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La gente entendió los conceptos básicos de los materiales semiconductores que pueden producir luz hace 50 años, y el primer diodo comercial se produjo en 1960. LED es la abreviatura de diodo emisor de luz en inglés. Su estructura básica es una pieza de material semiconductor electroluminiscente, colocada en un estante con plomo y luego sellada con resina epoxi para proteger la función del núcleo interno, por lo que el LED tiene buena resistencia a los terremotos. . La parte central del diodo emisor de luz es una oblea compuesta de semiconductores de tipo p y semiconductores de tipo n. Hay una capa de transición entre el semiconductor de tipo p y el semiconductor de tipo n, llamada unión pn. En la unión PN de algunos materiales semiconductores, cuando los portadores minoritarios inyectados se recombinan con los portadores mayoritarios, el exceso de energía se libera en forma de luz, convirtiendo así directamente la energía eléctrica en energía luminosa. Cuando se aplica un voltaje inverso a la unión PN, es difícil inyectar portadores minoritarios, por lo que no emite luz. Este tipo de diodo fabricado según el principio de electroluminiscencia por inyección se denomina diodo emisor de luz, comúnmente conocido como LED. Cuando está en el estado de funcionamiento directo (es decir, se aplica voltaje directo a ambos extremos), cuando la corriente fluye desde el ánodo del LED al cátodo, el cristal semiconductor emite luz de diferentes colores, desde ultravioleta hasta infrarrojos. La luz está relacionada con la corriente. 2. Características de la fuente de luz LED 1. Voltaje: El LED utiliza una fuente de alimentación de bajo voltaje y el voltaje de la fuente de alimentación está entre 6 y 24 V, que varía según los diferentes productos. Por lo tanto, es una fuente de alimentación más segura que la de alto voltaje. Fuente de alimentación, especialmente adecuada para uso público. 2. Eficiencia: El consumo de energía es un 80% menor que el de las lámparas incandescentes con la misma eficiencia lumínica. 3. Aplicabilidad: Cada unidad de chip LED tiene un cuadrado de 3 a 5 mm, por lo que se puede preparar en dispositivos de varias formas y es adecuado. para entorno variable 4. Estabilidad: 100.000 horas, la caída de la luz es la inicial 50 5. Tiempo de respuesta: el tiempo de respuesta de la lámpara incandescente es de milisegundos y el tiempo de respuesta de la lámpara LED es de nanosegundos 6. Contaminación ambiental: sin metales nocivos Mercurio 7. Color: cambiar la corriente puede cambiar de color. Los diodos emisores de luz pueden ajustar fácilmente la estructura de la banda de energía y la banda prohibida del material mediante métodos de modificación química para lograr una emisión de luz multicolor de rojo, amarillo, verde, azul y naranja. . Por ejemplo, un LED que es rojo cuando la corriente es pequeña puede volverse naranja, amarillo y finalmente verde a medida que aumenta la corriente. 8. Precio: Los LED son relativamente caros en comparación con las lámparas incandescentes, el precio de unos pocos LED puede ser. El precio de una lámpara incandescente es aproximadamente el mismo y, por lo general, cada conjunto de luces de señalización debe estar compuesto por entre 300 y 500 diodos. 3. Tipos de LED de luz monocromática y su historia de desarrollo La primera fuente de luz LED fabricada aplicando el principio de luminiscencia de la unión P-N del semiconductor apareció a principios de los años 1960. El material utilizado en ese momento era GaAsP, que emite luz roja (λp = 650 nm). Cuando la corriente de conducción es de 20 mA, el flujo luminoso es de sólo unas pocas milésimas de lumen y la eficiencia luminosa correspondiente es de aproximadamente 0,1 lúmenes/vatio. . A mediados de la década de 1970, se introdujeron los elementos In y N para permitir que los LED produjeran luz verde (λp=555 nm), luz amarilla (λp=590 nm) y luz naranja (λp=610 nm), y la eficiencia de la luz también se incrementó a 1 lúmenes/vatio. A principios de la década de 1980, aparecieron las fuentes de luz LED de GaAlAs, consiguiendo que la eficiencia luminosa de los LED rojos alcanzara los 10 lúmenes/vatio. A principios de la década de 1990, se desarrollaron con éxito dos nuevos materiales, GaAlInP, que emite luz roja y amarilla, y GaInN, que emite luz verde y azul, que mejoraron enormemente la eficiencia luminosa de los LED. En 2000, la eficiencia luminosa de los LED fabricados por los primeros alcanzó los 100 lúmenes/vatio en las zonas roja y naranja (λp=615 nm), mientras que la eficiencia luminosa de los LED fabricados por los segundos en la zona verde (λp=530 nm) podría alcanzar 50 lúmenes/vatio. 4. Aplicación de LED monocromáticos Inicialmente, los LED se utilizaban como fuentes de luz indicadoras para instrumentos y medidores. Posteriormente, los LED de varios colores de luz se utilizaron ampliamente en semáforos y pantallas de visualización de gran superficie, generando buenos beneficios económicos y sociales. Tomemos como ejemplo un semáforo en rojo de 12 pulgadas. En los Estados Unidos, se utiliza como fuente de luz una lámpara incandescente de 140 vatios de larga duración y baja eficiencia, que produce 2000 lúmenes de luz blanca. Tras pasar por el filtro rojo, la luz se pierde en un 90%, quedando sólo 200 lúmenes de luz roja.
En la lámpara de nuevo diseño, Lumileds utiliza 18 fuentes de luz LED rojas, que consumen un total de 14 vatios de potencia, incluidas las pérdidas del circuito, para producir el mismo efecto de luz. Las luces de señalización automotrices también son un área importante para las aplicaciones de fuentes de luz LED. En 1987, China comenzó a instalar luces de freno elevadas en los automóviles. Debido a la rápida velocidad de respuesta de los LED (nivel de nanosegundos), los conductores de los vehículos que los siguen pueden conocer las condiciones de conducción con anticipación y reducir la ocurrencia de colisiones traseras. Además, las luces LED se han utilizado en pantallas a todo color rojas, verdes y azules para exteriores, microlinternas tipo llavero y otros campos. 5. Desarrollo de LED de luz blanca Para la iluminación general, las personas necesitan fuentes de luz blanca. En 1998 se desarrolló con éxito el LED que emite luz blanca. Este tipo de LED se fabrica empaquetando chips de GaN y granate de itrio y aluminio (YAG). El chip GaN emite luz azul (λp=465 nm, Wd=30 nm), y el fósforo YAG que contiene Ce3 elaborado mediante sinterización a alta temperatura emite luz amarilla después de ser excitado por la luz azul, con un valor máximo de 550 nm. El sustrato LED azul se instala en una cavidad reflectante en forma de cuenco y se cubre con una fina capa de resina mezclada con YAG, de aproximadamente 200-500 nm. Parte de la luz azul emitida por el sustrato LED es absorbida por el fósforo y la otra parte de la luz azul se mezcla con la luz amarilla emitida por el fósforo para obtener luz blanca. Ahora, para los LED blancos InGaN/YAG, al cambiar la composición química del fósforo YAG y ajustar el espesor de la capa de fósforo, se puede obtener luz blanca de varios colores con una temperatura de color de 3500-10000K.