cyanic-selkie/wikianc huggingface dataset:
Led
Principiu de funcionamientu
Una unión P-N puede apurrir una corriente llétrica al ser allumada. Análogamente una unión P-N percorrida por una corriente direuta puede emitir fotones lluminosos. Son dos formes de considerar el fenómenu de la electroluminiscencia. Nel segundu casu esta podría definise como la emisión de lluz por un semiconductor cuando ta sometíu a un campu llétrico. El portadores de carga se recombinan nuna unión P-N dispuesta en polarización direuta. En concretu, los electrones de la rexón N crucien la barrera de potencial y se recombinan colos buecos de la rexón P. Los electrones llibres atópase na banda de conducción ente que los buecos tán na banda de valencia. D'esta forma, el nivel d'enerxía de los buecos ye inferior al de los electrones. Al recombinarse los electrones y los buecos una fracción de la enerxía emitir en forma de calor y otra fracción en forma de lluz. thumb|Polarización direuta de la unión P-N nun diodu led. Producción de fotones de resultes de la recombinación ente electrones y buecos (parte cimeru). El fenómenu de la recombinación reparáu nuna diagrama de bandes d'enerxía (parte inferior). El fenómenu físicu que tien llugar nuna unión PN al pasu de la corriente en polarización direuta, por tanto, consiste nuna socesión de recombinaciones electrón-buecu. El fenómenu de la recombinación vien acompañáu de la emisión d'enerxía. Nos diodos ordinarios de Xermaniu o de Siliciu prodúcense fonones o vibraciones de la estructura cristalina del semiconductor que contribúin, a cencielles, al so calentamientu. Nel casu de los diodos led, los materiales semiconductores son distintos de los anteriores tratándose, por casu, d'aleaciones varies del tipu III-V como son el arseniuro de galio ( AsGa ), el fosfuro de galio (PGa) o'l fosfoarseniuro de galio (PAsGa ).
Nestos semiconductores, les recombinaciones que se desenvuelven nes uniones PN esanicien l'escesu d'enerxía emitiendo fotones lluminosos. El color de la lluz emitida depende direutamente de la so llonxitú d'onda y ye carauterísticu de cada aleación concreto. Na actualidá fabriquen aleaciones que producen fotones lluminosos con llonxitúes d'onda nun ampliu rangu del espectru electromagnéticu dientro del visible, infrarroxu cercanu y ultravioleta cercanu. Lo que se consigue con estos materiales ye modificar l'anchor n'enerxíes de la banda prohibida, modificando asina'l llonxitú d'onda del fotón emitíu. Si'l diodu led polarízase inversamente nun se va producir el fenómenu de la recombinación polo que nun va emitir lluz. La polarización inversa puede llegar a estropiar al diodu.
El comportamientu llétricu del diodu led en polarización direuta ye como sigue. Si va amontándose la tensión de polarización, a partir d'un ciertu valor (que depende del tipu de material semiconductor), el led empieza a emitir fotones, algamóse la tensión d'encendíu. Los electrones pueden movese al traviés de la unión al aplicar a los electrodos distintos tensiones; empecípiase asina la emisión de fotones y conforme va amontándose la tensión de polarización, aumenta la intensidá de lluz emitida. Esti aumentu d'intensidá lluminosa vien empareyáu al aumentu de la intensidá de la corriente y puede trate menguada pola recombinación Auger. Mientres el procesu de recombinación, l'electrón salta de la banda de conducción a la de valencia emitiendo un fotón y aportando, por caltenimientu de la enerxía y momentu, a un nivel más baxu d'enerxía, per debaxo del nivel de Fermi del material. El procesu d'emisión llámase recombinación radiativa, que correspuende al fenómenu de la emisión bonal. Asina, en cada recombinación radiativa electrón-buecu emítese un fotón d'enerxía igual al anchor n'enerxíes de la banda prohibida: thumb|Esquema del circuitu led alimentáu con tensión continuo amontada gradualmente hasta que'l led empieza a llucir. siendo c la velocidá de la lluz y f y λ la frecuencia y el llonxitú d'onda, respeutivamente, de la lluz qu'emite. Esta descripción del fundamentu de la emisión de radiación electromagnético pol diodu led puede apreciase na figura onde se fai una representación esquemática de la unión PN del material semiconductor xunto cola diagrama d'enerxíes, implicáu nel procesu de recombinación y emisión de lluz, na parte baxa del dibuxu. El llonxitú d'onda de la lluz emitida, y polo tanto'l so color, depende del anchor de la banda prohibida d'enerxía. Los substratos más importantes disponibles pa la so aplicación n'emisión de lluz son el GaAs y el InP. Los diodos led pueden menguar la so eficiencia si los sos pico d'absorción y emisión espectral en función del so llonxitú d'onda tán bien próximos, como asocede colos ledes de GaAs:Zn (arseniuro de galio dopado con cinc) yá que parte de la lluz qu'emiten absorber internamente.
Los materiales utilizaos pa los ledes tienen una banda prohibida en polarización direuta que la so anchor n'enerxíes varia dende la lluz infrarroxo, al visible o inclusive al ultravioleta próximu. La evolución de los ledes empezó con dispositivos infrarroxos y colloraos de arseniuro de galio. Les meyores de la ciencia de materiales dexaron fabricar dispositivos con llonxitúes d'onda cada vez más curties, emitiendo lluz nuna amplia gama de colores. Los ledes fabríquense xeneralmente sobre un sustratu de tipu N, con un electrodu conectáu a la capa de tipu P depositada na so superficie. Los sustratos de tipu P, anque son menos comunes, tamién se fabriquen.
Fundamentu físicu
Un led empieza a emitir cuando se-y aplica una tensión de 2-3 voltios. En polarización inversa utilízase una exa vertical distinta al de la polarización direuta p'amosar que la corriente absorbida ye práuticamente constante cola tensión hasta que se produz la rotura.
El led ye un diodu formáu por un chip semiconductor dopado con impureces que crean una unión PN. Como n'otros diodos, la corriente flúi fácilmente del llau p, o ánodu, al n, o cátodu, pero non nel sentíu opuestu. Los Portador de carga portadores de carga (electrones yBuecu d'electrón buecos) flúin a la unión dende dos electrodos puestos a distintos voltaxes. Cuando un electrón se recombina con un buecu, baxa'l so nivel d'enerxía y l'escesu d'enerxía esprender en forma d'un fotón. La llonxitú d'onda de la lluz emitida, y por tantu'l color del led, depende del anchor n'enerxía de la banda prohibida correspondiente a los materiales que constitúin la unión pn.
