Tem certeza. Esta ação não pode ser desfeita.
Semicondutores
Os diodos LED, abreviação de Light Emitting Diode, são dispositivos semicondutores que convertem energia elétrica diretamente em luz visível através do fenômeno da eletroluminescência. Os LEDs são uma tecnologia amplamente utilizada atualmente devido à sua eficiência energética, durabilidade e versatilidade em diversas aplicações.
O conceito de eletroluminescência, fenômeno por trás da emissão de luz em diodos LED, foi descoberto em 1907 por H.J. Round, um engenheiro britânico. No entanto, foi somente na década de 1960 que os primeiros diodos LED práticos e eficientes foram desenvolvidos. Em 1962, Nick Holonyak Jr., engenheiro da General Electric, criou o primeiro LED de luz vermelha visível usando arseneto de gálio fosforescente. Este avanço marcou o início da era moderna dos LEDs.
Nas décadas seguintes, foram feitos avanços significativos na tecnologia LED, incluindo a expansão dos comprimentos de onda para abranger cores adicionais, como verde, amarelo e azul. Um dos marcos mais importantes ocorreu em 1994, quando Shuji Nakamura desenvolveu o primeiro LED azul de alta eficiência usando nitreto de gálio. Esta inovação permitiu a criação de LEDs brancos combinando luz azul com fósforo amarelo, abrindo a porta para uma ampla gama de aplicações de iluminação LED.
Os diodos LED são compostos principalmente de materiais semicondutores. A estrutura básica de um LED consiste em uma camada de material semicondutor ativo, que pode ser dopada para ajustar suas propriedades elétricas e ópticas. Este semicondutor ativo é cercado por camadas de materiais semicondutores do tipo P e N, formando uma junção PN.
Quando uma tensão elétrica é aplicada através da junção PN, os elétrons na região N e os buracos na região P recombinam-se na região ativa, liberando energia na forma de fótons. O comprimento de onda da luz emitida é determinado pelo gap de energia do material semicondutor, permitindo a produção de uma variedade de cores de luz.
Os diodos LED possuem uma série de características distintivas que os tornam altamente desejáveis em comparação com outras fontes de iluminação, como lâmpadas incandescentes ou fluorescentes:
Embora os diodos LED tenham avançado significativamente desde a sua invenção inicial, eles ainda enfrentam desafios e oportunidades para melhorias futuras:
Em resumo, os díodos LED revolucionaram a indústria da iluminação e continuam a ser uma tecnologia em constante evolução, com vasto potencial numa variedade de aplicações. Com a sua eficiência energética, durabilidade e versatilidade, os LED continuarão a desempenhar um papel vital na iluminação e na tecnologia do futuro.
O funcionamento de um LED é baseado no princípio da eletroluminescência, fenômeno no qual os elétrons de um material semicondutor se recombinam com buracos, liberando energia na forma de fótons de luz. Este processo ocorre dentro da região ativa do diodo LED quando uma tensão elétrica é aplicada através da junção PN.
Os materiais semicondutores utilizados nos diodos LED desempenham um papel crucial no seu funcionamento e determinam suas propriedades ópticas e elétricas. Os materiais mais comuns são arsenieto de gálio (GaAs), fosfeto de gálio (GaP), nitreto de gálio (GaN) e nitreto de índio e gálio (InGaN). A escolha do material determina o comprimento de onda da luz emitida e, portanto, a cor do LED.
Gap de energia: O gap de energia do material semicondutor é a energia mínima necessária para um elétron saltar da banda de valência para a banda de condução. Esta lacuna de energia determina a energia e o comprimento de onda da luz emitida pelo LED. Materiais com lacunas de energia maiores emitem luz em comprimentos de onda mais curtos e cores mais azuis, enquanto materiais com lacunas de energia menores emitem luz em comprimentos de onda mais longos e cores mais vermelhas.
Os diodos LED são construídos em diferentes formatos e tamanhos para atender a uma variedade de aplicações. A construção física de um LED típico inclui:
A intensidade luminosa de um LED pode ser controlada variando a corrente elétrica que flui através dele. Embora os diodos LED sejam dispositivos inerentemente não lineares, seu brilho pode ser ajustado usando técnicas de modulação por largura de pulso (PWM) ou variando diretamente a corrente de alimentação. Isto permite que o brilho do LED seja ajustado para atender às necessidades específicas de iluminação em diferentes aplicações.
