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Diodo LED

Representación simbólica.

LED es el acrónimo de unas palabras inglesas, que traducidas significan: "Diodo Emisor de Luz".

Esto nos da las primeras pistas:

- Es un diodo, es decir un componente electrónico semiconductor, con polaridad.
- Emite luz, por lo que se usará en funciones de señalización, estética y, actualmente, iluminación.

El diodo es un tipo muy particular de diodo y su nombre proviene de las iniciales de las palabras inglesas Light Emitting Diode (diodo emisor de luz). El diodo LED permite el paso de la corriente en un solo sentido (esto sucede cuando está directamente polarizado, positivo y negativo) y cuando esto ocurre hay emisión de luz.

Bien, un led no es más que un pequeño chip de material semiconductor, que cuando es atravesado por una corriente eléctrica, en sentido apropiado, emite luz monocromática. Los primeros leds se fabricaron, a principios de los años 60, por la empresa Texas Instruments. Estos primeros led estaban disponibles sólo en infrarrojo.

Un diodo LED, es un dispositivo semiconductor que emite luz monocromática cuando se polariza en directa (positivo y negativo) y es atravesado por la corriente eléctrica. El color depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por todo el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo, éstos últimos reciben la denominación de diodos IRED(I nfra-Red Emitting D iode).

A mediados de los 60 la empresa "Mosanto" fabricó los primeros led, que daban luz en la zona visible del espectro lumínico. Basados en el compuesto "Arseniuro de Galio, eran de color rojo y su iluminación muy tenue.

El dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de cristal que usualmente se emplean en las bombillas. Aunque el plástico puede estar coloreado es sólo por razones estéticas ya que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente la cubierta tiene una cara plana que indica el cátodo K(- negativo) que además es más corto que el ánodo A(+ positivo).

En la actualidad se fabrican led con gran variedad de tamaños y voltajes, con iluminación mucho más brillante y en una gran gama de colores que incluyen los colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y blanco.

Igualmente hay led que emiten en la parte no visible del espectro luminoso, tanto en infrarrojo como en ultravioleta, que tienen muchas aplicaciones en señalización y detección.

Al contrario que las lámparas incandescentes que pueden alimentarse con corriente alterna o continua, el diodo LED funciona de forma continua sólo con ésta última ya que únicamente conduce la electricidad cuando se polariza en directa (positivo y negativo) al igual que los diodos pn convencionales, de modo que si se alimenta con corriente alterna el diodo parpadeará al iluminarse tan sólo la mitad del ciclo. Debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED para obterener una buena intensidad luminosa; el voltaje de operación va desde 1,5 a 2,2 voltios aproximadamente y la gama de intensidades que debe circular por él va de 10 a 20 mA en los diodos de color rojo y de 20 a 40 mA para los otros LEDs.

El primer diodo LED que emitía en el espectro visible fue desarrollado por el ingeniero de General Electric Nick Holonyak en 1962.

Tecnología LED

Todos los diodos emiten una cierta cantidad de radiación. El color depende de los materiales empleados. Los diodos convencionales, de silicio o germanio, emiten radiación infrarroja muy alejada del espectro visible, sin embargo con materiales especiales pueden conserguirse longitudes de onda visibles. Los diodos LED e IRED, además tienen geometrías especiales para evitar que la radiación emitida sea reabsorbida por el material circundante del propio diodo, lo que sucede en los convencionales.

Compuesto	Color
Arseniuro de galio (GaAs)	Infrarrojo
Arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs)	Rojo e infrarrojo
Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP)	Rojo, naranja y amarillo
Nitruro de galio (GaN)	Verde
Fosfuro de galio (GaP)	Verde
Seleniuro de zinc (ZnSe)	Azul
Nitruro de galio e indio (InGaN)	Azul
Carburo de silicio (SiC)	Azul
Diamante (C)	Ultravioleta
Silicio (Si)	En desarrollo

Compuestos empleados en la construcción de diodos LED.

