Longitudes de onda de LED y aplicaciones

Los diodos emisores de luz (LED) son semiconductores que convierten la energía eléctrica en energía de la luz. El color de la luz emitida depende del material y la composición semiconductores, con LED generalmente clasificados en tres longitudes de onda: ultravioleta, visible e infrarrojo.

El rango de longitud de onda de LED disponibles comercialmente con potencia de salida de un solo elemento de al menos 5 MW es de 275 a 950 nm. Cada rango de longitud de onda está hecha de una familia de material semiconductor específico, independientemente del fabricante. Este artículo proporcionará una visión general de la operación LED y una breve mirada a la industria. También se discutirán varios tipos de LED, las longitudes de onda correspondientes, los materiales utilizados en su composición y algunas aplicaciones para las lámparas específicas.

Los LED son diodos semiconductores que emiten luz cuando se aplica una corriente eléctrica en la dirección hacia adelante del dispositivo, se debe aplicar un voltaje eléctrico que sea lo suficientemente grande como para que los electrones se muevan a través de la región de agotamiento y se combine con un orificio en el otro lado para crear un par de agujeros de electrones. A medida que esto ocurre, el electrón libera su energía en forma de luz, y el resultado es un fotón emitido.

El BandGAP del semiconductor determina la longitud de onda de la luz emitida. Las longitudes de onda más cortas equivalen a una mayor energía y, por lo tanto, los materiales de más de banda emiten longitudes de onda más cortas. Los materiales más altos de BandGAP también requieren voltajes más altos para la conducción. Los LED de azul UV de longitud de onda corta tienen un voltaje avanzado de 3.5 V, mientras que los LED de IR cercanos tienen un voltaje avanzado de 1.5 a 2.0 V.

El factor primordial sobre si una longitud de onda específica está disponible comercialmente tiene que ver con el potencial del mercado, la demanda y las longitudes de onda estándar de la industria. Esto es particularmente pronunciado en las regiones de 420 a 460 nm, 480 a 520 nm y de 680 a 800 nm. Debido a que no hay aplicaciones de alto volumen para estos rangos de longitud de onda, no hay fabricantes de alto volumen que proporcionen productos LED para estos rangos. Sin embargo, es posible encontrar proveedores pequeños o medianos que ofrecen productos para llenar estas longitudes de onda particulares en una base personalizada.

Los diodos emisores de luz (LED) pueden emitir luz en una amplia gama de longitudes de onda, desde ultravioleta (UV) hasta luz visible hasta infrarrojo (IR). Cada rango de longitud de onda ofrece propiedades únicas que se aprovechan en varias aplicaciones. A continuación se muestra una descripción detallada de las longitudes de onda LED y sus aplicaciones:

LED ultravioleta (UV) (200–400 nm)

• LED UV-C (200–280 nm) :
  • Esterilización y desinfección : Los LED UV-C se utilizan ampliamente en sistemas de purificación de agua, esterilizadores de aire y desinfectantes superficiales. Al interrumpir las estructuras de ADN y ARN de bacterias y virus, los hacen incapaces de reproducirse, logrando efectivamente la esterilización.
  • Aplicaciones médicas : Se utilizan en aplicaciones como la desinfección del aire en quirófanos y la esterilización de equipos médicos.
• LED UV-B (280–315 nm) :
  • Fototerapia : Los LED UV-B se utilizan en tratamientos médicos para afecciones de la piel como la psoriasis y el vitiligo. La radiación UV-B estimula la producción de vitamina D en la piel, ayudando en procesos terapéuticos.
  • Dermatología : Ayudan a tratar afecciones de la piel como el eccema y el acné vulgar.

• LED UV-A (315–400 nm) :
  • Fotolitografía : Los LED UV-A son cruciales en la fabricación de semiconductores para crear patrones intrincados en obleas de silicio.
  • Aplicaciones de curado : Se utilizan en el curado rápido de tintas, recubrimientos y adhesivos, mejorando la eficiencia de producción.
  • Análisis de fluorescencia : Juegan un papel en las pruebas no destructivas y el análisis forense. Por ejemplo, se pueden detectar sustancias que fluorescen bajo la luz UV-A, como los fluidos corporales en las escenas del crimen.
    

