Iluminação LED. LED – Light Emitting Diode ( Diodo emissor de Luz )
LED Indicators
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Electrónica Analógica
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 1
LED’s Solid State Lighting (SSL)
Electrónica Analógica
03-05-2023 Por : Luís Timóteo 2
Descoberto em 1907 e ignorado até...
1962 — 1º LED com espectro de luz visível; 1972 — 1º LED amarelo e LED encarnado de alta saída; 1977 — 1º painel maleável com LED’s; 1993 — LED azul de alto brilho; 1995 — LED branco; 1999 — LED de alta potência (≥ 1 watt); 2003 — LED = 4 vezes mais eficiente que lâmpadas incandescentes; 2006 — LED = 8 vezes mais eficiente que lâmpadas incandescentes;
NOTAS de ID
“Nichia delivers 92 lm/W at 350 mA” - Nov 2006; “Philips Lumileds shatters 350 mA performance records with 115 Im/W LED - Jan 2007
(R&D result); “Cree achieves 1000 lumens from a single LED”[52— 721m/W] - Sep 7, 2007 (R&D
result); ‘Seoul Semiconductor to launch 420 lumen LED next quarter” [52 Im/W] - Sep 19, 2007.
Tecnologia de Iluminação a LED‘s:Marcos Históricos.
LED
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cos
His
tóric
os
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O que é um LED?Um LED (Light Emitting Diode) – é um dispositivo semicondutor que emite luz
quando polarizado directamente. Este efeito é uma forma de electroluminiscência, em que a cor da luz depende da composição química do material semicondutor usado, podendo ser entre o infravermelho e o ultravioleta!
Tal como um díodo, consiste numa bolacha (chip) de material semicondutor dopado com impurezas, criando uma junção P-N.
No caso do Si e do Ge, os electrões e as lacunas recombinam-se sem produzir qualquer emissão óptica, já que os materiais são do tipo indirect bandgap, produzindo calor e não luz.
Quando um electrão encontra uma lacuna, fica num nível de energia mais baixo, liberta energia na forma de um fotão…
LED
- O q
ue é
um
LED
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Constituição
Um LED é constituído por uma junção PN de material semicondutor e por dois terminais, o Ânodo (A) e o Cátodo (K).
A cor da luz emitida pelo LED depende do material semicondutor que o constitui de modo que a quantidade de energia libertada para o fotão determina a cor da luz!...
Símbolo:
P N
A K
LED
- Con
stitu
ição
O que é um LED?
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BURACOS ELECTRÕES
Tipo PZona de
Deplecção
Tipo N
O que é um LED?
Junção P-N
Comportamento da junção P-N por efeitos de Temperatura.
LED
- Jun
ção
PN
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BURACOS ELECTRÕES
Tipo P Tipo NZona de
Deplecção
Tipo P Tipo NZona de
Deplecção
A corrente circula através da junção
O que é um LED?
Junção P-N
Comportamento da junção P-N por efeitos aplicação de uma polarização directa.
LED
- Jun
ção
PN
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BURACOS ELECTRÕES
Tipo P Tipo NZona de
Deplecção
Tipo P Tipo N
A corrente circula através da junção
BURACOS ELECTRÕES
Tipo P Tipo NZona de
Deplecção
O que é um LED?
Junção P-N
Comportamento da junção P-N por efeitos aplicação de uma polarização inversa.
A corrente não circula através da junção
LED
- Jun
ção
PN
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O que é um LED? Como é que o LED produz luz?
Quando a corrente circula através do diodo, os electrões de carga negativa, movem-se num sentido enquanto que os buracos ou lacunas de carga positiva se movem no sentido oposto.
Os buracos circulam a um nível de energia mais baixo do que os electrões livres, portanto quando os electrões caiem nesse nível, perdem energia…
…Essa energia é libertada soba a forma de um fotão de Luz. A amplitude da “queda” do electrão, determina o nível de energia do fotão, que por sua vez determina a cor da luz. Uma maior “queda” produz um fotão com maior nível de energia, a que corresponderá uma luz com frequência mais elevada.LE
D- P
rodu
ção
de L
uz
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Subtracto de suporte
Camada tipo N
Camada tipo P
Lacuna (Buraco)
Electrão
Fotão
Camada Activa (Bandgap)
Os fotões emitidos não têm todos a mesma direcção e a mesma fase… “Luz incoerente”!...
O que é um LED? Como é que o LED produz luz?
LED
- Pro
duçã
o de
Luz
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Frequência da LuzDe acordo com a teoria de Planck, a luz é constituída por partículas
chamadas FOTÕES.O fotão é um pequeno pacote de ondas electromagnéticas.
