En Kurt Lehovec, Carl accardo y Edward Jamgochian

Topics: Sciences

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Last updated: July 22, 2019

Eneste trabajo vamos e explicar la historia del led desde su descubrimiento en1907, su desarrollo comercial, los diferentes tipos de leds, además de susaplicaciones iniciales y aplicaciones actuales.

 1.1.       ¿Qué es un Led?UnLed es un diodo emisor de luz. Es una fuente de luz constituida por un materialsemiconductor dotado de dos terminales.

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La característica principal de los ledses convertir en luz la corriente eléctrica de bajo voltaje que atraviesa suchip. Desde el punto de vista físico un Led común se presenta como un bulbominiaturizado, carente de filamento o de cualquier otro tipo de elemento omaterial peligroso, con la ventaja sobre otras tecnologías que no contamina elmedio ambiente. 1.2.       ¿Cómo funciona un Led?Alaplicar una tensión adecuada a los terminales, los electrones se recombinan conlos huecos en la región de la unión p-n del dispositivo, liberando energía enforma de fotones. Este efecto se denomina electroluminiscencia, y el color dela luz generada viene determinado por la anchura de la banda prohibida delsemiconductor. 2.

   Historia del Led.2.1.

       Descubrimiento y primeros dispositivos.Laelectroluminiscencia fe descubierta en 1907 por el experimentador británicoHenry Joseph Round, en los laboratorios Marconi, usando un cristal de carburode silicio y un detector de bigotes de gato*. El inventor soviético Oleg Lósevinformó de la construcción del primer led en 1927 aunque el descubrimiento delled no se llevó a la práctica hasta varias décadas más tarde. Kurt Lehovec,Carl accardo y Edward Jamgochian interpretaron el mecanismo de estos primerosdiodos led en 1951, utilizando un aparato que empleaba cristales de carburo desilicio, con un generador de impulsos y con una fuente de alimentación decorriente, y en 1953 con una variante pura del cristal.RubinBraunstein, de la RCA, informó en 1955 sobre la emisión infrarroja delarseniuro de galio (GaAs) y de otras aleaciones de semiconductores. Braunsteinobservó que esta emisión se generaba en diodos construidos a partir dealeaciones de antimoniuro de galio (GaSb), arseniuro de galio (GaAs), fosfurode indio (InP) y silicio-germanio (SiGe) a temperatura ambiente y a 77 Kelvin.

En1957, Braunstein también demostró que estos dispositivos rudimentarios podían utilizarsepara establecer una comunicación no radiofónica a corta distancia. Braunsteinestableció una línea de comunicaciones ópticas muy simple: tomó la músicaprocedente de un tocadiscos y la elaboró mediante la adecuada electrónica paramodular la corriente directa producida por un diodo de GaAs Arsenurio de Galio.La luz emitida por el diodo de PbS Sulfuro de Plomo situado a una ciertadistancia. La señal así generada por el diodo de PbS fue introducida en unamplificador de audio y se transmitió por un altavoz.

Cuando se interceptaba elrayo luminoso entre los dos leds, cesaba la música. Este montaje ya presagiabael empleo de los leds para las comunicaciones ópticas.Enseptiembre de 1961, James R.

Biard y Gary Pittman, que trabajaban en TexasInstruments, descubrieron una radiación infrarroja procedente de un diodo túnelque habían construido empleando un sustrato de arseniuro de galio (GaAs). Enoctubre de 1961 demostraron la existencia de emisiones de luz eficientes y elacomplamiento de las señales entre unión p-n de arseniuro de galio emisora deluz y un fotodetector aislado eléctricamente y construido con un materialaemiconductor. Con base en sus descubrimientos, el 8 de agosto de 1962 Biard yPittman produjeron una patente de titulo “Semiconductor Radiant Diode” quedescribia cómo una aleación de zinc difundida durante el crecimiento del cristal que forma el sustrato deuna unión p-n led con un contacto del cátodo lo suficientemente separado,permitía la emisión de luz infrarroja de manera eficiente en polarizacióndirecta.Ala vista de la importancia de sus investigaciones, tal como figuraban en suscuadernos de notas de ingeniería y antes incluso de comunicar sus resultadosprocedentes de los laboratorios de General Electric, Radio Corporation ofAmerica, IBM, Laboratorios Bell o las del Laboratorio Lincoln del InstitutoTecnológico de Massachusetts, la Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidosles concedió una patente por la invención de los diodos emisores de luzinfrarroja de arseniuro de galio (Patente US3293513A?), que son consideradoscomo los primeros ledes de uso práctico. Inmediatamente después de lapresentación de la patente, la TI inició un proyecto para la fabricación de losdiodos infrarrojos. En octubre de 1962, Texas Instruments desarrolló el primerled comercial (el SNX-100), que empleaba un cristal puro de arseniuro de galiopara la emisión de luz de 890 nm.