A eficiência e o gerenciamento térmico são aspectos importantes na operação dos diodos LED. À medida que a corrente flui através do LED, calor é gerado na região ativa. O excesso de calor pode reduzir a eficiência do LED e encurtar sua vida útil. Portanto, é importante projetar sistemas eficazes de dissipação de calor, como dissipadores de calor e PCBs metálicos, para manter a temperatura do LED dentro de faixas seguras e otimizar seu desempenho e durabilidade.
Concluindo, o funcionamento de um LED é baseado no princípio da eletroluminescência, onde a recombinação de elétrons e lacunas em um material semicondutor ativo gera luz. A escolha do material, a construção física e o controle da intensidade luminosa são aspectos fundamentais no projeto e na operação eficiente de diodos LED em uma variedade de aplicações de iluminação e eletrônica.
Os diodos LED são componentes eletrônicos extremamente versáteis usados em uma ampla gama de aplicações. Além dos LEDs individuais, existem vários tipos de diodos LED e configurações de display usados em aplicações eletrônicas e de iluminação. Aqui estão alguns dos tipos mais comuns:
Esses LEDs contêm três chips semicondutores diferentes que emitem luz vermelha, verde e azul. Ao misturar essas três luzes em diferentes proporções, pode-se criar uma ampla gama de cores. Os LEDs RGB são essenciais para iluminar cores variáveis e criar efeitos de luz dinâmicos.
Os LEDs ultravioleta (UV) emitem luz na região ultravioleta do espectro eletromagnético e são usados em aplicações como cura de resina, desinfecção, detecção de fluorescência e detecção de falsificações. Os LEDs infravermelhos (IR) emitem luz na região infravermelha e são usados em aplicações de controle remoto, segurança, visão noturna e sensores de proximidade.
Além dos LEDs individuais, existem displays de LED que consistem em vários diodos de LED dispostos em uma matriz para formar caracteres, números ou outros símbolos. Um dos tipos mais comuns de display LED é o display de 7 segmentos. Este tipo de display consiste em sete segmentos individuais dispostos em formato de “8” e é comumente usado para exibir dígitos numéricos. Cada segmento pode ser ativado ou desativado individualmente para representar números de 0 a 9 e algumas letras, como A, B, C, etc. Os displays de 7 segmentos são amplamente utilizados em aplicações como relógios digitais, termômetros, cronômetros e painéis de controle.
Os LEDs COB são uma tecnologia avançada que consiste em vários chips de LED montados diretamente em um substrato ou placa de circuito impresso (PCB).
A disposição dos chips LED na mesma superfície permite maior densidade de potência e melhor distribuição de luz.
Os LEDs COB fornecem maior luminosidade e eficiência em comparação com LEDs individuais, tornando-os ideais para aplicações de alta potência e alta luminosidade, como iluminação de grandes áreas, iluminação externa, holofotes, holofotes e lâmpadas de inundação. Eu sei sobre um dissipador de calor.
Eles são semelhantes aos COBs. LEDs de alto brilho (HBLED) são diodos LED projetados para produzir uma saída de luz muito intensa.
Esses LEDs normalmente incorporam uma série de chips de LED de alta potência montados em um substrato metálico para melhor dissipação de calor.
Os HBLEDs são usados em aplicações que exigem iluminação de alta intensidade, como iluminação de palco, iluminação de estúdio, iluminação automotiva, iluminação de fachadas e holofotes.
Esses displays consistem em uma matriz de diodos LED dispostos em linhas e colunas. Cada LED individual na matriz pode ser ligado ou desligado para representar caracteres alfanuméricos, gráficos ou padrões específicos. Os displays matriciais de LED são altamente flexíveis e são usados em uma variedade de aplicações, incluindo cartazes publicitários, sistemas de informação e jogos eletrônicos.
