COLOMBIA LEDS | Que Son los LED? Que es la Tecnologia LED?
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LA CIENCIA Y LA TECNOLOGÍA
DETRÁS DE LOS LED


Esta es una traducción de la definición de LED en Wikipedia, puedes leer el texto original aqui:

http://en.wikipedia.org/wiki/LED

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Física

Los LED consiten de un chip de material semiconductor dopado con impurezas para crear una unión p-n. Como en otros diodos, la corriente fluye fácilemnte desde el lado-p, o ánodo, al lado-n, o cátodo, pero no en la otra dirección. Los agujeros y electrones portadores de carga fluyen en la unión de los electodos con diferentes voltajes. Cuando un electrón encuentra un agujero, cae en un nivel de energía inferior, y libera energía en la forma de un fotón.

La longitud de onda de la luz emitida, y por lo tanto su color depende de la brecha de energía entre los materiales formando la unión p-n. En diodos de silicio o germanio, los electrones y los agujeros se recombinan por una transición no radiativa, lo que no produce emisiones ópticas, por que estos son materiales de brecha indidrecta. Los materiales usados por los LED tienen una brecha directa con energías correspondiendo al luz cerca al infrarojo, visible o cerca al ultravioleta.

El desarrollo de los LED empezó con dispositivos infrarojos y rojos con areseniuro de galio. Avances en la ciencia de los materiales han permitido la fabricación de dispositivos con longitudes de onda cada vez más cortas, emitiendo luz en una variedad de colores.

Los LEDs son usualmente construidos en un substrato tipo-n, con un electrodo adjunto a la capa tipo-p depositada en su superficie. Los substratos tipo-p, menos comunes, también pueden ocurrir. Muchos LEDs comerciales especialmente los GaN/InGaN, también usan un substrato de zafiro.

La mayoría de los materiales usados para la producción de LEDs tienen indices de refracción muy altos. Esto significa que mucho luz será reflejada denuevo hacia el material en la interface de la superfice del material con el aire. Por lo tanto, la extracción de la luz en los LEDs es un aspecto oimportante de su producción, y esta sujeto a mucha investigación y desarrollo.

Índice de Refracción

Semiconductores desnudos y sin revestimiento como el silicio exhiben un muy alto índice de refracción relativo al aire. lo que previene el paso de fotonoes en ángulos agudos relativos a la superficie del semiconductor que tiene contacto con el aire. Esta propiedad afecta ambos la eficiencia de la emisión de luz de los LEDs como también la eficiencia de la absorción de luz de las celdas foto-voltáicas. El indice de refracción del silicio es 4.24, mientras el del aire es 1.0002926.

En general, la superficie plana y sin revestimiento del chip semiconductor de un LED emitirá luz solo perpendicularmente a la superficie del semiconductor, y unos pocos grados hacia los lados, en una forma cónica a la que se refiere como cono de luz, o cono de escape. El angulo de incidencia máximo es referido como el ángulo crítico. Cuando este ángulo es excedido, los fotones ya no pueden penetrar el semiconductor pero en lugar son reflejados tanto internamente dentro del cristal semiconductor como externamente sobre la superficie del cristal como si esta fuera un espejo.

Las reflexiones internas pueden escapar a travez de otras caras cristalinas, si el ángulo de incidencia es suficientemente bajo y el cristal es suficientemente transparete para no reabsorver la emision de fotones. Pero para un simple LED cuadrado con superficies a 90 grados en todos los lados, todas las caras actúan como espejos angulares iguales. En este caso la luz no puede escapar y se pierde como desperdicio de calor en el cristal.

Una superficie de un chip complejo con facetas anguladas similares a una joya o un lente fresnel puede incrementar la salida de luz permitiendo que la luz sea emitida perpendicular a la superfice del chip mientras este lejos de los lados del punto de emisión de fotones.

La forma ideal de un semiconductor con la máxima salida de luz sería una microesfera con emisión de fotones ocurriendo en el centro exacto, con electrodos penetrando al centro para hacer contacto en el punto de emisión. Todos los rayos de luz emanando desde el centro sería perpendiculares a la superficie entera de la esfera resultando en reflecciones internas nulas. Un semiconductor hemisférico también funcionaría, con una superficie posterior plana sirviendo como un espejo para los fotones dispersos hacia atrás.

Recubrimientos de Transición

Muchos chips semiconductores de los LED son colocados en una envoltura de plástico moldeado de color o claro. La envoltura plástica tiene tres propósitos:

1. Montar el chip semiconductor en dispositivos es mas fácil de lograr.
2. El diminuto y frágil alambrado eléctrico es físicamente soportado y protegido de daño.
3. El plástico actua como un intermediario refractivo entre el indice relativamente alto del semiconductor y el indice bajo del aire.

La tercera característica ayuda a impulsar la emisión de luz del semiconductor actuando como un lente difusor, permitiendo que la luz sea emitida a un ángulo de incidencia mucho más alto al que el del chip desnudo es capaz de emitir por si solo.

Eficiencia y parametros Operacionales.