Los primeros diodos construidos fueron los diodos infrarrojos y de color rojo, permitiendo el desarrollo tecnológico posterior la construcción de diodos para longitudes de onda cada vez menores. En particular, los diodos azules fueron desarrollados a finales de los 90, añadiéndose a los rojos y verdes desarrollados con anterioridad, lo que permitió, por combinación de los mismos, la obtención de luz blanca. El diodo de seleniuro de zinc puede emitir también luz blanca si se mezcla la luz azul que emite con la roja y verde creada por fotoluminiscencia. La más reciente innovación en el ámbito de la tecnología LED son los diodos ultravioletas, que se han empleado con éxito en la producción de luz blanca al emplearse para iluminar materiales fluorescentes.

Comparados con las bombillas incadescente, presentan las siguientes ventajas:
.- Son muy tenaces, ya que se fabrican con rexinas epoxy, muchísimo más resistentes que un cristal. Tampoco tienen un filamento que se pueda quemar con el uso. Los led soportan con facilidad golpes y vibraciones que estropearían cualquier bombilla.
.- Son mucho más eficientes, ya que las bombillas para emitir luz tienen que poner su filamento a temperaturas que lo vuelvan incandescente y se pierde mucha energía en alcanzar esa temperatura. Los led consumen sobre un 90% menos que una bombilla de igual luminosidad.
.- Debido a todas estas propiedades, los led son mucho más fiables que las bombillas y tienen una vida media que supera los 10 años.

Un led típico contiene un chip semiconductor, emisor de luz, y unos terminales donde apoyar el chip (por donde, a su vez, le llega la corriente).
Todo ello embebido y recubierto por un encapsulado de epoxy que sirve de protección y de lente para enfocar la luz.

Hay un hilo muy fino, entre el cátodo y el ánodo, que podría dar apariencia de fragilidad, pero no es así; y ello porque
1.- No tiene que ponerse incandescente (de hecho apenas se calienta).
2.- No está al aire, sino incrustado dentro del epoxy.

Tanto los diodos azules como los ultravioletas son relativamente caros si los comparamos con los más comunes (rojo, verde, amarillo e infrarrojo) siendo por ello menos empleados en las aplicaciones comerciales.

Los LED comerciales típicos están diseñados para potencias del orden de los 30 a 60 mW. En torno a 1999 se introdujeron en el mercado diodos capaces de trabajar con potencias de 1 W para uso continuo; estos diodos tienen obviamente unas matrices semiconductoras de dimensiones mucho mayores para poder soportar tales potencias e incorporan además aletas metálicas para disipar el calor generado por efecto Joule. En 2002 se comercializaron diodos para potencias de 5 W, con eficiencias en torno a 60 lm/W, es decir, el equivalente a una bobilla incandescente de 50 W.

De continuar esta progresión, en el futuro será posible el empleo de diodos LED en la iluminación.

El comienzo del siglo XXI ha visto aparecer los diodos OLED (diodos LED orgánicos), fabricados con materiales polímeros orgánicos semiconductores. Aunque la eficiencia lograda con estos dispositivos está lejos de la de los diodos inorgánicos, su fabricación promete ser considerablemente más barata que la de aquéllos, siendo además posibledepositar gran cantidad de diodos sobre cualquier superficie empleando técnicas de pintado para crear pantallas a color.

Formas y aplicaciones

Podemos encontrar varios tipos:
.- Estandar: Son los led clásicos de toda la vida. Con la forma cilíndrica, abovedada y que se presentan en tamaños de 3 y 5 mm de diametro. Se caracterizan por tener el encapsulado teñido del mismo color que la luz que emiten. Es frecuente encontrarlos en color rojo y verde, aunque también los hay amarillos.

Además pueden encontrarse con formas variadas (rectangular, triangular, de punto...) para adaptarlos a diferentes necesidades. Se usan principalmente como señalizadores para indicar el funcionamiento de algún dispositivo. Aunque también cumplen una función de adorno y estética.

.- Ultralumínicos o "de alta luminosidad": Similares en tamaño y forma a los anteriores, se caracterizan porque su encapsulado es transparente (o levemente tintado). Además emiten mucha más luz que los anteriores, por lo que se usan para señalización en ambientes muy iluminados (donde los estandar apenas se harían notar); aunque sus aplicaciones se amplían hacia el campo de la iluminación y estética.
Se los puede encontrar en varias formas y tamaños.
Es habitual encontrarlos con forma cilíndrica, abovedada. En tamaños de 3 y 5 mm.
La gama de colores es más amplia, incorporando los azules, rojos, amarillos, anaranjados y verdes (con varias tonalidades según los fabricantes) y el blanco; entre otros colores.

