O dispositivo e o princípio de operação do LED
Nas lâmpadas incandescentes, a luz vem de um filamento de tungstênio quente para branco, essencialmente do calor. Como brasas incandescentes em uma fornalha, aquecidas pelo efeito de aquecimento de uma corrente elétrica, quando os elétrons oscilam rapidamente e colidem com os nós da rede cristalina de um metal condutor, ao mesmo tempo emitindo luz visível, que, no entanto, representa apenas menos mais de 15% do total de energia elétrica consumida que alimenta a lâmpada...
Os LEDs, ao contrário das lâmpadas incandescentes, emitem luz não pelo calor, mas pela peculiaridade de seu design, que visa principalmente garantir que a energia atual vá justamente para a emissão de luz, em um determinado comprimento de onda. Como resultado, a eficiência do LED como fonte de luz excede 50%.
A corrente flui aqui através da junção p-n, enquanto na transição ocorre uma recombinação de elétrons e buracos com a emissão de fótons (quanta) de luz visível de certa frequência e, portanto, de certa cor.
Cada LED é organizado basicamente da seguinte maneira.Primeiro, como observado acima, há uma junção elétron-buraco, que consiste em semicondutores do tipo p (a maioria dos portadores de corrente são buracos) e semicondutores do tipo n que estão em contato uns com os outros (mais a maioria dos portadores de corrente são elétrons).
Quando a corrente é transmitida na direção direta através desta junção, no ponto de contato de semicondutores de dois tipos opostos, ocorre uma transição de carga (os portadores de carga saltam entre os níveis de energia) de uma região de um tipo de condutividade para uma região de um diferentes tipos de condutividade.
Nesse caso, os elétrons com sua carga negativa se combinam com íons de buracos carregados positivamente. Nesse momento nascem os fótons de luz, cuja frequência é proporcional à diferença dos níveis de energia dos átomos (a altura da barreira de potencial) entre as substâncias dos dois lados da transição.
Estruturalmente, os LEDs vêm em uma variedade de formas. A forma mais simples é um corpo de cinco milímetros — uma lente. Esses LEDs geralmente podem ser encontrados como LEDs indicadores em vários eletrodomésticos. Na parte superior, a carcaça do LED tem o formato de uma lente. Um refletor parabólico (refletor) é instalado na parte inferior do invólucro.
No refletor está um cristal que emite luz no ponto onde a corrente passa pela junção pn. Do cátodo - para o ânodo, do refletor - na direção do fio fino, os elétrons se movem através do cubo - o cristal.
Este cristal semicondutor é o elemento principal do LED. Aqui tem 0,3 por 0,3 por 0,25 mm de tamanho. O cristal é conectado ao ânodo por uma ponte de fio fino.O corpo de polímero é ao mesmo tempo uma lente transparente que focaliza a luz em uma determinada direção, obtendo assim um ângulo limitado de divergência do feixe de luz.
Hoje, os LEDs vêm em todas as cores do arco-íris, do ultravioleta e branco ao vermelho e infravermelho. As mais comuns são as cores de LED vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e branco. E a cor do glitter aqui não é determinada pela cor da caixa!
A cor depende do comprimento de onda dos fótons emitidos pela junção pn. Por exemplo, a cor vermelha de um LED vermelho tem um comprimento de onda característico de 610 a 760 nm. O comprimento de onda, por sua vez, depende do material que foi utilizado na fabricação de determinada peça semicondutor para este LED Assim, para obter uma cor de vermelho para amarelo, são usadas impurezas de alumínio, índio, gálio e fósforo.
Para obter cores do verde ao azul — nitrogênio, gálio, índio. Para obter uma cor branca, um fósforo especial é adicionado ao cristal, que transforma a cor azul em branco com a ajuda fenômenos de fotoluminescência.
Veja também: Por que o LED deve ser conectado através de um resistor