Os LEDs laser, também conhecidos como diodos laser, são uma variante especializada de diodos LED que emitem luz coerente e altamente endereçável em vez de luz dispersa. Embora compartilhem algumas semelhanças com os LEDs convencionais, como a estrutura básica da junção PN e a operação baseada na recombinação de portadora, os LEDs laser possuem características distintas que os tornam únicos. Aqui está uma descrição mais detalhada dos LEDs laser:
1. Princípio de Funcionamento
O funcionamento de um LED laser baseia-se no mesmo princípio básico de um LED convencional: a recombinação de portadores em uma região ativa semicondutora. No entanto, ao contrário dos LEDs padrão, os LEDs a laser usam um processo chamado “emissão estimulada de radiação” para gerar luz coerente e altamente direcional.
Num LED laser, a região ativa do semicondutor está confinada entre dois espelhos altamente reflexivos, um dos quais é parcialmente transparente para permitir que a luz do laser escape. Quando uma corrente elétrica é aplicada através do diodo laser, elétrons e lacunas se recombinam na região ativa, gerando fótons que viajam para frente e para trás entre os espelhos refletores. Este processo de emissão estimulada amplifica a luz e produz um feixe coerente e de alta intensidade que emerge através do espelho parcialmente transparente.
2. Estrutura e Materiais
Os LEDs laser são construídos com materiais semicondutores específicos, como arsenieto de gálio (GaAs) e arsenieto de índio e gálio (InGaAs). A estrutura básica de um LED laser inclui:
Região Ativa do Semicondutor: Esta é a região onde ocorre a recombinação do portador e a emissão da luz laser. Geralmente consiste em várias camadas finas de materiais semicondutores dopados com diferentes impurezas para ajustar as propriedades ópticas e elétricas.
Espelhos Refletivos: Os espelhos refletivos, um em cada extremidade da região ativa, formam uma cavidade ressonante que amplifica a luz do laser por meio de reflexão múltipla. Esses espelhos são normalmente feitos de camadas alternadas de materiais com diferentes índices de refração para maximizar a reflexão.
Zona de Ganho: É a região onde ocorre a amplificação óptica através do processo de emissão estimulada de radiação. O comprimento e a composição desta região determinam as propriedades espectrais e de emissão do laser LED.
3. Recursos e aplicativos
Os LEDs laser possuem diversas características distintas que os tornam adequados para aplicações específicas:
Coerência: A luz emitida por um laser LED é coerente, o que significa que todas as ondas de luz têm a mesma fase e direção. Isso permite que os LEDs laser produzam feixes estreitos e altamente direcionais que são úteis em sinalização, comunicações ópticas e aplicações médicas.
Monocromaticidade: Os LEDs laser emitem luz em um único comprimento de onda ou cor, tornando-os adequados para aplicações que exigem precisão espectral, como leitura de código de barras, impressão a laser e espectroscopia.
Alta intensidade luminosa: Os LEDs laser podem gerar feixes de luz extremamente brilhantes e concentrados, tornando-os ideais para aplicações de iluminação, projeção e corte.
Baixa Divergência: Os feixes de luz laser LED têm baixa divergência, o que significa que mantêm seu tamanho e forma em longas distâncias. Isso os torna úteis em aplicações como telemetria, rastreamento e posicionamento.
4. Aplicações de lasers LED
Os LEDs laser são usados em uma ampla variedade de aplicações, incluindo:
Comunicações ópticas: Os LEDs laser são essenciais em sistemas de comunicações ópticas, como fibra óptica e transmissão a laser, onde são utilizados para enviar dados por longas distâncias com alta velocidade e precisão.
Medicina e Terapia: Na medicina, os LEDs laser são usados em terapias de luz para tratar uma variedade de condições médicas, como estimular o crescimento celular, reduzir a dor e promover a cicatrização de feridas.
Instrumentação Científica: Os LEDs laser são usados em instrumentos científicos, como microscópios de fluorescência, espectrômetros e lasers de armadilha óptica, para realizar medições precisas e experimentos de pesquisa.
Indústria e Manufatura: Na indústria, os LEDs laser são usados em aplicações de corte, soldagem, marcação e gravação, onde fornecem uma fonte de luz altamente controlada e poderosa para processos de fabricação de alta precisão.
Em resumo, os diodos LED estão disponíveis em vários tipos e configurações para atender a uma ampla gama de aplicações. Desde simples LEDs individuais até complexos displays de matriz, os LEDs são componentes essenciais na eletrônica e na iluminação modernas.
Sem ser uma lista exaustiva, mostra as cápsulas mais utilizadas, bem como suas características comuns de uma forma muito geral, principalmente no que se refere à potência, corrente e ângulo de visão.
