la fabricación del chip de un diodo LED, poseen también dos polaridades o regiones diferentes: una negativa “N” correspondiente al cátodo y otra positiva “P” correspondiente al ánodo, al igual que ocurre con los diodos comunes de silicio (Si).

Para crear un diodo LED se unen también dos regiones “N” y “P”, como si de un diodo común se tratara. En el punto de unión o juntura de esas dos regiones se forma, igualmente, una barrera de potencial, cuya función es impedir el paso de los electrones desde la región negativa “N” hacia la positiva “P” cuando no se encuentran debidamente polarizados y los electrones no poseen la suficiente energía para poder atravesarla.

Cuando aplicamos a los extremos del LED una tensión o voltaje que permita polarizarlo directamente, los electrones provenientes de la fuente de suministro de corriente directa (C.D.) comienzan a fluir a través del diodo. Bajo esas condiciones, cada vez que un electrón en exceso con carga negativa (–) presente en la región “N” adquiere la suficiente energía como para poder vencer la resistencia que le ofrece la barrera de potencial, la atraviesa y se combina con un hueco positivo en exceso en la región “P”. En el mismo instante que ocurre esa combinación, la energía en exceso que adquirió dicho electrón para poder atravesar la barrera de potencial, se transforma en energía electromagnética, que libera, en ese preciso momento, en forma de fotón de luz.

 


Simulación del ingreso de electrones dentro de la órbita incompleta de un átomo. Cuando por cualquier circunstancia un electrón libre poseedor de exceso de energía pasa a ocupar el lugar que ha dejado otro electrón en una órbita en la que ha quedado un hueco, dicha energía la libera en forma de fotón de luz. El color de la luz del fotón emitido dependerá en cada caso del material o elemento químico al que pertenece el átomo. En esta ilustración simulada se muestran tres electrones emitiendo fotones de luz de diferentes colores cuando ingresan al interior de una órbita donde existen huecos que han dejado libres otros electrones. Es necesario aclarar que en el caso del LED, el color de cada fotón corresponde, en realidad, a átomos pertenecientes a diferentes materiales y no a un mismo átomo como aparece representado en esta ilustración, que se muestra así sólo a modo de referencia.

 

El color de la luz emitida por los fotones de un LED en particular se corresponde con una determinada frecuencia del espectro electromagnético visible al ojo humano. Sin embargo, existen LEDs cuya luz no es visible, como ocurre con los materiales que emiten fotones de rayos infrarrojos “IR” y ultravioletas “UV”. En cualquier caso, la luz y color de un determinado LED depende de la composición química de los materiales semiconductores utilizados en la fabricación del chip.

 


Cuando a un diodo LED le aplicamos corriente eléctrica procedente de una batería o de cualquier otra fuente de corriente directa (C.D.) con el fin de polarizarlo directamente, los electrones comienzan a fluir desde la región “N” (cátodo) hacia la región “P” (ánodo). Cada vez que un electrón atraviesa la barrera de potencial que se forma en el punto de unión o juntura entre ambas regiones del diodo para unirse a un hueco emite, simultáneamente, un fotón de luz. De esa forma el electrón libera el exceso de energía que adquirió previamente para poder ingresar en la órbita de un átomo que posea un hueco libre. La luz y color correspondiente a la energía que libera el electrón cuando eso ocurre, puede que sea visible o no al ojo humano, cuestión ésta que depende de la composición química de los materiales semiconductores que se han utilizado para fabricar el diodo.

 

 

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  Última actualización: septiembre de 2015