Nos diodos de siliciu o de xermaniu los electrones y los buecos se recombinan xenerando una transición non radiativa, que nun produz nenguna emisión lluminosa yá que son materiales semiconductores con una banda prohibida indireuta. Los materiales emplegaos nos ledes presenten una banda prohibida direuta con un anchor n'enerxía que correspuende al espectru lluminosu del infrarroxu-cercanu (800 nm - 2500 nm), el visible y l'ultravioleta-cercanu (200-400nm). El desenvolvimientu de los ledes dio empiezu con dispositivos de lluz colorao ya infrarroxa, fabricaos con arseniuro de galio (GaAs). Les meyores na ciencia de materiales dexaron construyir dispositivos con llonxitúes d'onda cada vez más pequeñes, emitiendo lluz dientro d'una amplia gama de colores.
Los ledes suélense fabricar a partir d'un sustratu de tipu n, con unu de los electrodos xuníu a la capa de tipu p depositada sobre la so superficie. Los sustratos de tipu p tamién s'utilicen, anque son menos comunes. Munchos ledes comerciales, cuantimás los de GaN/InGaN, utilicen tamién el zafiru (óxidu d'aluminiu) como sustratu.
La mayoría de los materiales semiconductores usaos na fabricación de los ledes presenten un índiz de refraición bien alto. Esto implica que la mayoría de la lluz emitida nel interior del semiconductor reflexar al llegar a la superficie esterior que s'atopa en contautu col aire por un fenómenu de reflexón total interna. La estracción de la lluz constitúi, poro, un aspeutu bien importante y en constante investigación y desenvolvimientu a tomar en considerancia na producción de ledes.
Índiz de refraición
thumb|Exemplu idealizáu de los conos de lluz producíos nuna pieza de material semiconductor pa una emisión procedente d'un solu puntu. La lluz emitida per fora d'estos conos nun puede salir fora de la pieza. La ilustración de la izquierda representa una pieza formada por dos capes dafechu tresllúcides ente que la de la derecha amuesa los “medios conos” formaos cuando la capa cimera ye tresllúcida y la capa del fondu ye dafechu opaca. Realmente, la lluz emitir d'igual forma en toles direiciones del espaciu dende la fonte, polo que los espacios esistentes ente los conos amuesen que gran parte de la enerxía lluminosa emitida pola fonte ye atrapada dientro de la muestra y piérdese en forma de calor.
La mayoría de los materiales semiconductores usaos na fabricación de los ledes presenten un índiz de refraición bien alzáu con respectu al aire. Esto implica que la mayoría de la lluz emitida nel interior del semiconductor va reflexase al llegar a la superficie esterior que s'atopa en contautu col aire por un fenómenu de reflexón total interna.
Esti fenómenu afecta tantu a la eficiencia na emisión lluminosa de los ledes como a la eficiencia na absorción de la lluz de les célules fotovoltaiques. L'índiz de refraición del siliciu ye 3.96 (a 590nm), ente que el del aire ye 1,0002926. La estracción de la lluz constitúi, poro, un aspeutu bien importante y en constante investigación y desenvolvimientu a tomar en considerancia na producción de ledes.
Polo xeneral, un chip semiconductor led de superficie plana ensin revistir va emitir lluz solamente na direición perpendicular a la superficie del semiconductor y nunes direiciones bien próximes, formando un conu llamáu conu de lluz o conu d'escape. El máximu ángulu d'incidencia que dexa escapar a los fotones del semiconductor conozse como ángulu críticu. Cuando se devasa esti ángulu, los fotones yá nun s'escapen del semiconductor pero sicasí son reflexaos dientro del cristal del semiconductor como si esistiera un espeyu na superficie esterior.
Por cuenta de la reflexón interna, la lluz que foi reflexada internamente nuna cara puede escapase al traviés d'otres cares cristalines si l'ángulu d'incidencia apuerta a agora abondo baxu y el cristal ye abondo tresparente pa nun reflexar nuevamente la emisión de fotones escontra l'interior. Sicasí, nun simple led cúbicu con superficies esternes a 90 graos, toles cares actúen como espeyos angulares iguales. Nesti casu, la mayor parte de la lluz nun puede escapar y piérdese en forma de calor dientro del cristal semiconductor.
Un chip que presente na so superficie facetes anguladas similares a les d'una xoya tallada o a una lente fresnel puede aumentar la salida de la lluz al dexar la so emisión nes orientaciones que sían perpendiculares a les facetes esteriores del chip, de normal más numberoses que los seis úniques d'una muestra cúbica.
La forma ideal d'un semiconductor pa llograr la máxima salida de lluz sería la d'unamicroesfera cola emisión de los fotones asitiada esautamente nel centru de la mesma, y dotada d'electrodos qu'enfusaren hasta'l centru pa coneutar col puntu d'emisión. Tolos rayos de lluz que partieren del centru seríen perpendiculares a la superficie de la esfera, lo que daría llugar a que nun hubiera reflexones internes. Un semiconductor semiesféricu tamién funcionaría correutamente yá que la parte plana actuaría como un espeyu pa reflexar los fotones de forma que tola lluz podría emitise dafechu al traviés de la semiesfera.
Revestimientos de transición
thumb|La mayoría de los materiales emplegaos na producción de los led presenten [[Índiz de refracción|índice de refraición bien elevaos. Esto significa qu'enforma de la lluz emitida ye reflexada escontra l'interior na superficie esterna del material en contautu col aire. Poro, l'aspeutu de la estracción de la lluz de los ledes ye motivu d'una gran dedicación tocantes a investigación y desenvolvimientu. Los conos d'emisión de lluz pa les amueses reales de ledes son abondo más complexos que los producíos a partir d'una sola fonte puntual. La zona d'emisión de la lluz ye de normal un planu bidimensional definíu ente los dos capes de semiconductor. Cada átomu asitiáu nesti planu presenta un conxuntu de conos d'emisión análogos a los de la figura anterior. La figura ye un esquema simplificáu qu'amuesa l'efeutu combináu de dellos conos d'emisión. Los grandes conos llaterales fueron cortaos p'amosar les carauterístiques del interior y amenorgar la complexidá de la imaxe; en realidá, estos conos tendríen d'estendese hasta los cantos opuestos dientro del planu bidimensional d'emisión.]]