Los LEDs indicadores típicos son diseñados para operar con no mas de 30-60 millivatios (mW) de potencia eléctrica. Alrededor de 1999, Lumileds de Philips introducjo los LEDs de potencia capaces de un uso continuo a un vatio. Estos LEDs usaron matrices de semiconductores mucho mas grandes para manejar las potencias de entrada superiores. También, las matrices de semiconductores fueron montadas en planchas metálicas para permitir la remoción de calor del material semiconductor.

Una de las ventajas de las fuentes de iluminación basadas en LEDs es su alta eficacia luminosa. Los LEDs blancos rápidamente igularon y sobrepasaron las eficacias de los sistemas incandescentes estándar. En 2002 Lumileds hizo LEDs de 5W disponible con una eficacia luminosa de 18-22 lúmenes por Vatio (lm/W). Para comparación, una bombilla incandescente de 60 a 100Vatios emite cerca de 15 lm/W, y las luces fluorescentes emiten hasta lm/W. Un problema recurrente es que esa eficacia cae rápidamente con el incrementeo de la corriente. Este efecto es conocido como cída y efecitvamente limita la salida de luz de un LED dado, incrementando la temperatura mas que la salida de luz por la correinte elevada.

En Septiembre de 2003, un nuevo tipo de LED azul fue demostrado por la compañía CREE INC. que proveía 24mW a 20 miliamperios(mA). Esto produjo un paquete comercial de luz blanca dando 65lm/W a 20mA, llegando a ser el LED blanco más brillante comercialmente disponible en ese momento, y más de cuatro veces la eficiencia de los incandescentes normales. En 2006, ellos demostraron un prototipo de LED con un record de eficacia lumínica de 131 lm/W a 20mA. La Corporación Nichia ha desarrollado un LED Blanco con una Eficacia de 150lm/W a una corriente directa de 20mA. Los LEDs XLamp XM-L, comercialemnte disponibles en 2011, producen 100 lúmenes por Vateio a su potencia máxima de 10 vatios, y hasta 160 lúmenes/vatio a alrededor de 2 vatios de potencia de entrada.

La iluminación general práctica necesita LEDs de alta potencia, de un vatio o más. Las corrientes de operación típicas para tales dispositivos comienzan en 350mA.

Note que estas eficiencias son para chips de los LED solamente, sostenidos a baja temperatura en un laboratorio. La iluminación trabaja a mayores temperaturas y con pérdidas en los circuitos que administran la corriente a los LEDs, asi que las eficiencias son mucho más bajas. Las pruebas hechas por el departamento de energía de los Estados Unidos (DOE) a las bombillas LED comerciales diseñadas para reemplazar bombillas incandescentes o CFLs mostraron que la eficacia promedio estaba aún alrededor de los 46lm/W en 2009 (el desempeño probado estuvo entre los 17lm/W a los 79lm/W).

CREE emitió un comunicado de prensa el 3 de Febrero de 2010 acerca del LED prototipo de laboratorio alcanzando 208 lúmenes por Vatio a temperatura ambiente. La temperatura de color correlacionada reportada fue 4579K.

*Vida útil y fallas. Los dispositivos de estado sólido como los LEDs estan sujetos a un daño y desgaste muy limiatado si son operados a bajas correntes y a bajas temperaturas. Muchos de los LEDs hechos en los 1970s y 1980s estan todavía en servicio hoy en día. Los tiempos de vida útil típicos citados estan desde 25000 a 100000 horas, pero las configuraciones de corriente y temperatura pueden extender o acortar este tiempo significantemente.

Los síntomas más comunes de falla de los LED (y los diodos laser) es la disminución gradual de la salida de luz y perdida de la eficacia. Fallas repentinas, aunque raras, pueden ocurrir también. Los primeros LED rojos fueron notables por su corta vida util. Con el desarrollo de los LEDs de alta potencia los dispositivos fuero sujeto de temperaturas de unión mayores y densidades de corriente mas altas que los dispositivos tradicionales. Esto causa estrés en el material y puede causar degradación temprana de la salida de luz. Para clasificar cuantitativamente la vida útil de una manera estandarizada se ha sugerido usar los términos L75 y L50, los cuales son el tiempo que le tomará a cierto LED alcanzar el 75% y el 50% de la salida total de luz respectivamente.

Como otros dispositivos de iluminación, el desempeño de lso LED depende de la temperatura. La mayoría de las tasaciones quee los fabricantes publican de los LEDs son para una temperatura de operación de 25 grados centígrados. Los LEDs usados en exterior, como señales de tráfico o luces de señalizacion en el pavimento, y las utilizadas en climas donde la temperatura dentro de la luminaria se vuelve muy caliente, pueden resultar en señales de baja intensidad o incluso falla.