En octubre de 1963, TI sacó al mercado elprimer led semiesférico comercial, el SNX-110.?Elprimer led con emisión en el espectro visible (rojo) fue desarrollado en 1962por Nick Holonyak.Jr cuando trabajaba en la General Electric. Holonyak presentóun informe en la revista Applied Physics Letters el 1 de diciembre de 1962. ?En 1972 M Jorge Craford, un estudiante de grado de Holonyak, inventó el primerled amarillo y mejoró la luminosidad de los ledes rojo y rojo-naranja en unfactor de diez.

En 1976, T. P. Pearsall construyó los primeros ledes de altobrillo y alta eficiencia para las telecomunicaciones a través de fibrasópticas. Para ello descubrió nuevos materiales semiconductores expresamenteadaptados a las longitudes de onda propias de la citada transmisión por fibrasópticas.*Detector debigotes de gato: Es un dispositivo que consta de un alambre que hace contactocon un cristal detector semiconductor. 2.

2.       Desarrollo comercial inicial Losprimeros leds comerciales fueron generalmente usados para sustituir a laslámparas incandescentes y las lámparas indicadoras de neón así como en losvisualizadores de siete segmentos. Primero en equipos costosos tales comoequipos electrónicos y de ensayo de laboratorio, y más tarde en otrosdispositivos eléctricos como televisores, radios, teléfonos, calculadoras, asícomo relojes de pulsera.

Hasta 1968, los leds visibles e infrarrojos eranextremadamente costosos, del orden de 200 dolares por unidad, por lo quetuvieron poca utilidad práctica. La empresa Monsanto Company fue la primera queprodujo de manera masiva ledes visibles, utilizando fosfuro de Arsenio de galioen 1968 para producir leds rojos destinados a los indicadores.Hewlett-Packard(HP) introdujo los leds en 1968, inicialmente utilizando fosfuro de Arsenio degalio suministrado por Monsanto. Estos ledes rojos eran lo suficientementebrillantes como para ser utilizados como indicadores, puesto que la luz emitidano era suficiente para iluminar una zona. Las lecturas en las calculadoras erantan débiles que sobre cada dígito se depositaron lentes de plástico para queresultaran legibles. Más tarde, aparecieron otros colores que se usaronampliamente en aparatos y equipos.

En la década de los 70 FairchildOptoelectronics fabricó con éxito comercial dispositivos led a menos de cincocentavos cada uno. Estos dispositivos emplearon chips de semiconductorescompuestos fabricados mediante el proceso planar inventado por Jean Hoerni deFairchild Semiconductor. El procesado planar para la fabricación de chipscombinado con los métodos innovadores de encapsulamiento permitió al equipodirigido por el pionero en optoelectrónica, Thomas Brandt, lograr lasreducciones de coste necesarias en Fairchild. Estos métodos siguen siendoutilizados por los fabricantes de los ledes.Lamayoría de los ledes se fabricaron en los encapsulamientos típicos T1¾ de 5 mmy T1 de 3 mm, pero con el aumento de la potencia de salida, se ha vuelto cadavez más necesario eliminar el exceso de calor para mantener la fiabilidad.

Portanto ha sido necesario diseñar encapsulamientos más complejos ideados paraconseguir una eficiente disipación de calor. Los encapsulamientos empleadosactualmente para los ledes de alta potencia tienen poca semejanza con los delos primeros ledes.3.