Munchos chips semiconductores led se encapsulan o s'incorporen nel interior en carcases de plásticu moldiáu. La carcasa de plásticu pretende consiguir tres propósitos:
La tercera carauterística contribúi a aumentar la emisión de lluz dende'l semiconductor actuando como una lente difusora, dexando que la lluz sía emitida al esterior con un ángulu d'incidencia sobre la paré esterior enforma mayor que la del estrechu conu de lluz procedente del chip ensin anubrir.
La eficiencia y los parámetros operacionales
Los ledes tán diseñaos pa funcionar con una potencia llétrica non cimera a 30-60 milivatios (mW). En redol a 1999, Philips Lumileds introdució ledes más potentes capaces de trabayar de forma continua a una potencia d'un vatiu. Estos ledes utilizaben semiconductores de troquelados muncho más grandes col fin d'aceptar potencies d'alimentación mayor. Amás, montábense sobre banielles de metal pa facilitar la eliminación de calor.
Una de les principales ventayes de les fontes de llume a base de ledes ye l'alta eficiencia lluminosa. Los ledes blancos igualaron aína ya inclusive superaron la eficiencia de los sistemes de llume incandescentes estándar. En 2002, Lumileds fabricó ledes de cinco vatios, con una eficiencia lluminosa de 18-22 lúmenes por vatiu (lm/W). A manera de comparanza, una bombilla incandescente convencional de 60-100 vatios emite alredor de 15lm/W, y les llámpares fluorescentes estándar emiten hasta 100lm/W.
A partir de 2012, Future Lighting Solutions algamara les siguientes eficiencies pa dellos colores. Los valores de la eficiencia amuesen la potencia lluminosa de salida per cada vatiu de potencia llétrica d'entrada. Los valores de la eficiencia lluminosa inclúin les carauterístiques del güeyu humanu y deduciéronse a partir de la función de lluminosidá.
En setiembre de 2003, Cree Inc. fabricó un nuevu tipu de led azul que consumía 24milivatios (mW) a 20miliamperios (mA). Esto dexó un nuevu encapsulamiento de lluz blanco que producía 65lm/W a 20 miliamperios, convirtiéndose nel led blancu más brillosu disponible nel mercáu; amás resultaba ser más de cuatro veces más eficiente que les bombilles incandescentes estándar. En 2006 presentaron un prototipu de led blancu con una eficiencia lluminosa récor de 131lm/W pa una corriente de 20 miliamperios. Nichia Corporation desenvolvió un led blancu con una eficiencia lluminosa de 150lm/W y una corriente direuta de 20mA. Los ledes de la empresa Cree Inc. denominaos xlamp xm-L, salieron al mercáu en 2011, produciendo 100lm/W a la potencia máxima de 10W, y hasta 160lm/W con una potencia llétrica d'entrada d'unos 2W. En 2012, Cree Inc. presentó un led blancu capaz de producir 254lm/W, y 303lm/W en marzu de 2014. Les necesidaes de llume xeneral na práutica riquen ledes d'alta potencia, d'un vatiu o más. Funcionen con corrientes cimeres a 350 miliamperios.
Estes eficiencies referir a la lluz emitida pol diodu calteníu a baxa temperatura nel llaboratoriu. Puesto que los ledes, una vegada instalaos, operen a altes temperatures y con perdes de conducción, la eficiencia en realidá ye enforma menor. ElDepartamentu d'Enerxía de los Estaos Xuníos (DOE) realizó pruebes pa sustituyir les llámpares incandescentes o los LFC poles llámpares led, amosando que la eficiencia media consiguida ye d'unos 46lm/W en 2009 (el comportamientu mientres les pruebes caltener nun marxe de 17lm/W a 79lm/W).
Perda d'eficiencia
De primeres, buscóse una esplicación atribuyéndolo a les altes temperatures. Sicasí, los científicos pudieron demostrar lo contrario, que magar la vida del led puede encurtiase, la cayida de la eficiencia ye menos severa a temperatures elevaes. En 2007, la causa del descensu na eficiencia atribuyir a la recombinación Auger la cual da orixe a una reacción mista. Finalmente, un estudiu de 2013 confirmó definitivamente esta teoría pa xustificar la perdida d'eficiencia.
Amás de menguar la eficiencia, los ledes que trabayen con corrientes llétriques más altes xeneren más calor lo que compromete'l tiempu de vida del led. Por causa de esta medría de calor a corrientes altes, los ledes d'alta lluminosidá presenten un valor patrón industrial de tan solo 350 mA, corriente pa la qu'esiste un equilibriu ente lluminosidá, eficiencia y durabilidá.
Posibles soluciones
Ante la necesidá d'aumentar la lluminosidá de los ledes, esta nun se consigue a base d'amontar los niveles de corriente sinón por aciu l'emplegu de dellos ledes nuna sola llámpara. Por ello, resolver el problema de la perda d'eficiencia de les llámpares led doméstiques consiste nel emplegu del menor númberu posible de ledes en cada llámpara, lo que contribúi a amenorgar significativamente los costos.
Miembros del Llaboratoriu d'Investigación Naval de los Estaos Xuníos atoparon una forma de menguar la cayida de la eficiencia. Afayaron que dicha cayida provién de la recombinación Auger non radiativa producida con el portadores inyectaos. Pa resolvelo, crearon unospozos cuánticos con un potencial de confinamientu nidiu pa menguar los procesos Auger non radiativos.
Investigadores de la Universidá Central Nacional de Taiwán y d'Epistar Corp tán desenvolviendo un métodu pa menguar la perda d'eficiencia por aciu l'usu de sustratos de cerámica denitruro d'aluminiu, que presenten una conductividá térmica más alta que la del zafiru usáu comercialmente. Los efeutos de calentamientu vense amenorgaos por cuenta de la elevada conductividá térmica de los nuevos sustratos.
