¿Qué es un diodo láser emisor de luz?

Foto diodo láser CONDUJO Es un semiconductor que convierte la energía eléctrica en energía luminosa. El color de la luz emitida depende del material semiconductor y la composición. Los LED generalmente se dividen en tres longitudes de onda: ultravioleta, visible e infrarrojo. Los LED comerciales tienen una salida de un solo píxel de al menos 5 mW y un rango de longitud de onda de 360 ​​nm a 950 nm, cada uno hecho de un material semiconductor específico.

LED ultravioleta: 320-360nm

Los LED UV se comercializan rápidamente, específicamente para aplicaciones de curado industrial y usos médicos/biomédicos. Hasta hace poco, el límite de chips de alta eficiencia de longitud de onda más baja cambió de 390nm a 360nm, y los desarrollos en los próximos años pueden ver chips de alta eficiencia de 320nm comercializados en la región.

Cerca del ultravioleta a LED verde: 395nm-530nm

El material para el producto de rango de longitud de onda es nitruro de indio galio InGaN, que es técnicamente capaz de una longitud de onda entre 395 nm y 530 nm. Sin embargo, la mayoría de los grandes proveedores se centran en la fabricación de leds azules de 450nm-475NM, que se utilizan para fabricar luz blanca con fósforos, y leds verdes en el rango de 520nm-530nm para la iluminación verde de las señales de tráfico.

Se están notando rápidos avances y una mayor eficiencia en el rango de longitud de onda azul, especialmente a medida que continúa la carrera para crear fuentes de luz blanca cada vez más brillantes.

Rojo intenso a infrarrojo cercano (IRLED): 660 nm-900 nm

Hay muchas variaciones en la estructura del dispositivo en esta región, pero todos usan materiales de arseniuro de galio y aluminio AlGaAs o GaAs. Todavía hay un impulso para hacer que estos dispositivos sean más eficientes, pero estas mejoras son incrementales. Las aplicaciones incluyen control remoto infrarrojo IR, iluminación de visión nocturna, control de iluminación industrial y varias aplicaciones médicas (660nm-680nm).

Cómo funcionan los LED

Los LED son diodos semiconductores que emiten luz cuando se aplica una corriente eléctrica en la dirección de avance del dispositivo. Se debe aplicar suficiente voltaje para que los electrones pasen a través de la zona de pérdida y se combinen con el hueco del otro lado para formar un par electrón-hueco. Cuando esto sucede, el electrón libera su energía en forma de luz, y el resultado es la emisión de fotones. La banda prohibida de un semiconductor determina la longitud de onda de la luz emitida, y una longitud de onda más corta equivale a más energía, por lo que un material con una banda prohibida más grande emite una longitud de onda más corta. Un material con una banda prohibida más grande también requiere un voltaje de conducción más alto. El LED azul UV de onda corta tiene un voltaje directo de 3,5 voltios, mientras que el LED infrarrojo cercano tiene un voltaje directo de 1.5-2.0 voltios.

Disponibilidad y eficiencia de longitud de onda

El LED de alta eficiencia se puede producir en cualquier rango de longitud de onda, solo el rango de 535nm a 560nm no puede producir luces LED de alta eficiencia. Los factores más importantes en la comercialización de una determinada longitud de onda están relacionados con el potencial del mercado, la demanda y las longitudes de onda estándar de la industria. Esto es particularmente evidente en las regiones de 420nm-460nm, 480nm-520nm y 680nm-800nm, porque estos rangos de longitud de onda no se usan mucho. No hay una gran cantidad de fabricantes que ofrezcan productos LED para estos rangos de longitud de onda. No obstante, es posible encontrar pequeños y medianos proveedores que puedan ofrecer estas longitudes de onda específicas en función de la demanda del cliente. Cada técnica de material tiene un rango de longitudes de onda en el que el spot es más efectivo. Este punto está muy cerca de la mitad de cada rango. A medida que el nivel de dopaje del semiconductor aumenta o disminuye desde la cantidad óptima, la eficiencia disminuye, razón por la cual los LED azules tienen una salida mayor que la luz verde o ultravioleta cercana, el ámbar tiene más salida que el verde amarillo y el infrarrojo cercano es superior a 660 nm. . Si hay que tomar una decisión, es mejor diseñar para el centro del rango en lugar de para el borde, es más fácil obtener el producto si no está operando en el borde de la tecnología de materiales.

Figura 1 - Aplique la ecuación I=(Vcc-Vf)/RL para encontrar el valor actual. Para determinar absolutamente el flujo de corriente en el circuito, se debe medir cada LED VF y especificar la resistencia de carga adecuada. En aplicaciones comerciales prácticas, el Vcc está diseñado para ser mucho más grande que el VF, de modo que los pequeños cambios en el VF no tengan un gran efecto en la corriente general. La desventaja de este circuito es que hay una gran pérdida de potencia a través del RL. En aplicaciones donde el rango de temperatura de operación es muy estrecho (menos de 30 grados) o donde la salida del LED no es crítica, se puede usar un circuito simple que utiliza una resistencia limitadora de corriente, como se muestra en la figura: Una mejor manera de manejar un LED es usar una fuente de corriente constante (vea la Figura 2). El circuito proporcionará la misma corriente de dispositivo a dispositivo y sobre los cambios de temperatura. También tiene un consumo de energía más bajo que el uso de resistencias limitadoras de corriente simples. Los controladores LED disponibles comercialmente están disponibles de muchas fuentes diferentes. Por lo general, estas operaciones utilizan el principio de modulación de ancho de pulso (PWM) de control de brillo.

Suministro de corriente y voltaje al led.

Aunque los LED son semiconductores y requieren un voltaje mínimo para funcionar, siguen siendo diodos y deben funcionar en modo corriente. En el modo CC, los LED funcionan de dos formas principales. La más simple y común es usar una resistencia limitadora de corriente (ver Figura 1). La desventaja de este método es la alta pérdida de calor y potencia en la resistencia. Para que la corriente se mantenga estable entre los cambios de temperatura y los dispositivos, el voltaje de suministro debe ser mucho mayor que el voltaje directo del LED.

Figura 2 - Ejemplo de un circuito estable preciso. Este circuito a menudo se denomina fuente de corriente constante. Tenga en cuenta que la corriente de suministro está determinada por el voltaje de suministro (Vcc) menos Vin dividido por R1, (Vcc-VIN)/R1.

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