¿Qué es un LED? Teoría, funcionamiento y materiales

Los LEDs están ganando popularidad rápidamente. Ya iluminan nuestros hogares, oficinas, espacios comerciales y calles, pero ¿Realmente sabe qué es un LED?

A largo plazo cuestan diez veces menos que otros tipos de bombilla, reduciendo así las emisiones de carbono y contribuyendo a un planeta sostenible.

¿En qué consiste LED?

LED es el acrónimo en inglés de Diodo Emisor de Luz (Light Emitting Diode).

Imaginemos un dado diminuto compuesto por materiales semiconductores (normalmente dos a los que llamaremos “p” y “n”) como el silicio o el selenio. Materiales que aportarán a nuestro pequeño dado, las propiedades eléctricas necesarias para emitir luz.

Un diodo LED también puede entenderse como una válvula eléctrica unidireccional que permite que la corriente fluya sólo en una dirección, entrando por el ánodo y saliendo por el cátodo.

Del tamaño de tu pulgar, una hoja de dados de 10 x 10 mm contiene 4.000 dados, cuidadosamente cortados y usados como piezas individuales.

Un DIP(del inglés – Dual In-Line Package) contiene 9 dados, un SMD (del inglés – Surface Mounted Device) puede tener 40 dados, y el más denso y luminoso, un COB (del inglés – Chip On Board) tendría 342 dados.

Densidad de la matriz de LEDs DIP, SMD y COB
Densidad de la matriz de LEDs DIP, SMD y COB

Dentro de este pequeño dado es donde ocurre la magia. Como dijimos, formado por materiales semiconductores es delgado como el papel, y permite un flujo de electrones de negativo a positivo en la unión p-n (unión de dos semiconductores).

Este material semiconductor es clave pues determina la longitud de onda del fotón que se emite cuando un electrón pasa del estado “excitado” al estado “neutro”. Y si recuerdas tu clase de química, esta longitud de onda indica el color de la luz visible que se está emitiendo.

Seguro que con la siguiente imagen va a verlo más claro:

Tipos de diodos emisores de luz DIP SMD y COB
Tipos de diodos emisores de luz DIP SMD y COB

¿Cómo funcionan las luces LED?

Como dijimos anteriormente, nuestros daditos están formados por dos materiales semiconductores p y n. Pero estos materiales p y n no están en su estado natural sino que han sido “alterados”.

¿Cómo se alteran los materiales semiconductores?

El material más usado para crear los diodos emisores de luz LED será el silicio, del cual obtendremos los materiales p y n.

Se introducirá el silicio en una sustancia de átomos de otros elementos como el boro con menos electrones de valencia (para obtener el tipo p – cátodo) y el fósforo con más electrones de valencia (para el tipo n – ánodo).

¿Por qué alteramos las características del semiconductor original?

El fin último es el conseguir una unión p-n a través de una alteración física y química del material original.

Habremos creado “una polaridad” y unas características específicas necesarias para que al paso de la corriente en un solo sentido (del ánodo al cátodo) y se emita luz.

¿Cómo está formado un LED?

Acerquémonos a esta fascinante pieza de tecnología para averiguar qué se utiliza para hacer un LED.

Los LEDs rojos y ámbar utilizan el sistema de materiales de aluminio, indio, galio y fósforo (AlInGaP). Los LEDs azules, verdes y cian utilizan el sistema de nitruro de indio y galio (InGaN).

Al dado entonces se le incorporan los cables de metal para el contacto. También se utiliza un alambre de oro para unir los cables entre sí.

Finalmente, para orientar la salida de luz hacia una dirección, se añade una lente de silicona. Este ensamblaje se sella en una carcasa de resina epoxi que amplifica la luz y añade color.

Cómo está formado un LED
Cómo está formado un LED

El cuerpo exterior del LED depende del tipo de luz que se supone que es. El cuerpo de una bombilla LED estándar será de plástico, lo que la hace más ligera de manejar y más barata de comprar. Además de evitar que se rompa si se cae.

Las bombillas LED de diseño están hechas de vidrio para resaltar el diseño del filamento en el interior, o hacer que duren más si la bombilla funciona con un voltaje más alto.

Finalmente, el LED está equipado con disipadores de calor de aluminio para la gestión del calor, y todo está montado en una base de plástico aislante que es frío al tacto.

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Mira aquí la diferencia entre diodos láser y LEDs.