La salida de luz de los LED se eleva a temperaturas mas bajas, nivelándose dependiendo del tipo a alrededor de -30 grados Centigrados. Por esto la tecnología LED puede ser un buen reemplazo en usos tales como en iluminación de neveras de supermercados donde durará más que cualquier otra tecnología. Como los LEDs emiten menos calor que las bombillas incandescentes, ellos son una tecnología energéticamente eficiente para usos tales como las neveras. Sin embargo, como emiten poco calor, el hielo o nieve se pueden acumular en la luminarria en climas más fríos. Se ha observado que esta falta de generación de calor puede generar algunas veces problemas significativos con las señales de tránsito y las señales luminosas de las pistas de los aeropuertos en áreas donde cae nieve, sin embargo algunas investigaciones han sido hechas para tratar de desarrollar tecnologías de discipación de calor para trnasferir la temperatora a otras áreas de la luminaria. *Colores y materiales Los LEDs convencionales están hechos de una ariedad de materiales semiconductores inorgánicos, la siguiente tabla muestra los colores disponibles con un rango de longitudes de onda, voltaje, caida y material:

*************************** tabla ////////////////////////////

*Leds Azules y ultravioleta Los LEDs Azules brillante actules estan basadoes en semiconductores con una brecha amplia de GaN (Nitruro de Galio) y InGaN (Nitruro de Galio e Indio). Ellos pueden ser agregados a LEDs rojos y verdes existentes para producier la impresión de luz blanca, aunque los LEDs hoy rarramente usan este principio.

Los primeros LEDs azules que usaron nitruro de galio fueron hechos en 1971 por Jacques Pankove en los Laboratorios RCA. Estos dispositivos tenían muy poca salida de luz para ser de uso práctico y la investigación de los dispositivos de nitruro de galio desacelero. En agusoto de 1989, CREE INC. introdujo el primer LED azul comercialemnte disponible basado en un semiconductor de brecha indirecta, carburo de silicio. Los LED SiC tienen una eficienccia muy baja, no más de cerca del 0.03%, pero si emitían en la porción azul del espectro de luz visible.

A finales de los 1980s, avances clave en el crecimiento epitaxial de GaN y el dopado tipo-p marcaron el comienzo en la era moderna de los dispositivos optoelectrónicos basados en GaN. Construyendo sobre esta base, en 1993- LEDs azules de alto brillo fueron demostrados. La eficiencia (energía lumínica emitida vs. energía eléctrica usada) alcanzo el 10%. Los LEDs azules de alto brillo inventados por Shuji Nakamura de la Corporación Nichia usando nitruro de galio revolucionarion la iluminación LED, haciendo prácitas las fuentes de luz de alta potencia.

A finales de los 1990s, los LEDs azules se volvieron ampliamante disponibles. Ellos tienen una region activa consitente de uno o más pozos cuánticos de InGaN embevidos entro capas mas gruesas del GaN, llamadas capas de revestimiento. Variando la fracción relativa InN-GaN en los pozos cuánticos InGaN, la emisión de luz puede ser variada de la luz violeta a la ámbar. El AlGaN nitruro de alumnio y galio de una fracción variable AlN puede ser usada para fabricar el revestimiento y los pozos cuánticos para LEDs ultravioleta, pero estos dispositivos no han alcanzado el nivle de eficienca y madurez tecnológica de los dispositivos azul/verde de InGaN-GaN. Si las capas activas de pozos cuánticos son GaN, en lugar de una aleación de InGaN o AlGaN, los dispositivos emitirán luz cerca a la ultravioleta con longitudes de onda alrededor de 350-370nm. Los LEDs verdes hechos de sistemas InGaN-GaN son mucho más eficientes y más brillantes que los LEDs verdes producidos con sistemas de materiales sin nintruros.

Con nitruros conteniendo aluminio, a menudo ALGaN y ALGAlnN, incluso longitudes de onda son posibles. Los led ultravioleta en un rango de longitudes de onda estan disponibles en el mercad. Emisores cerca a UV con longitudes de onda de alrededero de 375-395nm ya son baratos y se encuentran a menudo, por ejemplo, como reemplazos para bombillas de luz negra para inspección de marcas de agua ultra violetas anti-falsificación en algunos documentos y papel moneda. Diodos de longitudes de onda mas cortas, aunque substancialmente mas costosos, estan comercialmente disponibles para longitudes de onda tan bajos como 247nm. Como la photosensibilidad de microorganismos aproximdamente iguala el espcetro de absorcion del ADN, con un pico a cerca de 254nm, los LED ultravioleta que emiten de 250-270nm son esperados en dispositivos de desinfección y esterlización. Estudios recientes han mostrado que LEDs UVA comercialemnte disponibles (365nm) ya son efectivos dispositivos de desinfección y esterilización.

Longitudes de onda ultravioleta profundas son obtenidas en laboratorios usina nitruro de aluminio (210nm), nitruro de boro (215nm), y diamante (235nm).
*Luz Blanca Hay dos formas principales de producir luz blanca de alta intensidad usando LEDs. Una es usar LEDs individuales que emiten tres colores primarios -rojos, verde y azul- y luego mezclarlos para formar luz blanca. El otro es usar un material fosforescente para convertir luz monocromática de un LED azul o ultravioleta a un espectro amplio de luz blanca, de una manera muy similar a como fucionan las bombillas fluorescentes.

Debido al metamerismo, es posible tener espectros muy diferentes que aparentan blanco. *Sistemas RGB La luz blanca puede ser formada mezclando luces de diferentes colores; el método más común es usar rojo, verde y azul (RGB por sus siglas en inglés). De allí que el método llamado LEDs blancos multicolores (se refiere a los LED RGB). Ya que estos requieren circuitos electrónicos para controlar la mezcla y difusión de diferentes colores, y por que los LEDs de color individual tienen típicamente patrones de emisión diferentes (llevando a la variacion del color dependiendo de la dirección) incluso si ellos estan hechos en una sola unidad, estos rara vez se utilizan para producir luz blanca. Sin embargo este método es particularmente interesante en muchos usos por la flexibilidad de mezclar diferentes colores, y, en prnicipio, este mecanismo tiene eficiencia cuantica más alta en producir luz blanca.