Vida media y analís de fallos
Los dispositivos d'estáu sólidu tales como los ledes presenten una obsolescencia bien llindada si operar a baxes corrientes y a baxes temperatures. Los tiempos de vida son de 25000 a 100000 hores, pero la influencia del calor y de la corriente pueden aumentar o menguar esti tiempu de manera significativa.
El fallu más común de los ledes (y de los diodos láser) ye l'amenorgamientu gradual de la emisión de lluz y la perda d'eficiencia. Los primeres ledes coloraos destacaron pola so curtia vida. Col desenvolvimientu de los ledes d'alta potencia, los dispositivos tán sometíos a temperatures d'unión más altes y adensidaes de corriente más elevaes que los dispositivos tradicionales. Esto provoca estrés nel material y puede causar una degradación temprana de la emisión de lluz. Pa clasificar cuantitativamente la vida útil d'una manera estandarizada, suxurióse utilizar los parámetros L70 o L50, que representen los tiempos de vida (espresaos en miles d'hores) nos qu'un led determináu algama'l 70% y el 50% de la emisión de lluz inicial, respeutivamente.
Según na mayoría de les fontes de lluz anterior (llámpares incandescentes, llámpares de descarga, y aquelles que quemen un combustible, por casu les veles y les llámpares d'aceite) la lluz xenerar por un procedimientu térmicu, los ledes solo funcionen correutamente si caltiénense abondo fríos. El fabricante específica de normal una temperatura máximo de la unión ente 125 y 150°C, y les temperatures inferiores son recomendables n'interés d'algamar una llarga vida pa los ledes. A estes temperatures, piérdese relativamente pocu calor por radiación, lo que significa que'l fexe de lluz xeneráu por un led considérase fríu.
El calor residual nun led d'alta potencia (qu'a partir de 2015 puede considerase inferior a la metá de la potencia llétrica que consume) ye tresportáu por conducción al traviés del sustratu y el encapsulamiento hasta undisipador de calor, qu'esanicia'l calor nel ambiente por conveición. Ye por tantu esencial realizar un diseñu térmicu cuidadosu, teniendo en cuenta lesresistencies térmiques del encapsulamiento del led, el disipador de calor y la interfaz ente dambos. Los ledes de potencia media tán diseñaos de normal pa ser soldaos direutamente a una placa de circuitu impresu que dispón d'una capa de metal térmicamente conductora. Los ledes d'alta potencia se encapsulan en paquetes cerámicos de gran superficie diseñaos pa ser coneutaos a un disipador de calor metálico, siendo la interfaz un material d'una alta conductividá térmica (pasta térmico, material de cambéu de fase, almadina térmica conductora o pegamento termofusible).
Si instálase una llámpara de ledes nun aparatu lluminosu ensin ventilación, o l'ambiente escarez d'una circulación d'aire fresco, ye probable que los ledes se sobrecalienten, lo qu'amenorga la so vida útil o, inclusive, produza'l deterioru antemanáu del aparatu lluminosu. El diseñu térmicu suelse proyeutar pa una temperatura ambiente de 25 °C (77 °F). Los ledes utilizaos nes aplicaciones al campu, como les señales de tráficu o les lluces de señalización nel pavimentu, y en climes onde la temperatura dientro del aparatu de llume ye bien alta, pueden esperimentar dende un amenorgamientu de la emisión lluminosa hasta un fallu completu.
Colores y materiales
Los ledes convencionales tán fabricaos a partir d'una gran variedá de materiales semiconductores inorgánicos. Na siguiene tabla amuésense los colores disponibles col so marxe de llonxitúes d'onda, diferencies de potencial de trabayu y materiales emplegaos.
Azul y ultravioleta
El primer led azul-violeta utilizaba nitruro de galio dopado con magnesiu y desenvolver Herb Maruska y Wally Rhines na Universidá de Standford en 1972, estudiantes de doctoráu en ciencia de materiales ya inxeniería. Entós daquella Maruska taba trabayando nos llaboratorios de RCA, onde collaboraba con Jacques Pankove. En 1971, un añu dempués de que Maruska dir a Standford, los sos compañeros de RCA Pankove y Ed Miller demostraron la primera electroluminiscencia azul procedente del cinc dopado con nitruro de galio; sicasí'l dispositivu que construyeron Pankove y Miller, el primer diodu emisor de lluz de nitruro de galio real, emitía lluz verde. En 1974 la Oficina de Patentes Estauxunidense concedió a Maruska, Rhines y al profesor de Stanford David Stevenson una patente (patente US3819974 A de los EE. XX.) del so trabayu de 1972 sobre'l dopaxe de nitruro de galio con magnesiu que güei sigue siendo la base de tolos ledes azules comerciales y de los diodos láser. Estos dispositivos construyíos nos 70 nun teníen abondu rendimientu lluminosu pal so usu práuticu, polo que la investigación de los diodos de nitruro de galio ralentizóse. N'agostu de 1989 Cree introdució'l primera led azul comercial con una transición indireuta al traviés de la banda prohibida nun semiconductor de carburu de siliciu (SiC). Los ledes de SiC tienen una eficiencia lluminosa bien baxa, non cimera al 0,03%, pero emiten na rexón del azul visible.
A finales de los 80, les grandes meyores en crecedera epitaxial y en dopaxe tipu-p en GaN marcaron l'empiezu de la era moderna de los dispositivos opto-electrónicos de GaN. Basáu no anterior, Theodore Moustakas patentó un métodu de producción de ledes azules na Universidá de Boston utilizando un novedosu procesu de dos pasos. Dos años más tarde, en 1993, los ledes azules d'alta intensidá fueron retomaos por Shuji Nakamura de la Nichia Corporation utilizando procesos de síntesis de GaN similares al de Moustakas. A Moustakas y a Nakamura asignáronse-yos patentes separaes, lo que xeneró conflictos llegales ente Nichia y l'Universidá de Boston (sobremanera porque, magar que Moustakas inventó'l so procesu primeru, Nakamura rexistró'l suyu antes). Esti nuevu desenvolvimientu revolucionó'l llume con ledes, rentabilizando la fabricación de les fontes de lluz azul d'alta-potencia, conduciendo al desenvolvimientu de teunoloxíes como'l Blu-ray, y favoreciendo les pantalles brilloses d'altu resolución de les tabletas y teléfonos modernos.
