Led
Un poco de historia
En 1927, Oleg Lósev publicó las características del primer diodo emisor de luz, en una revista científica rusa. En los años comprendidos de 1924 a 1941, publicó una serie de artículos, detallando las funciones de un dispositivo, que él mismo había desarrollado, que generaba luz mediante electro luminiscencia, cuando los electrones emiten luz al cambiar a un nivel inferior de energía.
El primer led utilizable fue desarrollado en el año 1962, combinando Galio, Arsénico y Fósforo (GaAsP) con lo que se consiguió un led rojo con una intensidad bastante baja, aproximadamente 10 mcd a 20mA.
El siguiente desarrollo se basó en el uso del Galio en combinación con el Fósforo (GaP). A pesar de que se conseguía una eficiencia de conversión corriente-luz más elevada que con el GaAsP, esta se producía a baja corriente, un incremento en la misma no generaba un aumento lineal en la luz emitida, sino la destrucción del led, sumado a esto que la frecuencia de emisión estaba muy cerca del infrarrojo una zona en la cual el ojo no es muy sensible por lo que el led parecía tener un brillo muy bajo.
Los primeros led se construían de forma manual, el posicionamiento del sustrato y el vertido de la resina era realizado por operarios y no por brazos robotizados como hoy en día, por lo que la calidad del led era bastante variable y la vida útil muy inferior a la esperada.
Ya entrada la década de los 70, se crearon nuevos colores. Con distinta proporción de materiales. Así se consiguió el verde y rojo utilizando GaP y ámbar, naranja y rojo utilizando GaAsP. También se desarrollaron los led infrarrojos, que se hicieron rápidamente populares en los mandos a distancia de los televisores y otros aparatos del hogar.
En la década de los 80 un nuevo material entró en escena el GaAlAs Galio, Aluminio y Arsénico. Con la introducción de este material el mercado del led comenzó a evolucionar proporcionando una mayor luminosidad que sus predecesores. Su brillo era aproximadamente 10 veces mayor y unas corrientes superiores lo que permitía utilizarlas en circuitos multiplexados como las pantallas de texto con desplazamiento.
Sin embargo este material se caracteriza por tener limitaciones, la primera y más evidente es que solo se conseguía rojo y segundo que se degradan más rápidamente que los otros materiales, efecto que se hace más patente ante elevadas temperaturas y humedad. Hay que tener en cuenta que la calidad del encapsulado es un factor fundamental. Las resinas para el encapsulado no tenían una buena impermeabilidad ante la humedad.
En los 90 se apareció en el mercado el material más exitoso para producir led hasta la fecha el AlInGaP Aluminio, Indio, Galio y Fósforo. Las principales ventajas de este material compuesto son que se puede conseguir una gama de colores desde el rojo al amarillo cambiando la proporción de los materiales que lo componen y segundo, su vida útil es bastante mayor, a la de sus predecesores, los primeros led tenía una vida promedio efectiva de 40.000 horas los led de AlInGaP más de 100.000 horas aun en ambientes de elevada temperatura y humedad.
Es de notar que muy difícilmente un led se queme, pero si que se ponga en cortocircuito o que se abra como un fusible e incluso que explote si se le hace circular una intensidad elevada, pero en condiciones normales de uso un led se degrada o sea que pierde luminosidad con una tasa aproximada del 5 % anual. Cuando el led ha perdido el 50% de su brillo inicial, se dice que ha llegado al fin de su vida útil y eso es lo que queremos decir cuando hablamos de vida de un led. Un rápido cálculo podemos considerar que un LED de AlInGaP tiene una vida útil de más de 10 años. Uno de factores fundamentales que atentan contra este número es la temperatura, tanto la del ambiente como la interna generada en el chip, por lo que un factor a tener en cuenta son las técnicas de refrigeración para disipar la temperatura.
Hacia el final de los 90 se consiguieron todos los colores del arco iris, cuando gracias a la investigación de Shuji Nakamura, de una pequeña empresa fabricante de led de origen japonés Nichia, se llego al desarrollo del led azul, este led siempre había sido difícil de conseguir debido a su elevada energía de funcionamiento y relativamente baja sensibilidad del ojo a esa frecuencia. Hoy en día coexisten varias técnicas diferentes para producir luz azul, una basada en el SiC Silicio – Carbono otra basada en el GaN Galio – Nitrógeno, otra basada en InGaN Indio-Galio-Nitrógeno sobre substrato de Zafiro y otra GaN sobre sustrato SiC. El compuesto GaN, inventado por Nakamura, es actualmente el más utilizado.
Dado que el azul es un color primario, junto con el verde y el rojo, tenemos hoy en día la posibilidad de formar el blanco con la combinación de los tres y toda la gama de colores del espectro, esto permite que los display gigantes a todo color se hagan cada día más habituales en nuestra vida cotidiana. Es también posible lograr otros colores con el mismo material GaN, como por ejemplo el verde azulado o turquesa. Este color es el utilizado en los semáforos. Ya que su tono azulado lo hace visible para los daltónicos que tienen problemas para percibir el color verde.
También es posible conseguir el púrpura, violeta o ultravioleta. Este último es importante para conseguir de una forma más eficiente el blanco que la mera mezcla de los colores primarios, ya que añadiendo fósforo blanco dentro del encapsulado, este absorbe la radiación ultravioleta y emite luz dentro de todo el espectro visible, logrando el blanco en un proceso similar al que se produce en los tubos fluorescentes. A veces el fósforo posee una leve tonalidad amarillenta para contrarrestar el tono azulado del semiconductor.