En los últimos años están comenzando a aparecer nuevas variantes de led ultralumínicos: Con tamaños mayores, de hasta 10 mm. de diámetro.

Con encapsulados que evitan los terminales para soldar, en favor de conexiones a rosca o bayoneta, con usos que abarcan desde linternas a pilotos para bicicletas.

Los diodos infrarrojos (IRED) se emplean desde mediados del siglo XX en mandos a distancia de televisores, habiéndose generalizado su uso en otros electrodomésticos como equipos de aire acondicionado, equipos de música, etc. y en general para aplicaciones de control remoto, así como en dispositivos detectores.

Los diodos LED se emplean con profusión en todo tipo de indicadores de estado (encendido/apagado) en dispositivos de señalización (de tráfico, de emergencia, etc.) y en paneles informativos. También se emplean en el alumbrado de pantallas de cristal líquido de teléfonos móviles, calculadoras, agendas electrónicas etc., así como en bicicletas y usos similares. Existen además impresoras LED.

El uso de lámparas LED en el ámbito de la iluminación (incluyendo la señalización de tráfico) es previsible que se incremente en el futuro, ya que aunque sus prestaciones son intermedias entre las lámpara incasdentes y los tubos fluorescentes, presenta indudables ventajas frente a ambos sistemas de iluminación particularmente su larga vida útil, y su menor fragilidad.

.- Otras agrupaciones: Los avances tecnológicos en torno a la fabricación de led, permiten utilizarlos como fuentes de luz en automoción, en el hogar, etc.
Para lograr una iluminación adecuada se emplean grupos de led, conectados en común, a los que se añaden otros componentes electrónicos y "enlatados" en casquillos estandar, que permiten conectarlos como si se tratase de bombillas corrientes.

.- Por último, no podemos dejar de mencionar los nuevos "monstruos" de esta gran familia.
Contienen hasta 4 chip en el mismo led y alcanzan intensidades luminosas, impensables haste hace unos pocos meses.

Y, ¡cómo no!, incluso estos pequeños artefactos tienen complementos y accesorios. Por un lado tenemos los embellecedores y reflectores, de plástico o metal.

Bien, ahora que ya conocemos algo más sobre los leds es tiempo de que echemos un vistazo a sus carácterísticas técnicas. Aunque esta es una guía para "no iniciados", supondremos que todos sabemos algo de lo que son las unidades de medida que se usan en lo relativo a electricidad.

Los led tienen polaridad y es preciso conectarlos en el sentido correcto. Así que lo primero que debemos saber es como conocer su polaridad. Antes que se me olvide recordad: El ánodo es el terminal que se debe conectar a la toma de corriente positiva (+). El cátodo es el terminal que debemos conectar a masa (-). Esto no es del todo exacto, en realidad el cátodo debe estar conectado a una tensión inferior que el ánodo. Pero para simplificar vamos a considerar que lo conectamos a masa.

Normalmente el chip del led se suele ubicar sobre el cátodo, que tiene forma de copa y es más grande que el ánodo.
Como esta regla no es 100% universal y, además, hay led con cubiertas bastante opacas en las que no se aprecia el interior; haríamos bien en buscar otra forma de reconocer los polos.
Si el led es nuevo tendrá los terminales de distinta longitud. El terminal más largo se corresponde con el ánodo (+).

Si el led tiene los terminales recortados, todavía podemos conocer su polaridad. En este caso hay que coger el led y fijarse en la base del encapsulado. En un lado de la circuferencia base veremos una zona plana (achaflanada). El terminal situado junto a esa zona será el correspondiente al cátodo (-) del led.

Y si tenemos un led cuadrado, sin muescas, y con los terminales recortados... ¡Fácil! Se coge una pila pequeña de 1,5V y se conecta el led mediante un par de cables. Si se ilumina ya tenemos la polaridad, (El terminal que esté conectado al polo positivo de la pila será el ánodo del led) y si no, pués damos la vuelta a la pila.

En el mundo del Belén los diodos son utilizados para diferentes usos, aunque los más habituales son: en hogueras, antorchas, iluminación de figuras y otros efectos luminosos...

Última modificación realizada: 19 - ENERO - 2.007

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