Hay varios tipos de LEDs blancos multicolor: LEDs blancos bi-, tri-, y tetra-cromáticos. Varios factores clave juegan dentro de estos diferentes métodos, incluyendo estabilidad del color, capacidad de reproducciíon de color, y eficacia luminosa. A menudo, eficiencia mayor significa menor reproducción de color, teniendo que elegir entre la eficiencia luminosa y el rendimiento de color. Por ejemplo, los LEDs blancos bicromáticos tienen la mejor eficacia luminosa (120lm/W), pero la capacidad de reproducción de color menor. Sin embargo, aunque los LEDs blancos tetracromáticos tienen excelente capacidad de reproducción de color, a menudo tienen una eficacia luminosa pobre. Los LEDs blancos tricromáticos estan en el medio, teniendo ambos buena eficacia luminosa (>70lm/W) y una reproducción de color buena.

LEDs Multicolor no solo ofrecen otro medio de formar luz blanca pero nuevos medios para formar luz de diferentes colores. La mayoría de los colores percibibles pueden ser formados mezclando diferentes cantidades de tres colores primarios. Esto permite un control de color dinámico muy preciso. Entre más esfuerzo es dedicado a investigar este método, los LEDs multi-color deben tener una influencia profunda en el método fundamental que nosotros usamos para producir y controlar el color de la luz. Como sea, antes de que este tipo de LED pueda jugar algun rol en el mercado, varios problemas técnicos necesitan solución. Estos incluyen que la potencia de la emisión de este tipo de LEDs decae exponencialmente con el incremento de la temperatura, resultando en un cambio sustancial de la estabilidad del color. Tales problemas inhiben y pueden impedir el uso industrial. Por lo tanto, muchos nuevos diseños de envase que apuntan a resolver este problema han sido propuestos y sus resultados estan siendo reproducidos ahora por investigadores y científicos. *LEDs basados en Fósforo. Este método involucra revestir LEDs de un color (mayormente azul hechos de InGaN) con fósforo de diferentes colores para formar luz blanca; los LEDs resultantes son llamados LEDs blancos basados en fósforo. Una Fracción de la luz Azul se somete al desplazamiento de Stokes siendo transformado de longitudes de onda mas cortas a más largas. Dependiendo del color del LED original, fósforos de diferentes colores pueden ser usados. Si varias capas de fósforos de distinto color son aplicados, el espectro emitido es ampliado, incrementando efectivamente el valor del indice de reproducción de color (CRI) de un LED dado.

Las pérdidas de eficiencia de los LEDs basados en fósforo se deben a la pérdida de calor del desplazamiento de Stokes y otros problemas de degradacion relacionados con el fósforo. Sus eficiencias comparadas con los LEDs normales son dependientes de la distribución espectral resultante de la salida de luz y la longitud de onda original del LED mismo. La eficiencia de un típico LED blanco convertido con fósforo amarillo basado en YAG oscila de 3 a 5 veces la eficiencia del LED azul original. Debido a la simplicidad de la fabricación el método del fósforo es el método más popular para hacer LEDs blancos de alta intensidad. Los diseños y producción de una fuente de luz o luminaria usando un emisor monocromo con conversión por fósforo es un método más simple y barato que el complejos sitema RGB, y la mayoría de los LEDs blancos de alta intensidad existentes en el mercado son fabricados usando conversión de luz por fósforo.

Entre los desafíos que se enfrentan para mejorar la eficiencia de las fuentes de luz blanca basadas en LED esta en el desarrollo de fósforos mas eficientes tanto como el desarrollo de LEDs verdes más eficientes. El máximo teórico para un LED verde está en 683 lúmenes por vatio pero hoy pocos LEDs verdes exceden apenas los 100 lúmenes por vatio. Hoy en día el fósforo más eficiente sigue siendo el fósforo YAG, con menos de un 10% de pérdida del desplazamiento de Stoke. Las pérdidas atribuibleas a las pérdidas ópticas debido a la re-absorción en el chip LED y en el revestimiento del LED mismo contribuyen típicamente a otra pérdida de eficiencia del 10% al 30%. Actualmente, en el desarrollo del área del fósforo para LED, mucho esfuerzo esta siendo invertido en optimizar estos dispositivos para una salida de luz y operación a mayores temperaturas. Por ejemplo, la eficiencia puede ser incrementada adaptando un mejor diseño del revestimiento o usando un tipo de fósforo más apto. El proceso de revestimiento de conformación es frecuentemente utilizado parra tratar el tema de espesor variable de fósforo.

Los LEDs blancos basados en fósforo encapsulan LEDs azul de InGaN en el interior recubierto por un epoxi de fósforo. Un material de fósforo amarillo es el cerio dopado con itrio aluminio granate (Ce3+:YAG).

