Un diodo emisor de luz o led (también conocido por la sigla LED, del inglés light-emitting diode) es una fuente de luz constituida por un material semiconductor dotado de dos terminales. Se trata de un diodo de unión p-n, que emite luz cuando está activado. led y LED. Definiciones de LED en inglés. Consultado el 5 de mayo de 2017. Si se aplica una tensión adecuada a los terminales, los electrones se recombinan con los huecos en la región de la unión p-n del dispositivo, liberando energía en forma de fotones. Este efecto se denomina electroluminiscencia, y el color de la luz generada (que depende de la energía de los fotones emitidos) viene determinado por el ancho de la banda prohibida del semiconductor. Los ledes son normalmente pequeños (menos de 1 mm²) y se les asocian algunos componentes ópticos para configurar un patrón de radiación.Modelado del patrón de radiación de los LEDS. Consultado el 5 de mayo de 2017.
Los primeros ledes fueron fabricados como componentes electrónicos para su uso práctico en 1962 y emitían luz infrarroja de baja intensidad. Estos ledes infrarrojos se siguen empleando como elementos transmisores en circuitos de control remoto, como son los mandos a distancia utilizados dentro de una amplia variedad de productos de electrónica de consumo. Los primeros ledes de luz visible también eran de baja intensidad y se limitaban al espectro rojo. Los ledes modernos pueden abarcar longitudes de onda dentro de los espectros visible, ultravioleta e infrarrojo, y alcanzar luminosidades muy elevadas.
Los primeros ledes se emplearon en los equipos electrónicos como lámparas indicadoras en sustitución de las bombillas incandescentes. Pronto se asociaron para las presentaciones numéricas en forma de indicadores alfanuméricos de siete segmentos, al mismo tiempo que se incorporaron en los relojes digitales. Los recientes desarrollos ya permiten emplear los ledes para la iluminación ambiental en sus diferentes aplicaciones. Los ledes han permitido el desarrollo de nuevas pantallas de visualización y sensores, y sus altas velocidades de conmutación permiten utilizarlos también para tecnologías avanzadas de comunicaciones.
Hoy en día, los ledes ofrecen muchas ventajas sobre las fuentes convencionales de luces incandescentes o fluorescentes, destacando un menor consumo de energía, una vida útil más larga, una robustez física mejorada, un tamaño más pequeño así como la posibilidad de fabricarlos en muy diversos colores del espectro visible de manera mucho más definida y controlada; en el caso de ledes multicolores, con una frecuencia de conmutación rápida.
Estos diodos se utilizan ahora en aplicaciones tan variadas que abarcan todas las áreas tecnológicas actuales, desde la Bioingeniería, la Medicina y la Sanidad, pasando por la nanotecnología y la computación cuántica, los dispositivos electrónicos o la iluminación en la ingeniería de Minas; entre los más populares están la retroiluminación de pantallas de TV y ordenador, así como de dispositivos móviles la luz de navegación de los aviones, los faros delanteros de los vehículos, los anuncios publicitarios, la iluminación en general, los semáforos, las lámparas de destellos y los papeles luminosos de pared. Desde el comienzo de 2017, las lámparas led para la iluminación de las viviendas son tan baratas o más que las lámparas fluorescentes compacta de comportamiento similar al de los ledes. También son más eficientes energéticamente y, posiblemente, su eliminación como desecho provoque menos problemas ambientales. miniaturadeimagen|Partes de un led convencional. Las superficies planas del yunque y del poste dentro del encapsulamiento de epoxi actúan como anclajes para evitar que los conductores se desplacen por un esfuerzo mecánico o por vibraciones thumb|Imagen ampliada de un led de montaje en superficie
Historia
Descubrimiento y primeros dispositivos
El fenómeno de la electroluminiscencia fue descubierto en 1907 por el experimentador británico Henry Joseph Round, de los laboratorios Marconi, usando un cristal de carburo de silicio y un detector de bigotes de gato. El inventor soviético Oleg Lósev informó de la construcción del primer led en 1927. Su investigación apareció en revistas científicas soviéticas, alemanas y británicas, pero el descubrimiento no se llevó a la práctica hasta varias décadas más tarde. Kurt Lehovec, Carl Accardo y Edward Jamgochian interpretaron el mecanismo de estos primeros diodos led en 1951, utilizando un aparato que empleaba cristales de carburo de silicio, con un generador de impulsos y con una fuente de alimentación de corriente, y en 1953 con una variante pura del cristal.