Nakamura foi gallardoniáu col Premiu de Teunoloxía del Mileniu pola so contribución a la teunoloxía de los ledes d'alta potencia y el so altu rendimientu. Amás concedióse-y, xunto a Hiroshi Amano y Isamu Akasaki, el Premiu Nobel de Física en 2014 pola so decisiva contribución a los ledes d'altu rendimientu y al led azul. En 2015 un xulgáu estauxunidense dictaminó que tres empreses (esto ye les mesmes compañíes demandantes que nun resolvieren les sos disputes primeramente) y que disponíen de les patentes de Nakamura pa la producción n'EE.XX., frayaren la patente previa de Moustakas y ordenó-yos pagar unos derechos de llicencia por un valor de 13 millones de dólares.
A finales de los 90 yá se disponía de los ledes azules. Estos presenten una rexón activa que consta d'unu o más pozos cuánticos de InGaN entrepolaos ente llámines más grueses de GaN, llamaes vainas. Variando la fracción de In/Ga nos pozos cuánticos de InGaN, la emisión de lluz puede, en teoría, modificar dende'l violeta hasta l'ámbare. El nitruro d'aluminiu y galio AlGaN con un conteníu variable de la fracción d'A el/Ga puede usase pa fabricar la vaina y les llámines de los pozos cuánticos pa los diodos ultravioletes, pero estos dispositivos entá nun algamaron el nivel d'eficiencia nin el maduror teunolóxicu de los dispositivos de InGaN/GaN azul/verde. Si'l GaN usar ensin dopar, pa formar les capes actives de los pozos cuánticos el dispositivu emite lluz próximo al ultravioleta con un picu centráu nun llonxitú d'onda alredor de los 365 nm. Los ledes verdes fabricaos na modalidá InGaN/GaN son muncho más eficientes y brillantes que los ledes producíos con sistemes ensin nitruro, pero estos dispositivos inda presenten una eficiencia demasiáu baxa pa les aplicaciones d'altu rellumu.
Utilizando nitruros d'aluminiu, como AlGaN y AlGaInN, consígense llargores d'ondes entá más curties. Una gama de ledes ultravioletes pa distintes llonxitúes d'onda tán empezando a atopase disponibles nel mercáu. Los ledes emisores próximos al UV con llonxitúes d'onda en redol a 375-395 nm yá resulten abondo baratos y pueden atopase con facilidá, por casu pa sustituyir les llámpares de lluz negro na inspeición de les marques d'agua anti-falsificación UV en dellos documentos y en papel moneda. Los diodos de llonxitúes d'onda más curties (hasta 240 nm), tán anguaño nel mercáu, anque son notablemente más caros.
RGB
thumb|RGB-SMD-LED. Led RGB montáu en superficie (surface mounted device). Esti dispositivu amuesa los trés colores complementarios colloráu, verde y azul. Esisten otros tipos de dispositivos como'l Led COB (montáu en placa) o'l microled que pola so xeometría y distribución na placa de montaxe, son más eficientes energéticamente.
Los ledes RGB consisten nun led coloráu, unu azul y otru verde. Afaciendo independientemente cada unu d'ellos, los ledes RGB son capaces de producir una amplia gama de colores. A diferencia de los ledes dedicaos a un solu color, los ledes RGB nun producen llargores d'ondes pures. Amás, los módulos disponibles comercialmente nun suelen tar optimizaos pa faer amiestos nidios de color.
Sistemes RGB
Los sistemes RGB miniaturadeimagen|Espectru resultante de la combinación de los ledes semiconductores d'estáu sólidu azul, mariellu-verde y colloráu d'altu rellumu. L'anchu de banda espectral ye d'aproximao 24-27 nm pa los trés colores. miniaturadeimagen|Led RGB pa xenerar lluz blanco Esisten dos formes básiques pa producir lluz blanco. Una consiste n'utilizar ledes individuales qu'emitan los trés colores primarios (colloráu, verde y azul) y depués entemecer los colores pa formar la lluz blanco. La otra forma consiste n'utilizar un fósforu pa convertir la lluz monocromática d'un led azul o UV nun ampliu espectru de lluz blanco. Ye importante tener en cuenta que la blancura de la lluz producida diséñase esencialmente pa satisfaer al güeyu humanu y dependiendo de cada casu que non siempres puede ser apoderáu pensar que se trata de lluz puramente blanco. Sirva como puntu de referencia la gran variedá de blancos que se consiguen colos tubos fluorescentes.
Hai tres métodos principales pa producir lluz blanco colos ledes.
Debíu al metamerismo, ye posible disponer de distintos espectros que paezan blancos. Sicasí, l'apariencia de los oxetos allumaos por esa lluz puede modificar a midida que l'espectru varia. Esti fenómenu ópticu conozse como execución del color, ye distintu a la temperatura del color, y que fai qu'un oxetu realmente naranxa o cian pueda paecer d'otru color y muncho más escuru como'l led o'l fósforu acomuñáu nun emiten esos llonxitúes d'onda. La meyor reproducción de color con CFL y led consíguese utilizando un amiestu de fósforos, lo qu'apurre una menor eficiencia pero una meyor calidá de lluz. Anque l'halóxenu con mayor temperatura de color ye'l naranxa, sigue siendo la meyor fonte de lluz artificial disponible en términos d'execución de color.
La lluz blanco puede producise por aciu la adición de lluces de distintos colores; el métodu más común ye l'usu de colloráu, verde y azul (RGB). D'ende que'l métodu denominar ledes de blancu multicolor (dacuando conocíu como ledes RGB). Por cuenta de que precisen circuitos electrónicos pa controlar l'amiestu y la espardimientu de los distintos colores, y porque los ledes de color individuales presenten patrones d'emisión llixeramente distintes (lo que conduz a la variación del color en función de la direición d'observación), inclusive si fabricar nuna sola unidá, escasamente utilícense pa producir lluz blanco. Sicasí, esti métodu tien munches aplicaciones pola flexibilidá que presenta pa producir l'amiestu de colores y, en principiu, por ufiertar una mayor eficiencia cuántica na producción de lluz blanco.