Los LEDs blancos también pueden ser hechos revisitiendo LEDs cercanos al ultravioleta (NUV por sus siglas en inglés) con una mezcla de alta eficiencia de fósforos basados en europio que emiten rojo y azul, mas cobre y sulfuro de zinc dopado con aluminio (ZnS:Cu, Al) que emite luz verde. Este es un método análogo a la forma en que funcionan las bombillas fluorescentes. Este método es menos eficienta que los LEDs azules con fósforo YAG:Ce, como el desplazamiento de Stokes es mayor, más energía es convertida en calor, pero produce luz con mejores características espectrales, que reproducen mejor el color. Debido a la salida radiativa mas alta de los LEDs ultravioleta comparado con los LEDs azules, ambos métodos ofrecen brillos comparables. Una preocupación es que la luz UV se puede filtrar de una luz que no funcione apropiadamente y le cause daños a los ojos o a la piel humana.
*Otros LEDs Blancos. Otro método utilizado para producir LEDs de luz blanca experimentales no usan fósforos en lo absoluto y estan basados en seleniuro de zinc crecido homoepitaxialmente (ZnSe) en un substrato ZnSe que simultáneamente emite luz azul de su región activa y luz amarilla de su substrato. *Diodos emisores de luz Orgánicos (OLEDs) En un diodo emisor de luz orgánico (OLED), el material electroluminscente que comprende la capa emisiva del diodo es un compuesto orgánico. El material orgánico es electricamente conductivo debido a la deslocalización de electrones pi causados por conjugación sobre toda o parte de la molécula, y por lo tanto el material funciona como un semiconductor orgánico. Los materiales orgánicos pueden ser moléculas orgánicas en una fase cristalina, o polímeros.

Las ventajas potenciales de los OLEDs incluyen pantallas muy delgadas de bajo costo con un voltaje de funcionamiento bajo, un amplio ángulo de visión, y un alto contraste y gama de color. LEDs de polímeros tienen el beneficio agregado de pantallas flexibles e imprimibles. Los OLEDs han sido usados para hacer pantalles visulaes para dispositivos electrónicos porables como celulares, cámaras digitales, y reproductores MP3 mientras que posibles usos futuros incluyen iluminación y televisiones. *LEDs de punto cuántico (experimental) Los Puntos Cuánticos son nanocristales semiconductores qeu poseen propiedades ópticas únicas. Su color de emisión puede ser ajustado desde el espectro visible al infrarojo. Esto le permite a los LEDs de punto cúantico crear casi cualquier color en digrama CIE. Esto provee más opciones de color y mejor reproducción de color que los LEDs blancos. Los LEDs de punto cuántico están disponibles en el mismo tipo de revestimiento como los LEDs basados en fósforo. Un ejemplo de este es un método desarrollado por Michael Bowers, en la Universidad Vanderbilt en Nashville, involucrando revestir un LED azul con puntos cuánticos que brillan blanco en respuesta a la luz azul del LED. Este método emita una luz blanco-amarillo cálida similar a la producida por las bombillas incandescentes. Los puntos cuánticos también estan siendo considerados para usos en diodos emisores de luz blancos en televisiones de pantallas de cristal liquido (LCD).

La mayor dificultad en usar LEDs basados en puntos cuánticos es la estabilidad insuficiente de los mismos bajo irradiaciones prolongadas. En febrero de 2011 científicos en PlasmaChem GmbH pudieron sintetizar puntos cuánticos para aplicaciones LED y construir un conversor de luz en sus bases, lo que podría convertir eficientemente luz azul a cualquier otro color por muchos cientos de horas. Tales puntos cuánticos pueden ser usados para emitir luz visible o cercana a los infrarojos de cualquier longitud de onda siendo exitados por cualquier luz con longitud de onda más corta. *Tipos Los tipos principales de LEDs son miniatura, dispositivos de alta potencia y diseños personalizados cono alfanuméricos o multicolor. 1. Miniatura Estos son mayormente LEDs de un solo troquel usados como indicadores, y ellos vienen en varios tamañaos desde los 2mm a los 8mm, en revestimientos para instalar a través de agujeros o montados sobre superficie. Ellos usualmente no usan un discipador aparte. Las corriente típicas varían en rangos desde cerca de 1mA hasta los 20mA. El tamaño pequeño coloca un límite superior natural en el consumo de poder debido al calor producido por la alta densidad de corriente y necesidad de un discipador.

Formas comunes para las envolturas incluyen rendondas, con la parte superior en forma de domo o planos (como se usan en pantallas de barras gráficas), o triangulares o cuadrados con la parte superior plana. La encapsulación puede también ser clara o teñida para mejorar el contraste y el ángulo de visión.