Rubin Braunstein, de la RCA, informó en 1955 sobre la emisión infrarroja del arseniuro de galio (GaAs) y de otras aleaciones de semiconductores. Braunstein observó que esta emisión se generaba en diodos construidos a partir de aleaciones de antimoniuro de galio (GaSb), arseniuro de galio (GaAs), fosfuro de indio (InP) y silicio-germanio (SiGe) a temperatura ambiente y a 77 kelvin.
En 1957, Braunstein también demostró que estos dispositivos rudimentarios podían utilizarse para establecer una comunicación no radiofónica a corta distancia. Como señala Kroemer, Braunstein estableció una línea de comunicaciones ópticas muy simple: tomó la música procedente de un tocadiscos y la procesó mediante la adecuada electrónica para modular la corriente directa producida por un diodo de GaAs arseniuro de galio. La luz emitida por el diodo de GaAS fue capaz de sensibilizar un diodo de PbS sulfuro de plomo situado a una cierta distancia. La señal así generada por el diodo de PbS fue introducida en un amplificador de audio y se trasmitió por un altavoz. Cuando se interceptaba el rayo luminoso entre los dos ledes, cesaba la música. Este montaje ya presagiaba el empleo de los ledes para las comunicaciones ópticas. miniaturadeimagen|La electroluminiscencia verde de un punto de contacto en un cristal de SiC reproduce el experimento original que realizó Round en 1907
En septiembre de 1961, James R. Biard y Gary Pittman, que trabajaban en Texas Instruments (TI) de Dallas (Texas), descubrieron una radiación infrarroja (de 900nm) procedente de un diodo túnel que habían construido empleando un sustrato de arseniuro de galio (GaAs). En octubre de 1961 demostraron la existencia de emisiones de luz eficientes y el acoplamiento de las señales entre la unión p-n de arseniuro de galio emisora de luz y un fotodetector aislado eléctricamente y construido con un material semiconductor. Con base en sus descubrimientos, el 8 de agosto de 1962 Biard y Pittman produjeron una patente de título “Semiconductor Radiant Diode” (Diodo radiante semiconductor) que describía cómo una aleación de zinc difundida durante el crecimiento del cristal que forma el sustrato de una unión p-n led con un contacto del cátodo lo suficientemente separado, permitía la emisión de luz infrarroja de manera eficiente en polarización directa.
A la vista de la importancia de sus investigaciones, tal como figuraban en sus cuadernos de notas de ingeniería y antes incluso de comunicar sus resultados procedentes de los laboratorios de General Electric, Radio Corporation of America, IBM, Laboratorios Bell o las del Laboratorio Lincoln del Instituto Tecnológico de Massachusetts, la Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos les concedió una patente por la invención de los diodos emisores de luz infrarroja de arseniuro de galio (patente US3293513A de los EE.UU.), que son considerados como los primeros ledes de uso práctico. Inmediatamente después de la presentación de la patente, la TI inició un proyecto para la fabricación de los diodos infrarrojos. En octubre de 1962, Texas Instruments desarrolló el primer led comercial (el SNX-100), que empleaba un cristal puro de arseniuro de galio para la emisión de luz de 890nm. En octubre de 1963, TI sacó al mercado el primer led semiesférico comercial, el SNX-110.
