¿Qué hace funcionar una luz LED?

Probablemente hayas visto algún display LED o fuente de luz LED recientemente. Incluso puedes estar viendo uno ahora si lees esto en un monitor de ese tipo. LED ("diodo emisor de luz") es ubicuo: lámparas, relojes digitales, semáforos, faros, displays de texto, móviles, TVs, etc. Pero detrás de este dispositivo simple hay tecnología compleja y fascinante de electrónica y física avanzada.

Bandas de energía

Para entender LEDs, primero fundamentos. Electricidad = electrones (partículas u ondas). Imagina material sólido con dos bandas: valencia y conducción. Para conducir, electrones deben moverse de valencia a conducción. Diferencia entre metal (conductor) e aislante: el aislante tiene "banda prohibida" (band gap) entre ambas. Esto dificulta salto a conducción, así que aislante no conduce.

Semiconductores

Algunos aislantes pueden forzarse a permitir flujo de electrones aplicando energía (calor/luz). La energía extra excita electrones en banda de valencia para saltar banda prohibida a conducción. Estos materiales, semiconductores, componen la mayoría de componentes electrónicos. Un tipo es el diodo.

Diodos

La electricidad tiende a fluir en todas direcciones. Pero circuitos electrónicos requieren flujo en dirección cierta. Diodos lo permiten: corriente solo en una dirección. Diodo = carril unidireccional; en un sentido conduce, en otro aísla y frena electrones.

Dónde entran los LED

Lo único que separa diodo "normal" de emisor de luz es el material. Diodo estándar: semiconductores silicio. LED: combinación de galio, indio, aluminio, arsénico, fósforo, nitrógeno. En todo diodo, al aplicar corriente en dirección "correcta", electrones van de valencia a conducción. Dejan huecos en valencia; tras un tiempo, electrones vuelven a llenarlos. Este desplazamiento libera energía. Silicio no emite luz; diodos silicio solo calor. Pero con materiales de LED, este desplazamiento hace que el LED emita luz.

Colores

Cada vez que un electrón salta banda prohibida de conducción a valencia en LED, emite energía como luz. Ancho de banda prohibida determina color. Primeros LEDs fueron rojos; con avances y ajustes de banda, hoy hay amplia variedad de colores.