   Tipos de Led 3.1.       Chip Led DIP Sonlas luces LED tradicionales y en las que piensa la mayoría de la gente cuandose les pide que describan un Led. Su diseño de plástico duro transparente, delque sobresalen dos pines de conexión en paralelo.

Del color de esta carcasadependerá la luz que emite el LED.Estosson usados habitualmente como indicador luminoso en diferentes productos electrónicosdebido a su baja eficiencia lumínica.Elcolor de la luz que emiten estos Leds depende de su composición, la tensión detrabajo, la freqüencia en Hertz y de la longitud de onda en nm.Acontinuación expondremos una tabla con las características de cada uno ademásde una explicación de los colores principales y mas utilizados  3.1.

1.   Led azul Losledes azules fueron desarrollados por primera vez por Henry Paul Maruska de RCAen 1972 utilizando nitruro de Galio (GaN) sobre un substrato de zafiro. Seempezaron a comercializar los de tipo SiC (fabricados con carburo de silicio)por la casa Cree, Inc.

, Estados Unidos en 1989. Sin embargo, ninguno de estosledes azules era muy brillante.Elprimer led azul de alto brillo fue presentado por Shuji Nakamura de la NichiaCorp. en 1994 partiendo del material Nitruro de Galio-Indio (InGaN). IsamuAkasaki y Hiroshi Amano en Nagoya trabajaban en paralelo, en la nucleacióncristalina del Nitruro de Galio sobre substratos de zafiro, obteniendo así eldopaje tipo-p con dicho material. En 1995, Alberto Barbieri del laboratorio dela Universidad de Cardiff (RU) investigaba la eficiencia y fiabilidad de losledes de alto brillo y como consecuencia de la investigación obtuvo un led conel electrodo de contacto transparente utilizando óxido de indio y estaño (ITO)sobre fosfuro de aluminio-galio-indio y arseniuro de galio.

En2001 y 2002? se llevaron a cabo procesos para hacer crecer ledes de nitruro degalio en silicio. Como consecuencia de estas investigaciones, en enero de 2012Osram lanzó al mercado ledes de alta potencia de nitruro de galio-indiocrecidos sobre sustrato de silicio. 3.

1.2.   Led blanco y evolución Losprimeros ledes blancos eran caros e ineficientes. Sin embargo, la intensidad dela luz producida por los ledes se ha incrementado exponencialmente, con untiempo de duplicación que ocurre aproximadamente cada 36 meses desde la décadade los 1960. Laemisión luminosa y la eficiencia de los ledes azul y ultravioleta cercanoaumentaron a la vez que bajó el coste de los dispositivos de iluminación conellos fabricados, lo que condujo a la utilización de los ledes de luz blancapara iluminación.

El hecho es que están sustituyendo a la iluminaciónincandescente y la fluorescente.Losledes blancos pueden producir 300 lúmenes por vatio eléctrico a la vez quepueden durar hasta 100 000 horas. Comparado con las bombillas de incandescenciaesto supone no solo un incremento enorme de la eficiencia eléctrica sinotambién un gasto similar o más bajo por cada bombilla.3.

1.3.   Led Rojo Fueel primer led con emisión en el espectro visible. Este tipo de Led funciona conbaja densidades de corriente ofreciendo una buena luminosidad, utilizándosecomo dispositivo de visualización en equipos portátiles. Elmáximo de radiación se halla en la longitud de onda 660 nmEstácompuesto por Galio, Arsenio y Fosforo, consiste en una capa p obtenida pordifusión de Zinc durante el crecimiento de un cristal n de Galio Arsenio yFosforo, formado en un substrato de Galio Arsenio Los mas utilizados actualmenteestán compuestos de Galio, Aluminio y Arsenio debido a su mayor luminosidad. 3.1.4.