1. LED de 3 mm (T-1):
Eles são os mais comuns e são usados em uma ampla variedade de aplicações.
Diâmetro: 3mm
Altura: 2,5 mm
Ângulo de visão: 20-30 graus
Corrente: 20ma
Potência: 5-10mW
2. LED de 2,5 mm (T-1 3/4):
Eles são mais brilhantes que os LEDs de 3 mm e são usados em aplicações que exigem maior emissão de luz.
Diâmetro: 5mm
Altura: 4,8 mm
Ângulo de visão: 20-30 graus
Corrente: 20ma
Potência: 10-20mW
3. LED de 8 mm:
Eles são os mais brilhantes dos LEDs montados convencionalmente e são usados em aplicações que exigem emissão máxima de luz.
Diâmetro: 8mm
Altura: 5,6 mm
Ângulo de visão: 20-30 graus
Corrente: 20ma
Potência: 20-30mW
4. LED de 10 mm:
Eles são menos comuns que os LEDs de 3 mm, 5 mm e 8 mm, mas são usados em algumas aplicações especiais.
Diâmetro: 10mm
Altura: 7,5 mm
Ângulo de visão: 20-30 graus
Corrente: 20ma
Potência: 30-40mW
5. Piranha LED ou superflux:
São LEDs de alta potência que se caracterizam pelo seu formato quadrado.
Diâmetro: 5mm
Altura: 4,6 mm
Ângulo de visão: 120 graus
Corrente: 350ma
Potência: 100-150mW
6. LED PLCC:
São LEDs de alta potência que se caracterizam pelo seu encapsulamento plástico.
Diâmetro: 5mm
Altura: 4,8 mm
Ângulo de visão: 120 graus
Corrente: 350ma
Potência: 100-150mW
1. LED 0402:
Eles são os menores LEDs SMD e são usados em aplicações que exigem um tamanho muito pequeno.
Dimensões: 0,4 mm x 0,2 mm
Ângulo de visão: 120 graus
Corrente: 20ma
Potência: 5-10mW
2. LED 0603:
Eles são ligeiramente maiores que os LEDs 0402 e são usados em uma ampla variedade de aplicações.
Dimensões: 0,6 mm x 0,3 mm
Ângulo de visão: 120 graus
Corrente: 20ma
Potência: 5-10mW
3. LED 0805:
Eles são um tamanho popular para LEDs SMD e são usados em aplicações que exigem um bom equilíbrio entre tamanho e potência.
Dimensões: 0,8 mm x 0,5 mm
Ângulo de visão: 120 graus
Corrente: 20ma
Potência: 10-20mW
4. LED 1206:
Eles são um tamanho popular para LEDs SMD e são usados em aplicações que exigem maior emissão de luz.
Dimensões: 1,2 mm x 0,6 mm
Ângulo de visão: 120 graus
Corrente: 20ma
Potência: 20-30mW
5. LED 3528:
São LEDs SMD de alta potência que se caracterizam pelo seu grande tamanho.
Dimensões: 3,5 mm x 2,8 mm
Ângulo de visão: 120 graus
Corrente: 150ma
Potência: 50-100mW
6.5050 LED:
São LEDs SMD de alta potência que se caracterizam pelo seu tamanho ainda maior.
Dimensões: 5,0 mm x 5,0 mm
Ângulo de visão: 120 graus
Corrente: 150ma
Potência: 100-150mW
Os diferentes acabamentos coloridos, transparentes e difusos são opções de encapsulamento para diodos LED que afetam a dispersão e intensidade da luz emitida. Cada um possui características específicas que os tornam adequados para diferentes aplicações. Aqui está uma explicação de cada um:
Características: O acabamento colorido refere-se a um revestimento colorido aplicado ao encapsulamento do diodo LED.
Este revestimento confere uma cor ou tom específico à luz emitida pelo LED.
A cor do revestimento pode variar de transparente a escuro, dependendo do grau de tingimento.
A cor da luz emitida pelo LED será influenciada pela cor do revestimento colorido.
Aplicações: Os LEDs com acabamento colorido são comumente usados em aplicações onde é necessária iluminação com uma tonalidade específica ou uma aparência estética específica.