Hai dellos tipos de ledes blancos multicolor: ledes blancos di-, tri- y tetracromático. Dellos factores clave inflúin nestes distintes realizaciones, como son la estabilidá del color, l'índiz de reproducción del color natural y l'eficiencia lluminosa. Con frecuencia, una mayor eficiencia lluminosa va implicar una menor naturalidá del color, surdiendo asina una compensación ente la eficiencia lluminosa y la naturalidá de los colores. Por casu, los ledes blancos dicromáticos presenten la meyor eficiencia lluminosa (120 lm / W), pero la capacidá de representación cromática más baxa. Per otru llau, los ledes blancos tetracromáticos ufierten una escelente capacidá de representación de color pero de cutiu acompáñense d'una probe eficiencia lluminosa. Los ledes blancos tricromáticos atopar nuna posición entemedia, tienen una bona eficiencia lluminosa (> 70 lm / W) y una razonable capacidá pa la reproducción de color.
Unu de los desafíos pendientes de resolver consiste nel desenvolvimientu de ledes verdes más eficientes. El máximu teóricu pa los ledes verdes ye de 683 lúmenes por vatiu, pero a partir de 2010 tan solo unos pocos ledes verdes superaron los 100 lúmenes por vatiu. Los ledes azul y colloráu, sicasí, tán averándose a les sos llendes teóriques.
Los ledes multicolores ufierten la posibilidá non solo de producir lluz blanco sinón tamién de de xenerar lluces de distintos colores. La mayoría de los colores perceptibles pueden formase entemeciendo distintes proporciones de los trés colores primarios. Esto dexa un control dinámicu precisu del color. A midida que dedícase más esfuerciu n'investigación el métodu de los ledes multicolor presenta una mayor influencia como métodu fundamental utilizáu pa producir y controlar el color de la lluz.
Magar esti tipu de ledes puede xugar un bon papel nel mercáu, antes hai que resolver dellos problemes téunicos. Por casu, la potencia d'emisión d'estos ledes mengua exponencialmente al aumentar la temperatura, produciendo un cambéu sustancial de la estabilidá del color. Estos problemes pueden imposibilitar el so emplegu na industria. Por ello, efeutuáronse munchos diseños nuevos de encapsulamientos y les sos resultancies atópase en fase d'estudiu polos investigadores. Evidentemente, los ledes multicolores ensin fósforos nunca pueden apurrir un bonu llume por cuenta de que cada unu d'ellos emite una banda bien estrecha de color. Según los ledes ensin fósforos constitúin una solución bien probe pa llume, ufierten la meyor solución pa pantalles de llume de fondu pa LCD o de llume direuto con pixeles de ledes.
Na teunoloxía Led, l'amenorgamientu de la temperatura de color correlacionada (CCT) ye una realidá difícil d'evitar por cuenta de que, xunto cola vida útil y los efeutos de la variación de la temperatura de los ledes, acaba modificándose el color real definitivu de los mesmos. Pa correxilo, utilícense sistemes con bucle de realimentación provistos, por casu, de sensores de color y asina supervisar, controlar y caltener el color resultante de la superposición de los ledes monocolor.
Ledes basaos en fósforu
miniaturadeimagen|Espectru d'un led blancu qu'amuesa la lluz emitida pol led de GaN (aproximao 465 nm) superpuestu al anchu de banda de la lluz emitida pol fósforu de Ce ^ 3+.. Esti métodu implica'l recubrimientu de los ledes d'un color (principalmente ledes azules de InGaN) con fósforos de distintos colores pa producir lluz blanco; los ledes resultantes de la combinación llámense ledes blancos basaos en fósforos o ledes blancos con un convertidor de fósforu (PCLED). Una fracción de la lluz azul esperimenta'l desplazamientu de Stokes que tresforma los llonxitúes d'onda más curties en llonxitúes d'onda más llargues. Dependiendo del color del led orixinal, pueden emplegase fósforos de diversos colores. Si aplíquense delles capes de fósforos de colores distintos enánchase l'espectru d'emisión, amontándose efeutivamente el valor del índiz de reproducción cromática (IRC) d'un led dau.
Les perdes d'eficiencia de los ledes basaos en fósforos (con sustances fluorescentes) deber a les perdes de calor xeneraes pol desplazamientu de Stokes y tamién a otros problemes de degradación rellacionaos con diches sustances fluorescentes. En comparanza colos ledes normales les sos eficiencies lluminoses dependen de la distribución espectral de la salida de lluz resultante y del llonxitú d'onda orixinal del propiu led. Por casu, la eficiencia lluminosa d'un fósforu mariellu YAG típicu d'un led blancu de 3 a 5 vegaes la eficiencia lluminosa del led azul orixinal, por cuenta de la mayor sensibilidá del güeyu humanu pal color mariellu que pal color azul (según el modelu de la función de lluminosidá). Por cuenta de la simplicidá de la so fabricación, el métodu de fósforu (material fluorescente) sigui siendo'l más popular pa consiguir una alta intensidá nos ledes blancos. El diseñu y la producción d'una fonte de lluz o llámpara utilizando un emisor monocromático cola conversión de fósforu fluorescente ye más simple y más baratu qu'un sistema complexu RGB, y la mayoría de los ledes blancos d'alta intensidá esistentes anguaño nel mercáu fabríquense utilizando la conversión de la lluz por aciu fluorescencia.
Ente los retos que surden p'ameyorar la eficiencia de les fontes de lluz blanco a base de ledes atópase'l desenvolvimientu de sustances fluorescentes (fósforos) más eficientes. A partir de 2010, el fósforu mariellu más eficiente sigue siendo'l fósforu YAG, que presenta una perda pol desplazamientu de Stokes inferior al 10%. Les perdes óptiques internes debíes a la reabsorción n'el mesmu chip del led y nel encapsulamiento del led constitúin del 10% al 30% de la perda d'eficiencia. Anguaño, nel ámbitu del desenvolvimientu con fósforu, dedícase un gran esfuerciu nel so optimización col fin de consiguir una mayor producción de lluz y unes temperatures d'operación más elevaes. Por casu, la eficiencia puede aumentar con un meyor diseñu del encapsulamiento o por aciu l'usu d'un del tipu más fayadizu de fósforu. El procesu de revestimiento d'axuste suelse utilizar col fin de poder regular la espesura variable del fósforu.
