Diodos LED: ¿Cómo funcionan?

Ya comentamos en el post de la eficiencia energética que los LED son las fuentes de luz convencionales más eficientes actualmente. Aún así, a mucha gente le puede surgir la duda de qué es un LED, qué significan esas letras, cómo funcionan o cómo están hechos. Hoy, vamos a intentar dar respuesta a todas estas preguntas. Empezamos...

¿Qué es un LED?

LED son el acrónimo de Diodo Emisor de Luz (Light Emitting Diode, en ingles). Los diodos son componentes electrónicos presentes en la mayoría de circuitos electrónicos así como en casi todas los dispositivos de grabación digitales (fotodiodos). Básicamente, los diodos son componentes electrónicos que permiten que la corriente eléctrica pase en un sentido pero no en el contrario.

Esto es posible gracias a la manera de construir estos dispositivos, con dos tipos diferentes de semiconductores, un tipo P y un tipo N. Los semiconductores tipo P (positivo) tienen un defecto de carga. Este defecto se consigue dopando un elemento con otro que tenga menos electrones dejando "huecos electrónicos" que pueden ser ocupados por electrones libres. Por el contrario, los semiconductores N (negativo) son semiconductores que están dopados con elementos con más electrones, lo que hace que tenga un "exceso de electrones". Tanto los semiconductores N como los semiconductores P son eléctricamente neutros.

¿Cómo funcionan?

Cuando se juntan un semiconductor P y un semiconductor N se crea una unión P-N, que hace que parte de los electrones del semiconductor N pasen a algunos huecos del semiconductor P, dando lugar a una unión P-N.

Si conectamos una batería  con el polo positivo a la parte P y el polo negativo a la parte N, los electrones extra de la parte P se irán al polo positivo, mientras que los electrones que le faltan a la parte N se rellenarán con los que salen del polo negativo, cerrando el circuito y provocando que la corriente fluya sin demasiado problema. A esta configuración se le denomina conexión directa.

Si por el contrario, conectamos la parte positiva con la parte N y la parte negativa con la parte P, la parte N se vaciará de sus electrones restantes y la parte P se llenará de los electrones de la batería, pero no será posible que la corriente fluya. Esta configuración se denomina conexión inversa.

Pero, ¿por qué emiten luz?

Como ya hemos visto, los electrones pasan del semiconductor N al semiconductor P. Al no corresponder exactamente los niveles electrónicos de ambos materiales, los electrones tienen que perder energía, siendo la emisión de radiación en forma de fotón una de las más eficaces. Si la diferencia de energía corresponde con alguna radiación visible, tendremos un diodo que emite luz, es decir, un LED.

Si ponemos algunos ejemplos concretos, el arseniuro de aluminio y galio (AlGaAs) crea un LED de color rojo, el fosfuro de aluminio y galio (AlGaP) crea un LED verde, mientras que el seleniuro de zinc (ZnSe) crea un LED azul.

La luz LED blanca se puede obtener de varias maneras. Como ya se sabe, la luz blanca no es un único color, sino que es una mezcla de varios colores. Si se juntan en la proporción adecuada, uniendo pequeños LED de color rojo, azul y verde amarillento se puede crear un LED blanco. También se puede crear un LED blanco con un LED que emita en el ultravioleta recubierto de un material fluorescente (como el de los fluorescentes de casa), aunque estos LED son menos eficientes que los LED de mezcla de colores. Por eso, si te fijas mucho, en las pantallas LED verás que cada pixel blanco realmente está compuesto por LEDs de 3 colores.

¿Por qué cuando compro LEDs me los venden con una cajita al lado del enchufe?

Como ya hemos comentado, la corriente eléctrica en los LED sólo puede circular en un sentido, por lo que es necesario usar corriente continua para hacer que se iluminen. A los enchufes de casa llega corriente alterna, que varía hasta 50 veces por segundo el sentido de los electrones, por lo que es muy ineficaz conectarlos directamente a la luz. Además, los LED únicamente necesitan unos pocos voltios  (entre 1.8 los rojos y 3.4 los azules) para que se iluminen ya que apenas ofrecen resistencia al paso de la corriente, por lo que los 220 voltios que llegan a casa acabarían friéndolos.

Por todas estas razones, los LEDs suelen venderse con un convertidor de corriente (de alterna a contínua) que, además, nos baja bastante el voltaje, hasta aproximadamente unos 5 voltios.

¿Qué son los OLEDs?

Los OLEDs, o Organic LEDs, son LEDs que en vez de usar compuestos inorgánicos, como los anteriormente mencionados, usan compuestos orgánicos cuya diferencia de energía corresponde a ciertos colores. Estos LED, al estar diseñados a propósito, crean colores más puros y su eficiencia es mayor, por lo que también son más caros.

Hasta aquí el post de esta semana. Recuerda que en la página de Facebook e Instagram (@callofchemistry) están todas las novedades y las encuestas para elegir nuevos temas (de donde, por ejemplo, ha salido este post). Si tienes alguna duda, comentario, quieres que se amplíe algún concepto del tema siempre puedes preguntar en cualquiera de los canales antes mencionados y en los comentarios de este post.

Nos vemos! Cuídate!