LED Indicators

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Electrónica Analógica

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 1

LED’s Solid State Lighting (SSL)

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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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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

- Irr

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

es

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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/