Eles são usados em iluminação decorativa, iluminação ambiente, sinalização e efeitos de iluminação especializados.
Características: O acabamento transparente refere-se a um encapsulamento transparente que permite que a luz emitida pelo diodo LED se espalhe com pouca ou nenhuma obstrução. Este tipo de encapsulamento fornece saída de luz direta e clara, sem difração significativa. A luz emitida por um LED com acabamento transparente tende a ser mais brilhante e concentrada em comparação com outros acabamentos.
Aplicações: Os LEDs com acabamento transparente são ideais para aplicações onde é necessária uma saída de luz brilhante e focada, como indicadores, sinalização, iluminação de painel e retroiluminação.
Características: O acabamento difuso refere-se a uma embalagem que foi tratada para dispersar de maneira mais uniforme a luz emitida pelo diodo LED. Este tratamento reduz a intensidade da luz direta e suaviza as bordas da sombra, criando uma saída de luz mais suave e difusa. O acabamento difuso também ajuda a reduzir o brilho e proporciona uma distribuição de luz mais uniforme.
Aplicações Os LEDs com acabamento difuso são adequados para aplicações onde é necessária uma iluminação suave e uniforme, como iluminação ambiente, iluminação de sinalização interna, retroiluminação de displays e painéis de instrumentos.
Resumo:
O acabamento colorido confere uma cor específica à luz emitida e é utilizado em aplicações estéticas ou de design.
O acabamento transparente fornece saída de luz direta e brilhante, ideal para aplicações onde é necessária uma intensidade de luz alta e focada.
O acabamento difuso dispersa a luz de maneira mais uniforme e suave, adequado para aplicações que exigem iluminação suave e sem brilho. A escolha entre estes acabamentos dependerá das necessidades específicas da aplicação, incluindo a estética desejada, a intensidade luminosa necessária e o tipo de dispersão de luz desejada.
O gráfico que representa o ângulo de visão ou abertura de um diodo LED geralmente é representado em coordenadas polares. O gráfico polar da luminosidade de um diodo LED é uma representação gráfica da intensidade da luz emitida pelo LED em função do ângulo de emissão. É um gráfico circular em que o eixo radial representa a intensidade da luz e o ângulo θ representa o ângulo de emissão em relação ao eixo perpendicular à superfície do LED.
Explicação de θ:
θ = 0°: Corresponde à direção perpendicular à superfície do LED. Neste caso, a intensidade da luz é máxima.
θ > 0°: À medida que θ aumenta, a intensidade da luz diminui.
θ = 90°: A intensidade da luz é mínima.
θ > 90°: A intensidade da luz aumenta novamente, mas não atinge a mesma intensidade que em θ = 0°.
Forma do gráfico:
A forma do gráfico polar de luminosidade depende do tipo de LED. LEDs com ângulo de visão amplo possuem gráficos mais amplos, enquanto LEDs com ângulo de visão estreito possuem gráficos mais pontiagudos.
Definimos o ângulo θ/2, aquele em que a intensidade da luz é apenas metade da intensidade máxima, ou seja, metade disso a 0º. Levando em consideração que o diodo LED é simétrico, o ângulo de abertura do LED é duplo e é expresso como 2θ½. No exemplo a seguir veremos isso com mais clareza:
Os pontos de corte do valor de intensidade igual a 0,5 com o lóbulo do gráfico estão em 15º e -15º. Portanto definimos que o diodo LED no gráfico tem abertura de 30º ou 2θ½= 30º
O gráfico de frequência luminosa de um LED mostra a quantidade de luz emitida pelo LED em função do comprimento de onda dessa luz, também conhecido como espectro de emissão do LED. Para entender este gráfico, é útil entender alguns conceitos básicos:
O espectro de emissão de um LED representa a distribuição da intensidade da luz emitida pelo LED em diferentes comprimentos de onda do espectro eletromagnético.
Cada LED emite luz em um comprimento de onda específico ou em uma faixa estreita de comprimentos de onda, dependendo dos materiais semicondutores utilizados em sua construção.
Comprimento de onda é a distância entre duas cristas adjacentes de uma onda de luz. É medido em nanômetros (nm).
No espectro visível, os comprimentos de onda mais curtos correspondem às cores azul e violeta, enquanto os comprimentos de onda mais longos correspondem às cores vermelho e laranja.
