LED: Diodo Emissor de Luz

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SERGIPE
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS E ENGENHARIA DE MATERIAIS
CIÊNCIAS DOS MATERIAIS II
Docente: Sandra Andreia Stwart de Araujo Souza
GRAZIELLE ROZENDO DE CERQUEIRA
ISADORA TAVARES RODRIGUES LIMA
JADER LOURENÇO MUNIZ DE LIMA
DIODOS EMISSORES DE LUZ
Conceito
O diodo emissor de luz ou LED (Light emitter diode) é um componente eletrônico semicondutor;
Com propriedade de transformar energia elétrica diretamente em fótons (partículas de luz);
Diferentemente do que ocorre nas lâmpadas convencionais que utilizam filamentos metálicos, radiação ultravioleta e descarga de gases, dentre outras;
De modo que nas fontes luminosas tradicionais a maior parte da eletricidade se converte em calor e apenas um pouco em luz.
HISTÓRICO
Sua invenção por Nick Holonyac aconteceu em 1963, somente na cor vermelha, com baixa intensidade luminosa;
Utilizado somente para indicação de estado em rádios, televisores e outros equipamentos;
O LED de cor amarela foi introduzido no final dos anos 60;
Por volta de 1975 surgiu o primeiro LED verde;
Durante os anos 80, a introdução das tecnologias com Al In GaP, fez com que os LEDs da cor vermelha atingissem maiores níveis de intensidade luminosa;
HISTÓRICO
Contudo, apenas nos anos 90 Isamu Akasaki, Hiroshi Amano e Shuji Nakamur conseguiram criar feixes de luz azul através da tecnologia de InGaN, ganhadores do prêmio Nobel;
Sendo possível, portanto, a obtenção do LED branco, pela junção das três cores básicas (vermelho, verde e azul);
Hoje em dia, com tecnologias de aperfeiçoamento dos LEDs passamos por um período de substituição de alguns tipos de lâmpadas em várias aplicações de iluminação.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
Através da polarização direta, para um diodo de junção PN, o processo de recombinação proporciona um estímulo a emissão bem definida numa faixa a depender do material semicondutor usado.
A utilização de outros materiais semicondutores, com adição de dopantes especiais possibilitou a emissão de luz com maior intensidade e em diversas faixas do espectro.
EVOLUÇÃO DOS LEDs
Os primeiros diodos emissores de luz criados foram então de um material denominado Arseneto de Gálio e Arseneto de Gálio com Indio (GaAs e GaAsI) emitindo radiação principalmente na faixa dos infravermelhos. 
Por outro lado, as lâmpada incandescente apresentam frequência aleatória, se espalhando pelo espectro.
EVOLUÇÃO DOS LEDs
Surgiram então os primeiros LEDs capazes de emitir luz no espectro visível, na região do  vermelho, amarelo, verde, azul e violeta, sucessivamente. 
A emissão no ultravioleta é o próximo desafio que logo será concretizado.
TIPOS DE LEDs	
Existem diversos tipo de LEDs, que possuem variados tamanhos, ângulos de aberturas, com maior ou menor vida útil, e outras características.
LED SMD, surface mounted diode (dispositivos montados em superfície), tem por objetivo reduzir o espaço ocupado por tradicionais componentes. 	É mais brilhante que o LED comum.
COMPONENTES
1- Permitir que a maioria da luz escape, concentra a luz, protege o semicondutor.
2- ligação entre o ânodo e o cátodo.
3- Concentra a luz em um único ponto.
4-  É o coração de qualquer produto eletrônico e contém muitos circuitos integrados.
5 e 6- São usadas para fornecer tensão de entrada. Também são usados para segurar fisicamente o chip.
7- Quadro de chumbo ou chip.
SEMICONDUTORES
A energia que transporta cada fotão é dada pela equação E= hf como tal, os fotões emitidos no LED têm todos aproximadamente a mesma frequência, igual à diferença entre os níveis de energia dos eletrões nos dois elétrodos do LED, dividida pela constante de Planck.
SEMICONDUTORES
Sabendo que os LEDs, são monocromáticos. Assim, a cor da luz emitida pelo LED depende do semicondutor usado. 
CARACTERÍSTICAS ÓPTICAS
LEDs visível são feitos de materiais caracterizados por um fosso mais largo entre a banda de condução e os orbitais inferiores.
LEDs infravermelhos utilizam material que produz luz na parte infravermelha do espectro, ou seja, um pouco abaixo do que o olho humano pode ver. 
CARACTERÍSTICAS ÓPTICAS 	
Reflexão bastante substancial (Fresnel ). A luz produzida fica parcialmente refletida de volta ao semicondutor 
CARACTERÍSTICAS ÓPTICAS 
Refração da maioria dos materiais semicondutores LED é bastante alto, então, em quase todos os casos, a luz do LED é acoplada em um meio de índice muito inferior. 
