Diodos emissores de luz (LEDs)

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Diodos Emissores de Luz (LEDs) 

Vieira, Isabela Alves

Resumo—Os LEDs são dispositivos semicondutores que emitem luz ao ser exitado por corrente elétrica emitindo um fóton através da passagem de elétrons da banda de condução para a banda de valência, sendo assim, um dispositivo que consome pouca energia e menor perdas de energia luminosa. Suas aplicações abrange desde sistemas de iluminação até modernos sistemas de displays.

1. INTRODução

O

s leds são componentes bastantes conhecidos, são aplicados em vários sistemas de iluminação. São dispositivos semicondutores que emitem luz ao ser exitado por corrente elétrica emitindo um fóton de luz quando ocorre a passagem dos elétrons da banda de condução para a banda de valência.

        Foram inventados por Nick Holonyac em 1963 onde emitia apenas a cor vermelha com baixa intensidade luminosa. Mais tarde vieram os led’s de cor amarela e verde, este ultimo com um comprimento de onda de 550 [nm].

        A evolução do led foi acontecendo durante a década de 80 e 90 onde foi descoberta a tecnologia InGaN, onde conseguiu-se obter comprimentos de onda menores, na cor do azul, verde e ciano. Essa tecnologia levou também a obtenção da cor branca, assim varrendo todo o espectro de cores.

1. A física do diodo emissor de luz

1. Junção P-N

Um diodo é formado uma junção P-N, na qual existem portadores de carga elétrica (elétrons e lacunas), íons fixos e átomos do substrato.

Na junção P-N acontece o processo de difusão, esse processo consiste na passagem de lacunas do lado P para o lado N e de elétrons do lado N para o lado P. Esse processo de difusão causa o aumento de íons, com isso surge uma camada de ionização, onde essa camada está na ausência de portadores. Essa camada é chamada de camada de depleção como mostrado na figura 1.1.

Durante a difusão surge também a corrente de difusão, onde essa ocorre a partir de portadores em excesso que se neutralizam.

No sentido contrário da corrente de difusão, surge a corrente de deriva que advém dos íons neutros que causam a formação de um campo elétrico e em consequência a criação da corrente de deriva.

[pic 1]

Figura 1 – Junção P-N de um diodo semicondutor.

1. Polarizaão Direta e Reversa

Pode-se polarizar o diodo na forma direta e na forma reversa.

Para a polarização direta tem-se a seguinte configuração como mostrado nafigura 2, onde o pólo positivo da fonte é ligado no lado P e o pólo negative é ligado na lado N.

[pic 2]

Figura 2 – Configuração de Polarização Direta.

        Assim na polarização direta o potencial externo aplicado gera um campo elétrico externo contrário ao campo elétrico interno. Isto faz com que os elétrons do lado N e lacunas do lado P sejam acelerados para dentro da região de depleção iniciando o processo de desionização, ocasionando a diminuição da camada de depleção, favorecendo o surgimento de uma corrente (corrente direta ID) devido aos portadores majoritários, de alta intensidade.

Para a configuração de polarização reversa como mostrado na figura 3, o pólo positivo da fonte esta conectado na lado N e o pólo negative da fonte esta conectado no lado P.

Assim o pólo positivo da fonte atraí os elétrons do

lado N, gerando mais íons positivos, e o pólo negativo

da fonte fornece elétrons para se recombinarem com as lacunas do lado P, gerando mais íons negativos. A ionização excedente aumenta a camada de depleção impossibilitando o fluxo de portadores majoritários.

[pic 3]

Figura 3 – Configuração de Polarização Reversa.

1. O LED

1. Princípio de Funcionamento do LED

A emissão de luz em um LED ocorre quando há a passagem de um elétron da banda de condução do material semicondutor para a banda de valência. Quando ocorre a transição de um elétron de uma banda de maior energia para outra de menor energia há a emissão de energia, na forma de um fóton de luz.

O LED apresenta alguns parâmetros de funcionamento que devem ser seguidos para que ele não queime.

Primeiramente deve-se conhecer a máxima tensão direta que se pode aplicar ao LED pois como é um diodo quanto maior a tensão aplicado diretamente maior será o campo elétrico externo e por consequencia maior será a corrente de deriva que pode causar o não funcionamento do LED.

Deve-se verificar também a máxima tensão reversa que o LED suporta, para que este não entre na faixa do efeito de avalanche (ruptura).

Por fim deve-se verificar a máxima corrente que o LED suporta para que ele não queime. Alguns LED’s suportam entre 40 [mA] a 50 [mA] de corrente máxima.

1. CARACTERÍSTICA DA LUZ EMITIDA

O comprimento de onda da luz emitida depende do material utilizado variando assim o tamanho da largura de banda do material. Assim quanto maior a largura e banda menor o comprimento de onda da luz emitida.

Assim as características do material ulitilizado determina a cor que o LED irá emitir.

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