Dellos ledes blancos dotaos de fósforos consisten en ledes azules de InGaN encapsulados nuna resina epoxi recubierta por un fósforu. Otra opción consiste n'acomuñar el led con un fósforu separáu, una pieza prefabricada de policarbonato preformado y revistida col material del fósforu. Los fósforos separaos apurren una lluz más difuso, lo cual ye favorable pa munches aplicaciones. Los diseños con fósforos separaos son tamién más tolerantes coles variaciones del espectru d'emisión del led. Un material de fósforu mariellu bien común ye l'aluminiu granate d'itriu y aluminiu dopado con cerio (Ce 3+ :YAG).
Los ledes blancos tamién pueden fabricase con ledes del ultravioleta próximu (NUV) recubiertos con un amiestu de fósforos d'europiu d'alta eficiencia qu'emiten coloráu y azul, más sulfuru de cinc dopado con cobre y aluminiu ( ZnS:Cu, Al ) qu'emite verde. Esti procedimientu ye análogu al de funcionamientu de les llámpares fluorescentes. El procedimientu ye menos eficiente que'l de los ledes de color azul con fósforu YAG:Ce, yá que'l desplazamientu de Stokes ye más importante, polo qu'una mayor fracción de la enerxía convertir en calor, aun así xenérase una lluz con meyores carauterístiques espectrales y, por tanto, con una meyor reproducción de color.
Yá que los ledes ultravioleta presenten una mayor radiación de salida que los azules, dambos métodos ufierten, a última hora, un rellumu similar. Un inconveniente de los postreros ye qu'una posible fuga de la lluz UV procedente d'una fonte lluminosa que funcione incorreutamente puede causar dañu a los güeyos o a la piel humano.
Phaius tankervilleae
Phaius tankarvilleae, tamién conocida como "Orquídea de Banzáu", ye una especie d'orquídea que s'atopa na India, Nueva Guinea, China, Indonesia, Malasia y Australia. N'Australia distribuyir al sur de Brunswick Heads, New South Wales y al norte en Queensland tropical. Alcuéntrase tratada en peligru d'estinción.
Led
Otros ledes blancos
Otru métodu utilizáu pa producir ledes esperimentales de lluz blanco ensin l'emplegu de fósforos basar na epitaxia de crecedera del seleniuro de cinc (ZnSe) sobre un sustratu de ZnSe que de forma simultánea emite lluz azul procedente de la so rexón activa y lluz mariello procedente del sustratu.
Una nueva forma pa producir ledes blancos consiste n'utilizar oblees compuestes de nitruro de galio sobre siliciu a partir d'oblees de siliciu de 200 mm. Esto evita la costosa fabricación de sustratos de zafiru a partir d'oblees de tamaños relativamente pequeños, esto ye de 100 o 150mm. L'aparatu de zafiru tien de tar acopláu a un colector similar a un espeyu pa reflexar la lluz, qu'otra manera se perdería. Predizse que pa 2020 el 40% de tolos ledes de GaN van fabricase sobre siliciu. La fabricación de zafiru de gran tamañu ye difícil, ente que'l material de siliciu grande ye baratu y más abondosu. Per otru llau, los fabricantes de ledes que camuden del zafiru al siliciu deben de faer una inversión mínima.
Phaius tankervilleae
thumb|Ilustración de Curtis Botanical Magacín, 1924 thumb|Inflorescencia de Phaius tancarvilleae thumb|Flores de Phaius tancarvilleae thumb|Flores de Phaius tancarvilleae thumb|Flores de Phaius tancarvilleae
Led
Ledes orgánicos (OLED)
Nun diodu emisor de lluz orgánico (OLED), el material electroluminiscente que constitúi la capa emisora del diodu ye un compuestu orgánicu. El material orgánico ye conductor por cuenta de deslocalización electrónica de los enllaces pi causaos por el sistema conxugáu en toa o en parte de la molécula; en consecuencia'l material funciona como un semiconductor orgánicu. Los materiales orgánicos pueden ser pequeñes molécules orgániques en fase cristalina, o polímeros.
Phaius tankervilleae
Descripción
Ye una orquídea de gran tamañu, de vezos terrestres con pseudobulbos de forma ovoide o cónica, verdes envueltos basalmente por delles envoltures de les fueyes que son elípticu-llanceolaes, acuminaes, plegaes,, peciolaes y delgaes. Floria na primavera nuna inflorescencia racemosa de 120 cm de llargu, arguta, basal. Dempués del floriamientu y la cayida de les flores mrchitas, puede cortase y asitiar nel sable y parcialmente cubierta, poner na solombra, nuna húmeda zona, bien regada y en 2 a 3 meses, les plántulas empiecen a crecer a partir de les vieyos bráctees florales. Dempués de 6 meses pueden tresplantase a un tiestu. Esta especie convirtióse nuna especie invasora en dellos países como Xamaica y Ḥawai. En Papúa Nueva Guinea les flores afumaos cómense como un anticonceutivu.
Led
Ledes orgánicos (OLED)
Una de les ventayes que faen posible los OLED son les pantalles delgaes y de baxu costo con una tensión d'alimentación baxo, un ampliu ángulu de visión, un altu contraste y una estensa gama de colores. Los ledes de polímeru presenten la ventaya añedida de favorecer les pantalles imprimibles y flexibles. Los OLED utilizáronse na fabricación de pantalles visuales pa los dispositivos electrónicos portátiles, como son los teléfonos móviles, les cámares dixitales y el reproductores de MP3, y considérase que los posibles usos futuros tamién inlcuirán el llume y la televisión.
Ledes de puntos cuánticos
A entamu de los años 60 empezó una década de revolución teunolóxica cola nacencia d'Internet y el descubrimientu del led nel espectru visible. En 1959 el premiu nobel de física Richard P. Feynman, na so célebre conferencia dada na xunta añal de l'Asociación Física de los Estaos Xuníos titulada: “Hai enforma espaciu no fondero: una invitación pa entrar nun nuevu campu de la física”, yá preconizaba la revolución teunolóxica y los importantes descubrimientos que podíen suponer la manipulación de los materiales hasta amenorgalos a tamaños o escales atómiques o moleculares. Pero nun ye hasta la década siguiente de 1970 que la conocencia de numberoses aplicaciones de la mecánica cuántica (a unos 70 años de la so invención) xuníu a la meyora de les téuniques de crecedera y síntesis de materiales, lleguen a suponer un cambéu importante nes llinies d'investigación de numberosos grupos.