Hay tres categorías principales de LEDs miniatura de un solo troquelado: *Baja-corriente -- típicamente ranqueados para 2mA a cerca de 2V (aproximadamente 4mW de consumo). *Estándar -- LEDs de 20mA a cerca de 2V (aproximadamente 40mW) para rojo, naranja, amarillo y verde y 20mA a 4-5V (aproximadamente 100mW) para azul, violeta, y blanco. *Salida ultra alta __ 20mA a aproximadamente 2V o 4-5V, diseñado para ver en la luz del sol directa. LEDs de cinco y doce voltios son ordinariamente LEDs miniatura que incorporan una resitencia de serie apropiada para la conección directa para una fuente de 5V o 12V.
2. Rango medio Los LEDs de potencia media son a menudo montados a través de agujero y usados cuando una salida de unos pocos lúmenes es necesitada. Ellos algunas veces tienen el diodo montado en cuatro pines (dos pines de cátodo y dos pines de ánodo) para mejor conducción del calor y poseen un lente integrado. Un ejemplo de estos es el paquete superflujo de Lumileds de Philips. Estos LEDs son mas comunmente usados en páneles de luz, iluminación de emergencia, y luces posteriores para automóviles. Debido a la mayor cantidad de metal en el LED, pueden manejar mayores correinte (alrededor de los 100mA). La corriente mayor permite la salida de luz más alta requerida para luces de automóviles y luces de emergencia. 3. Alta Potencia LEDs de Alta potencia (HPLED) pueden ser conducidos a corrientes desde los cientos de mA a más de un amperio, comparado con las decenas de mA de otros LEDs. Algunos pueden emitir por encima de los mil lúmenes. Ya que el sobrecalentamiento es destructivo, los HPLEDs deben ser montados en un discipador para permitir la discipacion de calor. Si el calor de un HPLED no es removido, el dispositivo fallará en segundos. Un HPLED puede a menudo reemplazar una bombilla incandsecente en una linterna, o ser acomodado en una matriz para formar una poderosa lámpara LED.

Algunos HPLEDS bien conocidos en esta categoría son los Rebel LED de Lumileds, Dragon Dorado de Osram Opto Semiconductores, y la X-lamp de CREE. A septiembre de 2009, algunos HPLEDs fabricados por CREE INC ahora exceden los 105 lm/W (ejemplo el chip LED XLamp XP-G emitiendo luz blanca fría) y están siendo vendidas en bombillas que pretenden reemplazar incandescentes, alógenos e incluso luces fluorescentes, a medida que los LEDs se vuelven más competitivos en su costo.

Se han desarrollado LEDs por Seoul Semiconductores qeu pueden operar con corriente AC sin la necesidad de un convertidor a DC. Para cada medio ciclo, una parte del LED emite luz y otra parte está oscura, y esto es revertido durante el siguiente medio ciclo. La eficacia de este tipo de HPLED es típicamente 40lm/W. Un gran número de elementos LED en serie pueden ser operados directamente de la línea de voltaje. En 2009, Seoul Semiconductores lanzó uno de Alto voltaje DC capáz de ser conducido de corriente AC con un simple circuito de control. La baja discipación de potencia de estos LEDs les dán mayor flexibilidad que el diseño de LED AC original. *Variaciones para aplicaciones específicas -LEDs intermitentes son usados como indicadores buscadores de atención sin requerir electrónica externa. Los LEDs intermitentes se ven como los LEDs comunes pero contienen un circuito integrado multivibrador qeu cause que el LED haga intermitencia con un periodo típico de un segundo. En LEDs difusos este es visible como un punto negro pequeño. La mayoría de los LEDs intermitentes emiten luz de un solo color, pero dispositivos más sofisticados pueden hacer intermitencia entre multiples colores e incluso hacer una transición entre una secuencia de colores usando mezcla de colores RGB.

-Los LEDs bi-color son dos emisores LED en un solo paquete. Hay dos tipos de estos. Un tipo consiste en dos troquelados conectados a los mismos contactos antiparalelos el uno del otro. El flujo de corriente en una dirección emite un color, y la correinte en la dirección opuesta emite otro color. El otro tipo consiste en dos troqueles con contactos separados para cada uno y de ánodo o cátodo común, así pueden ser controlados independientemente.

-Los LEDs tri-color son tres emisores LEDs en un solo paquete. Cada emisor está conectado a un contacto separado para que pueda ser controlado independientemente. Un arreglo de 4 contactos tiene típicamente un contacto común (ánodo o cátodo) y un contacto adicional para cada color.

-Los LEDs RGB son LEDs tri-color con emsisores rojo, verde y zaul, en general usan una conección de cuatro alambres con uno común (ánodo o cátodo). Estos LEDs pueden tener un negativo común o un positivo común. Otros sin embargo, tienen solo dos contactos (positivo y negativo) y tienen incrustada una diminuta unidad de control electrónica.

-Las pantallas LED alfanuméricas estan disponibles en formatos de siete segmentos y de 14 segmentos por caracter. Las pantallas de siete segmentos manejan todos los números y una cantidad limitada de letras. Las pantallas de 14 segmentos pueden manejar todas las letras. Las pantallas LED de siete segmentos fueron de amplio uso en los 1970s y 1980s, pero el incremento del uso de pantallas de cristal líquido, con sus necesidades de potencia menores y mayor flexibilidad en la visualización, ha reducido la popularidad de las pantallas LED alfanuméricas.
*Consideraciones para su uso. -Fuentes de poder Las características de la corriente/voltaje característicos de un LED es similar a otros diodos, en que la correitne depende exponencialmente en el voltaje (ver la ecuación del diodo de Shockley). Esto significa que un pequeño cambio en el voltaje puede causar un gran cambio en la corriente. Sí el máximo voltaje es excedido por una pequeña cantidad, el nivel de corriente pude excederce por una gran cantidad, potencialmente dañando o destruyendo el LED. La solución típica es usar fuentes de poder de corriente constante, o conducir el LED a un voltaje mucho menor al máximo permitido. Ya que la mayoría de sfuentes de poder (baterías, redes eléctricas) no son fuentes de corriente constante, la mayoría de luminairas de LED deben incluir un convertidor de poder. Sin embargo, la curva I/V de los LED basados en nitruro es muy elevado y da un If de unos pocos miliamperios a un Vf de 3V, haciendo posible conducir un LED basado en nitruro con una bateria de 3V como una celda moneda sin la necesidad de una resitencia que limite la corriente.

