¿Qué son los diodos emisores de luz que conforman el funcionamiento de un reflector LED?

Hola, bienvenido una ocasión más al sitio web de Foss México. Como sabes, somos una empresa enfocada a la venta y promoción de luminarias más amigables con el medio y con el ahorro económico de miles de familias. En esta ocasión queremos ahondar en tema del funcionamiento de los diodos de luz que integran muchos de los artículos que en Foss México ofertamos como, por ejemplo, el reflector LED. Así que, quédate con nosotros en la explicación del tema a continuación.

Un nuevo tipo de dispositivo para la iluminación se extiende por el mundo: el reflector LED. En realidad, no es un dispositivo muy nuevo, de alguna forma u otra todas las personas lo usan desde hace décadas, lo realmente novedoso es haber logrado una mayor potencia de emisión y, además, haber conseguido que proporcione luz blanca.

Primeramente, ¿a qué se le denomina diodo emisor de luz o LED? El LED es un diodo convencional que permite pasar en un sólo sentido la corriente, o bien, no la deja pasar en el sentido contrario. La abreviación LED proviene de la expresión en inglés Ligth-Emitting Diode que, a su vez, es acrónimo de Ligth-Emitting Device.

Su ventaja radica en que consume menos energía que las lámparas incandescentes tradicionales, ya que a éstas segundas hay que calentarlas para que emitan luz, por lo que se desperdicia mucha energía en forma de calor, aunado a que los materiales sufren a temperaturas muy altas.

En los últimos tiempos, se han popularizado varios tipos de lámparas de bajo consumo energético, entre ellas el reflector LED. Las primeras lámparas de bajo consumo que reemplazaron a las incandescentes eran de tipo fluorescente y contenían gases en su interior. Por su parte, los ledes están formados íntegramente por elementos sólidos y pueden hacerse muy pequeños, además de que estos pueden ser controlados de forma inteligente, lo que hace posibles nuevas aplicaciones tales como la generación de cualquier espectro luminoso visible bajo demanda, la optimización de costes energéticos y la transmisión de información, a lo que se conoce de forma general como “iluminación inteligente”.

La estructura básica de un LED era una unión PN formada por determinados materiales semiconductores. En la unión PN existen dos portadores de carga en los semiconductores: electrones y huecos, es decir, una unión PN es una estructura que en determinadas condiciones puede separar espacialmente electrones y huecos, bajo polarización directa, que consiste en la aplicación de un voltaje más alto en el P que en el material N.

De esta forma, una corriente neta fluye a través de la estructura, favoreciendo que los electrones y huecos se encuentren en la misma región de espacio. Este proceso se conoce como inyección de portadores. Así pues, cuando hay muchos electrones y huecos en la misma región del espacio, más de los que corresponden a sus valores de equilibrio, se favorece la recombinación de portadores y se emite energía.

En los semiconductores, los electrones libres siempre tienen energías más altas que los electrones que se encuentran en los enlaces entre los átomos. La banda de conducción es el rango de valores de energía que pueden tener los electrones libres, y la banda de valencia son los valores de energía que pueden tener los electrones de los enlaces. Dado que los huecos son ausencia de electrones en los enlaces atómicos, los huecos tienen energías correspondientes a la banda de valencia. No puede haber electrones en el semiconductor con energías entre ambas bandas, por lo tanto, este intervalo se llama “banda prohibida”.

Cuando un electrón libre se recombina con un hueco en la “banda de valencia”, el electrón libre termina ocupando un enlace en la estructura, eliminando el estado vacío en el enlace. En este proceso el electrón libera energía en forma de calor o como radiación electromagnética.

Para hacer más eficaz la recombinación radiativa, la unión PN se sustituye por una heteroestructura en la cual se inserta una zona activa formada por varias capas delgadas de materiales de distinto ancho de banda prohibida. El ancho de banda prohibida en algunas capas es menor que en los alrededores. Los electrones tienden a ocupar los niveles de energía más bajos disponibles en estas capas, por lo que esa región se convierte en una especie de pozo para los electrones, lo que les permite tener energías más bajas en éste que en los alrededores. Una vez que estos se encuentran en el interior, es relativamente poco probable que escapen, ello porque necesitan energía.

En cuanto a los huecos, considerados como la ausencia de electrones, su comportamiento es el opuesto. Con esta estructura se consigue llevar electrones y huecos a la misma zona del espacio, lo que permite un aumento en la probabilidad o tasa de recombinación radiativa. Por su parte, la región intermedia está diseñada para conseguir una alta concentración de electrones y huecos en ella, dado que en esta situación se emitiría más radiación. Así es como los ledes consiguen una mejor eficiencia energética, dado que convierten en luz una mayor parte de la energía eléctrica suministrada.

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