Absorção os LEDs são categorizados como dispositivos de substrato absorvente, que possui uma banda estreita e absorve as emissões com energia maior que o seu intervalo.
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS
Diodo de germânio conduz a 0,2V;
Diodo de silício a 0,7V;
Led vermelho comum precisa de ao menos 1,6V;
LED azul de 2,7V.
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS
Observações: 
Nas aplicações que usam baterias, a alimentação de LEDs com maiores tensões exige circuitos especiais. Assim é comum que em telefones celulares, e outros aplicativos que são alimentados por baterias de 2,7 a 3,3 V, sejam usados circuitos especiais que aumentam a tensão para poder excitar os LEDs.
Na figura abaixo, o conversor é necessário para elevar a tensão aplicada a um LED a partir de uma pilha.
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS
Observações: 
Outro fator indispensável para o bom funcionamento do LED é o uso do resistor em série, umas vez que quando o LED começa a conduzir, sua resistência cai de tal forma que, se não houver um resistor para limitar a corrente ela aumenta a ponto de  causar sua queima.
R = (V- Vd)/I
R é o resistor em ohms
V é a tensão contínua de alimentação
Vd é a queda de tensão no LED dada para cada cor
I a corrente no LED
DIODOS EMISSORES DE LUZ ORGÂNICA
Funcionam de forma semelhante aos convencionais, mas em vez de usar camadas de semicondutores de tipo n e p, eles usam moléculas orgânicas para produzir seus elétrons e furos. 
OLEDs tradicionais usam pequenas moléculas orgânicas depositadas em vidro para produzir luz. 
DIODOS EMISSORES DE LUZ DE POLÍMERO 
Os polímeros emissores de luz, envolvem um polímero condutor que emite luz quando conectado a uma tensão externa, os polímero são bastante eficientes e requerem uma quantidade relativamente pequena de energia para a quantidade de luz produzida.
QUANTUM DOT LEDs
Pontos quânticos são pequenos nanocristais que emitem luz quando "excitados". São feitos de uma solução de plástico em cima de um índio-óxido de lata (ITO) originalmente usado como um ânodo para o LED. O processo de montagem realizado à temperatura ambiente
FIBRAS ÓPTICAS
Os emissores de luz são um elemento chave em qualquer sistema de fibra óptica. Este componente converte o sinal elétrico em um sinal de luz correspondente que pode ser injetado na fibra. 
FALHAS
Polaridade elétrica a corrente flui facilmente do tipo p para o tipo n. Se a tensão inversa cresce suficientemente grande para exceder a tensão de ruptura. 
Tempo de vida pode sofre com baixa temperatura e corrente, o uso adequado pode estende ou diminuir o tempo util.
ZONA DE DEPLEÇÃO
Lugar onde ocorre o acúmulo de cargas opostas, criando uma barreira de potencial, o material semicondutor é retornado ao seu estado de isolamento original todos os orifícios são preenchidos, portanto, não há elétrons livres ou espaços vazios para elétrons e a carga não pode fluir.
REFERÊNCIAS
Como funcionam os LEDs, Instituto NCB. Disponível em: <http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/733-como-funcionam-os-leds-art096>. Acesso em: 06 de março de 2018.
LED – O que é, e como funciona, Laboratório de iluminação. Disponível em:< https://www.iar.unicamp.br/lab/luz/dicasemail/led/dica36.htm >. Acesso em: 07 de março de 2018.
Rivera, A. “Nobel de Física para os criadores das lâmpadas LED de baixo consumo”. EL PAÍS, Madrl, 2014. Disponível em: <https://brasil.elpais.com/brasil/2014/10/07/ciencia/1412676307_341462.html>. Acesso em: 07 de março de 2018.
Os componentes dos LEDs e como eles funcionam. Disponível
em: < http://beaconlamps.com/blog/the-components-of-leds-and-how-they-work-3502>. Acesso em: 07 de março de 2018.
Como os diodos emissores de luz funcionam. Disponível em: < https://electronics.howstuffworks.com/led1.htm>. Acesso em: 07 de março de 2018.
REFERÊNCIAS
Quantum Dot LEDs apresentam uma solução econômica para as luzes LED. Disponível em: < https://sensing.konicaminolta.us/blog/quantum-dot-leds-present-cost-effective-solution-to-led-lights/>. Acesso em: 07 de março de 2018.
Diodo emissor de luz (LED). Disponível em: < 
 http://www.fiber-optics.info/articles/light-emitting_diode_led />. Acesso em: 07 de março de 2018.
OLEDs (LED orgânicos) e LEPs (polímeros emissores de luz). Disponível em: < http://www.explainthatstuff.com/how-oleds-and-leps-work.html>. Acesso em: 07 de março de 2018.
LEDs Geral. Disponível em: < https://pt.scribd.com/document/352392602/1-Leds-Geral>. Acesso em: 07 de março de 2018.