-Polaridad Eléctrica Como con todos los diodos, la corriente fluye fácilmente de un material tipo p a un material tipo n. Sin embargo, la corriente no fluye y no se emite luz si un pequeño voltaje es aplicado en la dirección opuesta. Si el voltaje inverso crece lo suficiente para exceder el voltaje de ruptura, una gran corriente fluye y el LED puede ser dañado. Si la corriente inversa esta suficientemente limitada para impedir el daño, el LED de conducción inversa es un útil diodo de ruido.

-Seguridad y salud La gran mayoría de los dispositivos conteniendo LEDs son "seguros bajo todas las condiciones de uso normal". y así son clasificados como "producto LED Clase 1". En el presente, solo unos pocos LEDs - LEDs extremadamente brillantes con un ángulo focal estrechamente cerrado de 8 grados o menos - pueden, en teoría, causar ceguera temporal, y por lo tanto son clasificados como "Clase 2". En general, las regulaciones de seguridad de los láser - y los sitemas "Clase 1", "Clase 2", etc. - también aplican a los LEDs.

Mientras los LEDs tienen la ventaja sobre las lámparas fluorescentes que no contienen mercurio, ellos podrían contener otros metalas dañinos como el plomo y el arsenico. Un estudio pbulicado en 2011 dice: "De acuerdo con los estándares federales, los LEDs no son peligrocos excepto por los LEDs rojos de baja intensidad, que lixivian Pb (plomo) a niveles excediendo límites regulatorios (186mg/L; límite regulatorio: 5)". Sin embargo, de acuerdo con las regulaciones de California, niveles excesivos de cobre (hasta 3892mg/kg; límite: 2500), Pb(hasta 8103 mg/kg; límite: 1000), nickel (hasta 4797 mg/kg; límite: 2000), o plata (hasta 721 mg/kg; límite 500) ponen a todos los LEDs excepto los amarillos de baja intensidad como peligrosos. *Ventajas -Eficiencia: Los LEDs emiten más luz por vatio que las bombillas incandescentes. Su eficiencia no es afectada por el tamaño o la forma, no como las bombillas o tubos fluorescentes. -Color: los LEDs pueden emitir luz de un color intencionado sin usar ningún filtro de color como los métodos tradicionales de iluminación los necesitan. Esto es más eficiente y puede disminuir los costos inciales. -Tamaño: Los LEDs pueden ser muy pequeños (menos de 2mm) y son fácilmente poblados en tarjetas de circuitos impresas. -Tiempo de Encendido Apagado: los LEDs se encienden muy rápido. Un LED indicador rojo típico alcanzaría el brillo completo en menos de un microsegundo. Los LEDs usados en dispositivos de comunicación pueden tener incluso tiempos de respuesta más rápidos. -Ciclos: los LEDs son ideales para usos sujetos a ciclos de encendido y apagado frecuentes, diferente a las bombillas fluorescentes que fallan más rápido cuando se encienden y apagan a menudo, o las lámparas de HID que requeiren un largo tiempo antes de reencenderse. -Atenuación: los LEDs peuden ser fácilmente atenuados ya sea por modulación de amplitud de pulso o disminuyendo la corriente directa. -Luz fría: En contraste con la mayoría de las fuentes de luz, los LEDs irradian muy poco calor en la forma de rayos infrarojos qeu pueden causar daños a objetos sensibles o telas. La energía desperdiciada es dispersada como calor a travéz de la base del LED. -Bajo deterioro: Los LEDs generalmente fallan atenuandose con el tiempo, en lugar de una falla abrupta como las bombillas incandescentes. -Vida útil: los LEDs pueden tener una vida útil relativamente larga. Un reporte estima 35.000 a 50.000 horas de vida útil, aunque el tiempo para fallar completamente puede ser más largo. Los tubos fluorescentes tipicamente fallan de las 10.000 a las 15.000 horas, dependiendo parcialmente de las condiciones de uso, y una bombilla incandescente de 1.000 a 2.000 horas. -Resistentes a los choques: Los LEDs, siendo componentes de estado sólido, son dificiles de dañarse por choques externos, no como los fluorescentes y bombillas incandescentes, que son muy frágiles. -Foco: El paquete sólido de lso LED puede ser diseñado para enfocar su luz. Las fuentes incandescentes y fluorescentes a menudo requieren un reflector externo para recolectar la luz y direccionarla de una manera útil.
*Desventajas -Precio incial Alto: Los LEDs son actualmente más costos, el precio por lúmen, en una base de costo de capital incial, más que la mayoría de las tecnologías convencionales. En el 2010, en costo por mil lúmenes (kilolumen) era de cerca de $18 dólares americanos. Se espera que el precio alacance los $2 dórales/kilolumen en el 2015. El costo adicional se debe en parte a la salida de luz relativamente baja y es necesario el circuito de la fuente de alimentación. -Dependencia de la Temperatura: el desempeño de los LED depende en gran manera de la temperatura ambiente dentro del espacio de funcionamiento. Sobre conducir un LED en temperaturas ambiente altas puede resultar en sobrecalentamiento del recubrimiento del LED, eventualmente llevando a la falla del dispositivo. Un discipador de calor adecuado es necesario para mantener una larga duración. Esto es espcialmente