A frequência luminosa é a quantidade de luz emitida pelo LED em um determinado comprimento de onda. É expresso em unidades como watt por metro quadrado por nanômetro (W/m²/nm) ou similar.
O gráfico de frequência da luz mostra como a intensidade da luz do LED varia dependendo do comprimento de onda.
Interpretação do gráfico:
No gráfico, o eixo horizontal representa o comprimento de onda em nanômetros (nm), enquanto o eixo vertical representa a intensidade da luz em unidades como W/m²/nm ou similares.
A curva no gráfico mostra como a intensidade luminosa do LED varia dependendo do comprimento de onda. Esta curva pode ser contínua ou apresentar picos e vales dependendo das características específicas do LED e dos materiais utilizados na sua fabricação.
Os picos no gráfico representam os comprimentos de onda nos quais o LED emite mais luz, enquanto os vales representam os comprimentos de onda nos quais ele emite menos luz ou nenhuma luz.
A forma e a largura da curva no gráfico dependem de vários fatores, incluindo o material semicondutor usado no LED, o design da embalagem e quaisquer revestimentos ópticos aplicados ao LED.
No exemplo de gráfico a seguir vemos como a intensidade máxima ocorre em uma frequência cujo comprimento de onda é de aproximadamente 455nm. e temos uma zona de vale entre 480nm e 520nm. λ = 455nm.
Aplicações:
O gráfico de frequência luminosa é útil para designers e fabricantes de iluminação LED compreenderem as características espectrais dos LEDs e selecionarem os mais adequados para suas aplicações específicas.
Também é importante que pesquisadores e cientistas que estudam materiais semicondutores e propriedades ópticas de LEDs melhorem sua eficiência e desempenho.
Em resumo, o gráfico de frequência luminosa de um LED fornece informações sobre como a intensidade luminosa do LED varia em diferentes comprimentos de onda do espectro eletromagnético, o que é crucial para a compreensão e otimização do seu desempenho em diversas aplicações de iluminação.
A cromaticidade de um diodo LED reflete a qualidade da cor da luz que emite. A cromática pode ser representada dependendo das regiões:
A cromaticidade de um LED é geralmente representada na folha de dados do fabricante e é muito importante entre outras para garantir que todos os LED de uma mesma cor de uma aplicação sejam iguais.
A cromática de um LED pode variar de acordo com a temperatura, corrente e voltagem.
A cromaticidade de um LED pode ser medida usando um espectrorradiômetro.
Existem diferentes espaços de cor para definir a cromaticidade, como o espaço de cor CIE 1931, o espaço de cor CIE 1976 e o espaço de cor sRGB.
O CRI, ou índice de reprodução cromática, de um diodo LED é uma medida da capacidade do LED para reproduzir as cores de forma precisa em comparação com uma fonte de luz natural. Se expresso em uma escala de 0 a 100, sendo 100 a melhor reprodução cromática possível.
Explicação:
Valor CRI alto (90-100): As cores são reproduzidas com grande precisão e sete naturais. Ideal para aplicações onde a precisão da cor é crucial, como museus, roupas, etc.
Valor CRI médio (80-90): A reprodução da cor é boa, mas algumas cores podem ser ligeiramente desligadas. Adequado para a maioria das aplicações gerais.
Valor CRI baixo (0-80): A reprodução da cor é deficiente e as cores podem ficar distorcidas. Apenas é recomendado para aplicações onde a precisão da cor não é importante.
Fatores que afetam o CRI:
Tipo de LED: Os LEDs de alta potência tendem a ter um CRI mais alto que os LEDs de baixa potência.
Cor do LED: Os LEDs de cor branca cálida tendem a ter um CRI mais alto que os LEDs de cor branca fria.
Fabricante do LED: Diferentes fabricantes podem ter diferentes processos de fabricação que afetam o CRI.
Importância do CRI:
O CRI é importante para:
Selecionar o LED adequado para uma aplicação específica: Em aplicações onde a precisão da cor é crucial, como museus ou lojas de roupas, é necessário um CRI alto.
Certifique-se de que as cores se tornem naturais: Um CRI altamente ajuda a que as cores se tornem o mais realistas possíveis.
Evitar a distorção da cor: Um CRI baixo pode fazer com que as cores sejam apagadas ou distorcidas.