El primer led con emisión en el espectro visible (rojo) fue desarrollado en 1962 por Nick Holonyak.Jr cuando trabajaba en la General Electric. Holonyak presentó un informe en la revista Applied Physics Letters el 1 de diciembre de 1962. En 1972 M. George Craford, un estudiante de grado de Holonyak, inventó el primer led amarillo y mejoró la luminosidad de los ledes rojo y rojo-naranja en un factor de diez. En 1976, T. P. Pearsall construyó los primeros ledes de alto brillo y alta eficiencia para las telecomunicaciones a través de fibras ópticas. Para ello descubrió nuevos materiales semiconductores expresamente adaptados a las longitudes de onda propias de la citada transmisión por fibras ópticas.
Desarrollo comercial inicial
Los primeros ledes comerciales fueron generalmente usados para sustituir a las lámparas incandescentes y las lámparas indicadoras de neón así como en los visualizadores de siete segmentos. Este artículo trata trata sobre las negociaciones de las empresas HP y Monsanto en la fabricación de pantallas LED y diodos. Consultado el 14 diciembre de 2016. Primero en equipos costosos tales como equipos electrónicos y de ensayo de laboratorio, y más tarde en otros dispositivos eléctricos como televisores, radios, teléfonos, calculadoras, así como relojes de pulsera. Hasta 1968, los ledes visibles e infrarrojos eran extremadamente costosos, del orden de 200 dólares por unidad, por lo que tuvieron poca utilidad práctica. La empresa Monsanto Company fue la primera que produjo de manera masiva ledes visibles, utilizando fosfuro de arseniuro de galio (GaAsP) en 1968 para producir ledes rojos destinados a los indicadores.
Hewlett-Packard (HP) introdujo los ledes en 1968, inicialmente utilizando GaAsP suministrado por Monsanto. Estos ledes rojos eran lo suficientemente brillantes como para ser utilizados como indicadores, puesto que la luz emitida no era suficiente para iluminar una zona. Las lecturas en las calculadoras eran tan débiles que sobre cada dígito se depositaron lentes de plástico para que resultaran legibles. Más tarde, aparecieron otros colores que se usaron ampliamente en aparatos y equipos. En la década de los 70 Fairchild Optoelectrónics fabricó con éxito comercial dispositivos led a menos de cinco centavos cada uno. Estos dispositivos emplearon chips de semiconductores compuestos fabricados mediante el proceso planar inventado por Jean Hoerni de Fairchild Semiconductor.US 3025589, “Method of Manufacturing Semiconductor Devices”. Patente del Procedimiento de Fabricación de Dispositivos Semiconductores. Consultado el 14 de diciembre 2016.Patent number: 3025589 Concesión de la patente en marzo de 1962. Consultado el 14 de diciembre de 2016. El procesado planar para la fabricación de chips combinado con los métodos innovadores de encapsulamiento permitió al equipo dirigido por el pionero en optoelectrónica, Thomas Brandt, lograr las reducciones de coste necesarias en Fairchild.. Este artículo habla sobre la historia de los ledes desde el experimentador Henry Round en 1907 hasta nuestros días. Consultado el 14 de diciembre de 2016. Estos métodos siguen siendo utilizados por los fabricantes de los ledes.Park, S. -I.; Xiong, Y.; Kim, R. -H.; Elvikis, P.; Meitl, M.; Kim, D. -H.; Wu, J.; Yoon, J.; Yu, C. -J.; Liu, Z.; Huang, Y.; Hwang, K. -C.; Ferreira, P.; Li, X.; Choquette, K.; Rogers, J. A. (2009). "Printed Assemblies of Inorganic Light-Emitting Diodes for Deformable and Semitransparent Displays". Science. 325 (5943): 977-981. doi: 10.1126/science.1175690. PMID 19696346. Artículo de la revista Science sobre los distintos montajes de diodos emisores de luz inorgánicos para pantallas deformables y semitransparentes. Consultado el 14 de diciembre de 2016.
thumb|Pantalla led de una calculadora científica TI-30 (aprox. 1978) que utiliza lentes de plástico para aumentar el tamaño visible de los dígitos