En nuestra vida diaria, aparte de la cálida luz del sol, Las luces LED se han convertido en la principal fuente de iluminación. Desde las pantallas de los móviles que nos acompañan en todo momento hasta la acogedora y confortable iluminación del hogar, y luego a las deslumbrantes luces de neón que adornan las ciudades por la noche, Las luces LED cautivan a las personas con su encanto único. Entonces, ¿Por qué exactamente las luces LED pueden emitir luz?, ¿Y cómo pueden mostrar una gama tan rica de colores como el blanco?, verde, azul, y rojo? ¿Qué misterios científicos se esconden detrás de este fenómeno?? Profundicemos y exploremos juntos.
¿Por qué los LED pueden emitir luz??
Un LED es en realidad un diodo emisor de luz., que está hecho de materiales semiconductores. El principio detrás de la capacidad de un LED para emitir luz se basa en su estructura única de bandas de energía y el proceso de recombinación de portadores..
Los materiales semiconductores son cristales de alta calidad en los que los átomos se disponen periódicamente en el espacio.. Cada átomo consta de un núcleo cargado positivamente y electrones cargados negativamente.. Dado que un cristal contiene una gran cantidad de átomos., Estos átomos interactúan entre sí.. Esta interacción periódica forma bandas de energía dentro del cristal., y hay numerosas bandas de energía presentes. Cada banda de energía proporciona muchas posiciones para que las ocupen los electrones., y la distribución de electrones dentro de una banda de energía progresa desde las posiciones de menor energía hacia aquellas con mayor energía..
Dentro de las bandas de energía de un cristal., Algunos están ocupados por electrones mientras que otros no.. Entre las bandas energéticas ocupadas, el que tiene mayor energía, si sólo está parcialmente lleno de electrones, se conoce como banda de conducción. Los electrones en la banda de conducción residen en niveles de energía relativamente altos y poseen suficiente energía para moverse libremente., formando así una corriente eléctrica. En cambio, si esta banda de energía está completamente llena de electrones, se llama banda de valencia. Los electrones en la banda de valencia tienen niveles de energía más bajos., y su energía es insuficiente para permitirles moverse libremente. Existe una cierta brecha de energía entre la parte superior de la banda de valencia y la parte inferior de la banda de conducción., Conocida como banda prohibida o banda prohibida.. Los electrones no pueden residir en esta región., aunque pueden atravesarlo.
Cuando se aplica un voltaje externo, Algunos electrones de la banda de valencia pueden excitarse a la banda de conducción., formando portadores de carga que se mueven libremente. Mientras tanto, en la banda de valencia originalmente totalmente ocupada, La ausencia de algunos electrones deja posiciones vacantes., a los que nos referimos como agujeros. Los procesos de movimiento y recombinación de estos portadores de carga dentro del material semiconductor son cruciales para lograr la emisión de luz..
Un LED es un diodo emisor de luz., que consta de una estructura de diodo con una unión PN formada mediante la combinación de semiconductores tipo P y tipo N. Cuando colocamos los semiconductores tipo P y tipo N juntos, incluso sin conectarlos a un circuito, Algunos electrones se difundirán desde el semiconductor tipo N al semiconductor tipo P y caerán en los agujeros del material tipo P.. Esto hace que el semiconductor tipo P adquiera una ligera carga negativa., mientras que el semiconductor tipo N adquiere una carga ligeramente positiva, dando como resultado la formación de un campo eléctrico interno, conocida como unión PN. Dentro del cruce PN, cuando los electrones encuentran agujeros, Los electrones de la banda de conducción saltarán a los huecos de la banda de valencia.. Durante este proceso de recombinación de huecos de electrones, La energía se libera en forma de luz.. Este es el principio fundamental detrás de cómo los LED emiten luz.
Las luces LED emiten luz de diferentes colores.
El nivel de energía involucrado en el proceso de emisión de luz está relacionado con la estructura de bandas de energía del material semiconductor.. Diferentes materiales y estructuras de bandas de energía dan como resultado diferentes longitudes de onda y colores de emisión.. Específicamente:
Transición electrónica y diferencia de energía
Cuando un electrón pasa de un orbital de mayor energía a un orbital de menor energía, Libera energía que se propaga en forma de ondas electromagnéticas.. La diferencia de energía liberada durante las transiciones electrónicas varía entre los diferentes elementos., correspondiente a luz de diferentes longitudes de onda. Cuanto mayor sea la energía, cuanto más corta es la longitud de onda. en el espectro, La energía requerida aumenta de izquierda a derecha.. Por eso se inventaron primero los LED rojos, ya que requieren la menor cantidad de energía, seguido de verde, y luego azul. Esta es también la razón por la que la invención de los LED azules fue un desafío, ya que la luz azul requiere más energía.
Longitudes de onda de 400-500 Los nanómetros corresponden a la luz azul., 500-600 nanómetros en luz verde, y 600-700 nanómetros en luz roja.
Selección de materiales y control de color.
La unión PN dentro de un LED generalmente está compuesta de compuestos como el fosfuro de arseniuro de galio.. Cuando se utilizan diferentes materiales, las longitudes de onda de la luz emitida tras la electrificación varían. Por lo tanto, simplemente cambiando el material de la unión PN interna, Se pueden producir diodos emisores de luz de diferentes colores..
LED azul: Cuando se utiliza nitruro de galio como material semiconductor, la energía de transición electrónica es relativamente alta, liberando luz con una longitud de onda de aproximadamente 460 nanómetros, que aparece azul. Este es el principio detrás de la emisión de LED azules.
LED verde: Cuando se utiliza fosfuro de galio, la luz emitida tiene una longitud de onda de aproximadamente 560 nanómetros, presentando un color verde. Esto explica el mecanismo de emisión de los LED verdes..
LED rojo: Arseniuro de galio, por otro lado, emite luz con una longitud de onda de aproximadamente 660 nanómetros, apareciendo rojo. Este es el principio que subyace a la emisión de LED rojos.
Para producir luz blanca con LED, también conocidos como LED blancos, Se requieren diseños adicionales.. Un método consiste en combinar diodos emisores de luz de diferentes colores para crear un efecto de luz blanca.. Otro enfoque utiliza un LED azul recubierto con fósforo.. La luz azul emitida por el LED ilumina el fósforo., convertir una porción de la luz azul en otros colores de luz. El efecto final aparece como luz blanca..
A través de la introducción detallada anterior sobre el principio de emisión de luz de los LED y los mecanismos detrás de su emisión de diferentes colores., Creo que ahora todo el mundo tiene un conocimiento más profundo de los LED.. Con continuos avances tecnológicos, Las aplicaciones de los LED en diversos campos, como la iluminación y las pantallas, serán aún más generalizadas y notables..