Phaius tankervilleae
Distribución y hábitat
Alcuéntrase en Fujian, Guangdong, Guangxi, Hainan, Xizang y Yunnan n'China, en Ḥong Kong, Taiwán, les Islles del Pacíficu, Malasia ya Indonesia n'elevaciones d'hasta 1.300 metros nos montes montanos baxos y nos pacionales nes depresiones húmedes con suelu negru.
Led
Ledes de puntos cuánticos
Yá nesta década xunía la capacidá de diseñar estructures teniendo nueves propiedaes óptiques y electróniques a la busca de nueves aplicaciones teunolóxiques a los materiales yá esistentes na naturaleza. Ello ye qu'en 1969, L. Esaki et al. propunxeron la implementación de heterostructuras formaes por capes bien delgaes de distintos materiales, dando llugar a lo que se conoz como inxeniería y diseñu de bandes d'enerxía en materiales semiconductores. La heteroestructura de pequeñes dimensiones más básica ye'l pozu cuánticu (Quantum Well, QW). Consiste nuna capa delgada d'un determináu semiconductor, del orde de 100Å, confinada ente dos capes d'otru material semiconductor carauterizáu por una mayor anchor de la banda d'enerxía prohibida (bandgap, BG). Por cuenta de les pequeñes dimensiones del pozu de potencial acomuñáu a esta estructura, el portadores ven acutáu'l so movimientu a un planu perpendicular a la direición de crecedera. Los diodos laser con QWs na zona activa supóníen grandes ventayes, como por casu la capacidá d'escoyer el llonxitú d'onda d'emisión en función del anchor del pozu o l'amenorgamientu de la corriente estragal, esto postreru rellacionáu cola densidá d'estaos resultancia del confinamientu nun planu.
Phaius tankervilleae
Taxonomía
Phaius tankarvilleae describióse por (Banks) Blume y espublizóse en Museum Botanicum 2: 177. 1856. Phaius: nome xenéricu que provién de la llatinización de la pallabra griega: φαιός (phaiós) que significa "escuru", "marrón"; en referencia al color de les flores.
tankarvilleae: epítetu dau n'honor de la Condesa Tankerville.
Led
Ledes de puntos cuánticos
A toos estes meyores fuéronse asocediendo de manera natural otros como l'estudiu de los sistemes con confinamientu en tres dimensiones, ye dicir los puntos cuánticos (QDs). Asina, los QDs pueden definise como sistemes artificiales de tamañu bien pequeñu, dende delles decenes de nanómetros a delles micres nos que los portadores atópense confinaos nos trés direiciones del espaciu tridimensional (por eso llámase cero-dimensional), nuna rexón del espaciu más pequeña que'l so llonxitú d'onda de de Broglie.
Cuando'l tamañu del material semiconductor que constitúi'l puntu cuánticu atópase dientro de la escala nanométrica, esti material presenta un comportamientu que difier del reparáu pal mesmu a escala macroscópica o pa los átomos individuales que los conformen. Los electrones nel nanomaterial atópense acutaos a movese nuna rexón bien pequeña del espaciu y dizse que tán confinaos. Cuando esta rexón ye tan pequeña que ye comparable al llonxitú d'onda acomuñada al electrón (el llargor de De Broglie), entós empieza a reparase lo que se denomina comportamientu cuánticu. Nestos sistemes, les sos propiedaes físiques nun s'espliquen con conceutos clásicos sinón que s'espliquen por aciu los conceutos de la mecánica cuántica. Por casu, la enerxía potencial mínima d'un electrón confináu dientro d'una nanoparticula ye mayor que la esperada en física clásica y los niveles d'enerxía de los sos distintos estaos electrónicos son discretos. Debíu al confinamientu cuánticu, el tamañu de la partícula tien un efeutu fundamental sobre la densidá d'estaos electrónicos y pollo, sobre la so respuesta óptica. El confinamientu cuánticu produzse cuando'l tamañu de les partícules amenorgóse hasta averase al radiu del excitón de Bohr (xenerándose nel material semiconductor un par electrón-buecu o excitón) quedando confináu nun espaciu bien amenorgáu. De resultes, la estructura de los niveles enerxéticos y les propiedaes ópticu y llétricu del material modifíquense considerablemente. Los niveles d'enerxía pasen a ser discretos y finitos, y dependen fuertemente del tamañu de la nanopartícula.
Usualmente tán fabricaos con material semiconductor y pueden allugar dende nengún a dellos miles d'electrones. Los electrones que tán dientro del puntu cuánticu se repelen, cuesta enerxía introducir electrones adicionales, y obedecen el principiu d'esclusión de Pauli, que prohibe que dos electrones ocupen el mesmu estáu cuánticu simultáneamente. Arriendes d'ello, los electrones nun puntu cuánticu formen órbites d'una manera bien similar a les de los átomos y en dellos casos denominar átomos artificiales. Tamién presenten comportamientos electrónicos y ópticos similares a los átomos. La so aplicación puede resultar bien diversa, amás d'en optoelectrónica y óptica, na computación cuántica, nel almacenamientu d'información pa ordenadores tradicionales, en bioloxía y en medicina.
Les propiedaes óptiques y de confinamientu cuánticu del puntu cuánticu dexen que'l so color d'emisión pueda afaese dende'l visible al infrarroxu. Los ledes de puntos cuánticos pueden producir casi tolos colores de la diagramaCIE. Amás, apurren más opciones de color y una meyor representación del mesmu que los ledes blancos comentaos nes seiciones anteriores, una y bones l'espectru d'emisión ye muncho más estrechu, lo que ye carauterísticu de los estaos cuánticos confinaos.
Esisten dos procedimientos pa la escitación de los QD. Unu utiliza la fotoexcitación con una fonte de lluz primario de led (pa ello utilícense davezu los ledes azules o UV). L'otru procedimientu utiliza la escitación llétrica direuta demostrada per primer vegada por Alivisatos et al.