Princípio da luz LED

LED (diodo emissor de luz)é um dispositivo semicondutor de estado sólido que pode converter energia elétrica em luz visível. Pode converter diretamente eletricidade em luz. O coração do LED é um chip semicondutor. Uma extremidade do chip é fixada em um suporte, uma extremidade é o eletrodo negativo e a outra extremidade é conectada ao eletrodo positivo da fonte de alimentação, de modo que todo o chip seja encapsulado em resina epóxi.

O wafer semicondutor é composto de duas partes. Uma parte é um semicondutor do tipo P, no qual predominam os buracos, e a outra extremidade é um semicondutor do tipo N, onde os elétrons estão presentes principalmente. Mas quando esses dois semicondutores são conectados, uma junção PN é formada entre eles. Quando a corrente atua no wafer através do fio, os elétrons serão empurrados para a região P, onde os elétrons se recombinarão com buracos, e então a energia será emitida na forma de fótons. Este é o princípio da emissão de luz LED. O comprimento de onda da luz, ou seja, a cor da luz, é determinado pelo material que forma a junção PN.

O LED pode emitir diretamente luz vermelha, amarela, azul, verde, ciano, laranja, roxa e branca.

Inicialmente, os LEDs foram utilizados como fontes de luz indicadora para instrumentos. Mais tarde, LEDs de diversas cores de luz foram amplamente utilizados em semáforos e telas de grandes áreas, produzindo bons benefícios econômicos e sociais. Tomemos como exemplo um semáforo vermelho de 12 polegadas. Nos Estados Unidos, uma lâmpada incandescente de 140 watts, de longa duração e baixa eficiência visual, é usada como fonte de luz, que produz 2.000 lúmens de luz branca. Depois de passar pelo filtro vermelho, 90% da luz é perdida, restando apenas 200 lumens de luz vermelha. Na lâmpada recém-projetada, a Lumileds usa 18 fontes de luz LED vermelha, que consomem um total de 14 watts de energia, incluindo perdas no circuito, para produzir o mesmo efeito de luz. As luzes de sinalização automotiva também são uma área importante para aplicações de fontes de luz LED.

Para iluminação geral, as pessoas precisam de fontes de luz branca. Em 1998, o LED emissor de luz branca foi desenvolvido com sucesso. Este tipo de LED é feito embalando chips GaN e granada de ítrio-alumínio (YAG). O chip GaN emite luz azul (λp=465nm, Wd=30nm), e o fósforo YAG contendo Ce3+ feito por sinterização em alta temperatura emite luz amarela após ser excitado pela luz azul, com valor de pico de lâmpada 550nLED m. O substrato do LED azul é instalado em uma cavidade reflexiva em forma de tigela e coberto com uma fina camada de resina misturada com YAG, cerca de 200-500nm. Parte da luz azul emitida pelo substrato do LED é absorvida pelo fósforo, e a outra parte da luz azul é misturada com a luz amarela emitida pelo fósforo para obter luz branca.

Para LEDs brancos InGaN/YAG, alterando a composição química do fósforo YAG e ajustando a espessura da camada de fósforo, pode-se obter luz branca de várias cores com uma temperatura de cor de 3500-10000K. Este método de obtenção de luz branca através do LED azul possui estrutura simples, baixo custo e alta maturidade tecnológica, por isso é o mais utilizado.