   Led anaranjado y amarillo Los ledsanaranjados y amarillos están compuestos por Galio Arsenio y Fosforo al igualque sus hermanos los rojos, pero en este caso para conseguir luz anaranjada yamarilla, así como luz de longitud de onda más pequeña, lo que hacemos esampliar el ancho banda mediante el aumento de fósforo en el semiconductor      3.1.5.   Led VerdeElled verde está compuesto por Galio y Fosforo. Debido a que este tipo de Ledposee una baja probabilidad de transición fotónica, es importante mejorar lacristalinidad de la capa n. La disminución de impurezas alarga la vida de losportadores, mejorando la cristalinidad.

  3.2.       Chip Led SMD Lassiglas SMD significan “Surface Mounted Diode” (Diodo montado en superficie) , yen esta opción el diodo está encapsulado en una resina semirrígida que sesuelda al circuito de forma superficial. Son mucho más pequeños y eficientesque los originales chips DIP.

Eldesarrollo de los chips SMD supuso un gran avance en la tecnología Led, alpermitir la inclusión de 3 diodos en el mismo chip. Recordemos que hasta ahorauna de las formas de conseguir luz blanca es la unión de los 3 coloresprimarios, Rojo, Verde y Azul, de ahí la importancia de este avance. Con estacombinación se consiguen también hasta 16 millones de colores diferentes.Laotra opción para conseguir luz blanca es recubrir el chip con una capa defósforo que absorbe la luz azul, de ahí ese color amarillo característico. Ladensidad de esta capa determina la temperatura de color del chip SMD. 3.3.

       Chip Led COB  Loschips COB son uno de los últimos avances en el desarrollo de la iluminaciónLed, y su diseño se basa en la inclusión de varios diodos Led en el mismo encapsulado,reduciendo hasta un 20% el coste de fabricación respecto a los chips SMD.Unade las aplicaciones de los chips COB más extendidas es su uso en dispositivospequeños como móviles o cámaras, ya que generan una alta cantidad de lúmenescon una cantidad de energía muy pequeña, ideal para los flashes de estosdispositivos.Ofrecenun rendimiento lumínico de hasta 120 lúmenes por vatio. Además, el diseño delos COB permite una disipación de calor eficiente. Tienen una gran capacidadpara soportar los cambios de tensión en la corriente eléctrica y es capaz deofrecer un ángulo de apertura de hasta 160º, emitiendo luz multi-direccional.

 3.4.       Micro Led Estatecnología, como su propio nombre indica emplea series de Leds microscópicospara definir, por ejemplo, un pixel. Este tipo de chip Led es cada vez maspopular en el diseño de pantallas planas ya que mejora en varios aspectos latecnología precedente.LosmicroLEDs proporcionan mejor contraste, menor tiempo de respuesta y mayoreficiencia energética.

Ademásde estas soluciones centradas en la iluminación, existen otros tipos de diseñosy aplicaciones basadas en la tecnología Led, desde los productos electrónicoscomo televisiones, gadgets o telefonía móvil, incluso hasta la industria de lamoda. 4.   Aplicaciones de los ledsLosLED son muy empleados en todo tipo de indicadores de estado (encendido/apagado)en dispositivos de señalización (de tráfico, de emergencia, etc.) y en panelesinformativos (el mayor del mundo es el del NASDAQ, el cual tiene 36,6 metros dealtura y está en Times Square de Manhattan). También se emplean en el alumbradode pantallas de cristal líquido de teléfonos móviles, calculadoras, agendaselectrónicas, etc., así como en bicicletas y usos similares.

Existen ademásimpresoras LED. El uso de lámparas LED en el ámbito de la iluminación(incluyendo la señalización de tráfico) es previsible que se incremente en elfuturo, ya que aunque sus prestaciones son intermedias entre la lámparaincandescente y la fluorescente, presenta indudables ventajas, particularmentesu larga vida útil, su menor fragilidad y la menor disipación de energía,además de que, para el mismo rendimiento luminoso, producen la luz de color,mientras que los hasta ahora utilizados, tienen un filtro, lo que reducenotablemente su rendimiento. Los leds blancos son el desarrollo más reciente.Un intento muy bien fundamentado para sustituir las bombillas actuales pordispositivos mucho más eficientes desde un punto de vista energético. Tambiénse utilizan en la emisión de señales de luz que se trasmiten a través de fibraóptica.