A energia do Fotão está relacionada com a frequência das ondas electromagnéticas n :
EPH = h nh é a constante de Planck, h = 6.626 x 10-34 J-s
LED
- Pro
duçã
o de
Luz
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Os diferentes elementos da tabela periódica (III-V) usados como semicondutores (Ex. Ga, As, In). Com a junção polarizada directamente emitem fotões de diferentes comprimentos de onda…
Frequência da Luz
LED
- Pro
duçã
o de
Luz
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Os diferentes elementos da tabela periódica (III-V) usados como semicondutores (Ex. Ga, As, In). Com a junção polarizada directamente emitem fotões de diferentes comprimentos de onda…
Frequência da LuzLE
D- P
rodu
ção
de L
uz
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Frequência da LuzOs diferentes elementos da tabela periódica (III-V) usados como
semicondutores (Ex. Ga, As, P, In..). Com a junção polarizada directamente emitem fotões de diferentes comprimentos de onda…
Brilho Standard Alto Brilho
LED
- Pro
duçã
o de
Luz
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LED’s: Características técnicas
Led vermelho Material semicondutor que o constitui:Fosfoarsenieto de gálio
VF = 1,6 V VR = 3 V
Led verdeLed amarelo
Material semicondutor que o constitui:Fosforeto de gálio
VF = 2,4 V VR = 3 V
Led infra vermelho Material semicondutor que o constitui:Arsenieto de gálio
VF = 1,35 V VR = 4 V
A corrente directa (IF) deverá estar compreendida entre 10 e 100 mA.VF – Tensão máxima de polarização directa. VR – Tensão máxima de polarização inversa.
LED
- Car
acte
rístic
as T
écni
cas
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Energia Emitida por um LED
Esta expressão de uso geral, simplesmente diz que a voltagem é proporcional á energia eléctrica, neste caso aplicada ao LED. A constante q, é a carga eléctrica de um electrão, -1.6 x 10-19 Coulomb.
A energia (E) da luz emitida por um LED, está relacionada com a carga eléctrica (q) de um electrão e a voltagem (V), necessária para acender o LED.
E = q.V Joules.
Suponha que ao medir voltagem aos terminais dum LED, pretende calcular a energia necessária para o acender.
Digamos que tem um LED encarnado, e a voltagem medida aos seus terminais é 1.71 Volts. Então a energia necessária para o acender é:
E = qV ou E = -1.6 x 10-19 (1.71) JoulesComo 1 Coulomb-Volt =1 Joule. Multiplicando dá:
E = 2.74 x 10-19 Joules.LED
- Ene
rgia
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Identificação visual dos terminais LED
LED ”Indicator”
Ânodo(+)
Cátodo(-)
A K
Chanfro
Terminal menor
Lente
Terminal maior
LED
- Ter
min
ais
Polarizações
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Chanfro
Cátodo(-)
Ânodo(+)
Lente (epoxy)
Luz emitida
Copo Reflector
CHIP
Ligação ao Ânodo
Estrutura interna do LEDLED ”Indicator”
LED
- Est
rutu
ra
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O Chip (die) (área activa do LED) está encapsulado num invólucro de plástico ou de cerâmica, que pode conter um ou mais chips.
O termo SSL (Solid State Lighting), é um termo comum usado na tecnologia LED para aplicações de iluminação. Refere-se a uma tecnologia em que a luz é emitida por electroluminiscência de dispositivos do estado sólido, contrapondo ás lâmpadas de filamentos (que usam irradiação térmica).
Estrutura interna do LEDLED ”Indicator”
Cátodo(-)
Ânodo(+)
Luz emitida
Lente (epoxy)
Ligação ao Ânodo
Copo Reflector Terminal
Positivo
Terminal Negativo GaN Tipo P
Região activa
GaN Tipo N
Fotão
Electrão
Buraco
LED
- Est
rutu
ra
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LEDs Indicators – Ângulo de irradiação
LED
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adia
ção
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LEDs Indicators: Aplicações
Vários tipos de indicadores, todos eles a LED’s…
Displays de LED’s
LED
-Bas
es
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Sinalização de Trânsito”
LEDs Indicators: Aplicações
LED
-Bas
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Sinalização ….
LEDs Indicators: Aplicações
LED
-Bas
es
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Questões?Dúvidas?
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OBRIGADO PELA ATENÇÃO !...
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Bibliografia:
http://www.prof2000.pt/users/lpa
© 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)
www.ecse.rpi.edu
www.lightemittingdiodes.org/
http://www.solidstatelightingdesign.com/
http://www.omslighting.com/ledacademy/308/
http://www.lighting.philips.pt/