importante en aplicaciones automotrices, médicas y en usos militares donde los dispositivos deben operar sobre un amplio rangod de temperaturas, y necesitan unos índices de falla bajos. -Sensibilidad al Voltaje: los LEDs deben estar provistos con el voltaje por encima del umbral y una corriente por abajo del índice. Esto puede involucrar una series de resistencias o fuentes de poder reguladas. -Calidad de la luz: La mayoría de los LEDs blanco-frío tienen espectros que difieren significantemente de un radiador de cuerpo negro como el sol o una luz incandescente. El pico a 460nm y el valle a 500nm puede causar que el color de los objetos sea percibido diferentemente bajo la iluminación LED blanco frío diferente a la luz del sol o fuentes incandescentes, debido al metamerismo, las superficies rojas se ven particularmente mal representadas por un LED basado en fósforo de color blanco frío. Sin embargo, las propiedades de reproducción de color de lamparas fluorescentes son comúmente inferiores a lo que está ahora disponible en LEDs blanco de última generación. -Fuentes de luz de área: Los LEDs solos no se aproximan a una fuente de luz puentual de una distribución esférica dada, pero mas bien tienen una distribución labertiana. Así que los LEDs son difíciles de aplicar donde se necesita un campo de luz esférico. Los LEDs no pueden proveer divergencia abajo de unos pocos grados. En contraste, los lasers pueden emitir rayos con divergencias de 0.2 grados o menos. -Polaridad Eléctrica: Diferente a las bombillas incandescentes, las cuales iluminana sin importar la polaridad eléctrica, los LEDs solo se iluminarán con la correcta polaridad electrica. -Peligro Azul: Hay una preocupación que los LEDs azules y los LEDs blaco frío son ahora cpaces de exceder los límites seguros del tan llamado peligro de la luz azul como se define en las especificaciones como ANSI/IESNA RP-27.1-05: Prácticas recomendadas para seguridad photobiológica para lámapras y sistemas de lámparas. -Contaminación Azul: Debido a que los LEDs blanco-frío con temperaturas de color altas emiten proporcionalmente mas luz azul que las fuentes de luz para exteriores convencionales como las lámparas de sodio de alta presión, la fuerte dependencia de las longitudes de onda de la distribución de Rayleigh significa que los LEDs blanco frío pueden causar más contaminación lumínica que otras fuentes de luz. La asociación internacional de cielos oscuros desalienta el uso de fuentes de luz blanca con temperatura de color correlacionada por encima de los 3000K. -Caída: La eficiencia de los LEDs tiende a disminuir en la medida que se incrementa la corriente. *Aplicaciones En general, todos los productos LED pueden ser divididos en dos grandes partes, la iluminación pública y la iluminación interior. Los usos de los LED caen en cuatro grandes categorías: -Señales visuales donde la luz va mas o menos directamente de la fuente al ojo humna, para transmitir un mensaje o significado. -Iluminación donde la luz es reflejada de objetos para dar una respuesta visual de estos objetos. -Medición e interacción con procesos que no involucran la visión humana. -Sensores de banda de luz angosta donde los LEDs operan en un modo de polarización inversa y responden a luz incidente, en lugar de emitir luz. Por más de 70 años, hasta los LED, prácticamente toda la iluminación fue incandescente y fluorescente con la primera luz fluorescente solo estando comercialmente disponible después de la feria mundial de 1939. Señales e indicadores El bajo consumo de energía, bajo mantenimiento y tamaño pequeño de los LEDs modernos han llevado a usos como indicadores de estadoy pantallas de una variedad de equipamientos e instalaciones. Pantallas LED de gran area son usadas como pantallas de estadios y como pantallas dinámicas y decorativas. Pantallas de mensajes, delgadas y livianas son usadas en aeropuertos y estaciones de tren, y como pantallas de destinos para trenes, buses, tranvias y ferris. Luces monocromáticas son muy adecuadas para señalización y semáforos, avisos de salida, iluminación de vehículos de emergencia, luces de navegación de embarcaciones o linternas (Estándares de luminancia y cromaticidad bajo la Convención de regulación y prevención de colisiones en el mar de 1972, Annex I y la CIE) y las luces navideña basadas en LED. En climas fríos los semáforos de LED se pueden cubrir de nieve. Los LED amarillo o rojo son usados en pantallas o indicadores alfanuméricos en ambientes donde la visión nocturna debe ser conservada: cabinas de aeronaves, submarinos y puentes de embarcaciones, observatorios astronomicos, y en el campo, por ejemplo en observacion de animales en la noche y uso en el campo militar. Debido a su prolongada duración y ciclos de encendido y apagado tan rápidos, los LEDs han sido usados en luces en frenos para carros, camiones, y buses y en señales de giro ya hace algun tiempo, pero muchos vehículos ahora usan LEDs para sus luces traseras

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