Laaplicación más directa que tienen los leds es la de conseguir una adecuadailuminación y ambientación, según la situación lo requiera, ya que no olvidemosque la domótica se basa en hacer la estancia en el hogar, o en un edificiocualquiera, lo más agradable y cómoda posible.Ladomótica se está implementando en los hogares. Los leds al no ser una bombilla,sino un circuito electrónico, hace su adaptación a la domótica mucho mássencilla que la iluminación convencional. Los LEDs están preparados para quepuedan ser controlados por una centralita u ordenador. Desde ahí se controla:la intensidad de la luz, la cantidad de focos que tienen que estar encendidos oapagados, programar un horario por razones de seguridad.

 4.1.          Tipos de aplicaciones Led·        Alumbrado para suelos, pavimentos,baños: Cada una deestas estancias tendrá una iluminación diferente y propia acorde con suscaracterísticas.

 ·         Alumbradodecorativo: Esimportante para el bienestar y en cierta forma también es fin propio de lailuminación decorar el entorno, según las necesidades de este. Se usa mucho enlocales, hoteles, restaurantes… ·         Alumbradode exteriores: Ya quesoporta mejor las condiciones ambientales, que otros focos incandescentes  ·        Exhibidores Led y carteles: Publicidaddinámica para locales bailables, hipermercados, Punto de venta, etc.  o  Atraenla atención del público a su logo/marca.o  Muybajo consumoo  Librede mantenimientoo  Nogeneran prácticamente calor o  Efectossecuenciales programables por microprocesador o  Efectosaudiorritmicos ideal para locales bailableso  Costoaccesible ideal para venta masiva   ·        Semáforo led – Semáforos a Leds para usovial: Semáforos led en 200 y 300 mm.  Modelos de 220 volts y 12 Volts.Modelos con destellados programableincluidoLeds específicos de tráfico (cumplenorma Americana, CEE y Argentina)Ventajas: Bajo consumo, alto brillo ylarga vida útil (>100.000 horas)Ideal para señalamiento autónomo encombinación con paneles solares.Características:o  Muybajo consumo, del 5 al 15 % de su similar con lámparas incandescenteso  Mínimomantenimiento.

o  Hasta10 años de vida útilo  Simplerecambioo  Reemplazodirecto de ópticas (retrofit)o  Condiciónneutral cuando está apagadoo  Lenteincoloro. No tiene efecto de luz fantasma causada por luz solaro  Cierrehermético contra el polvo y la humedado  Señalizaciónluminosa uniformeo  Altocontraste con luz solaro  Mejorvisión a elevadas distanciaso  UnidadÓptica selladao  Ledsde última tecnología, con gran luminosidado  CertificadoISO 9002. Un led quemado solo representa una pérdida porcentual de la luz totalo  Importanteángulo de visióno  Cumplenormas Americanas de la CEE y Argentinas En vez de una sola lámparaincandescente, los nuevos semáforos Led están compuestos de muchas pequeñaslámparas leds montadas en una sola unidad. Todos los puntos luminosos juntosforman una lámpara led más brillante que la lámpara incandescente y es un 80%más eficiente en el ahorro de la energía.

 Mientras quelas tradicionales lámparas incandescentes de semáforo consumen entre 69 y 150Watts, cada lámpara led consume entre 10 y 25 Watts, dependiendo del tamaño, elcolor y el tipo. Los ledsproveen otros beneficios efectivos en costo también. Cuando una lámparaincandescente falla, se quema del todo y necesita ser reemplazada cada 6 mesesa un año: Por otro lado los números puntos luminosos generados por cada ledindividual, no se queman al mismo tiempo además que los leds pueden tener unavida útil de hasta 10 años. Menos lámparas de semáforo quemadas significanintersecciones más seguras, una importante mejora en la seguridad pública. Lasagencias del gobierno que han instalado Leds han descubierto ahorrosadicionales den el mantenimiento y costo de reemplazo de lámparas debido a quelos operarios de calle no necesitan reemplazar lámparas quemadas tan a menudo.como una característica adicional a la seguridad los semáforos leds son másvisible en la niebla.

  

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