LED de luz visible (400–700 nm)

• LED azules (430–470 nm) :
  • Instrumentos de curado dental : Los LED azul se utilizan en dispositivos de curado dental para endurecer los compuestos dentales durante procedimientos como rellenos y selladores.
  • Fototerapia : La fototerapia LED azul se usa para tratar la ictericia neonatal al descomponer el exceso de bilirrubina en los bebés.
  • Iluminación hortícola : La luz azul promueve el crecimiento vegetativo en las plantas mejorando la absorción de clorofila, haciéndola beneficiosa para el cultivo de plantas.
    

• LED verdes (520–530 nm) :
  • Luces de señalización de tráfico : Los LED verdes se utilizan en señales de tráfico verde debido a su alta visibilidad.
  • Indicadores y pantallas : Se usan comúnmente en dispositivos electrónicos como indicadores de estado y pantallas de visualización.

• LED ámbar (580–590 nm) :
  • Luces de señalización de tráfico : Los LED ámbar se utilizan en señales de tráfico ámbar o amarillo.
  • Luces de advertencia : Sirven como señales de precaución y alertas en entornos industriales.
• LED rojos (630–640 nm) :
  • Luces de señalización de tráfico : Los LED rojos son estándar para las señales de parada roja en los sistemas de tráfico.
  • Indicadores y pantallas : Se utilizan en varios dispositivos de señalización y pantallas electrónicas.
  • Aplicaciones médicas : La luz roja promueve el metabolismo celular y acelera la curación de heridas. Por ejemplo, la luz roja de 630–640 nm puede reducir el dolor y la inflamación en los músculos y las articulaciones.
• LED rojo intenso (660–680 nm) :
  • Oximetría y análisis de sangre : Los LED rojo intenso se utilizan para medir la saturación de oxígeno en la sangre y ayudar en el diagnóstico médico y los equipos de laboratorio.
  • Terapia fotodinámica : Se aplican en tratamientos farmacológicos activados por la luz para las células cancerosas.
  • Iluminación hortícola : La luz roja profunda estimula la floración y la fructificación en las plantas, mejorando la productividad agrícola.
  • Tratamientos estéticos médicos : La luz roja de 660 nm se usa en dispositivos de crecimiento del cabello para tratar afecciones como la alopecia androgenética. Los estudios han demostrado que la exposición continua a luz roja de 660 nm puede aumentar la densidad del cabello.
    

LED infrarrojos (IR) (700 nm - 1 mm)

• • LED de infrarrojo cercano (700–850 nm) :
    • Iluminación de visión nocturna : Proporcionan una iluminación invisible que puede detectarse mediante equipos de visión nocturna y cámaras CCD, utilizadas en dispositivos de visión nocturna.
    • Detección y detección : Son parte integral de los sensores de proximidad, codificadores ópticos y cortinas de luz de seguridad en los sistemas de automatización.
  • LED de infrarrojo cercano (850–940 nm) :
    • Controles fotoeléctricos : Se utilizan en dispositivos de teledetección y conmutación para la automatización industrial.
    • Iluminación encubierta : Permiten sistemas de vigilancia que permanecen indetectables para los sujetos que se están monitoreando.
  • LED de infrarrojo medio (1,400–3,000 nm) :
    • Imágenes y monitoreo térmicos : Los LED de infrarrojo medio se utilizan en cámaras de imágenes térmicas para el mantenimiento predictivo y el monitoreo de procesos mediante la detección de firmas de calor.
    • Equipo de detección de gas : Ayudan a identificar las emisiones de gas en procesos industriales, asegurando el cumplimiento ambiental.
  • LED infrarrojos profundos (3–25 μm) :
    • Espectroscopía y análisis de materiales : Se utilizan para determinar las composiciones químicas y las estructuras moleculares.
    • Control de calidad : Aseguran la verificación del proceso en la fabricación.
      

• LED blancos : Los LED blancos se utilizan principalmente para la iluminación general. También se aplican en la luz de fondo LCD, los faros automotrices e iluminación de la calle.
• LED RGB : Los LED RGB se usan ampliamente en pantallas publicitarias, iluminación decorativa e iluminación escénica. Al mezclar diferentes intensidades de luz roja, verde y azul, producen una amplia gama de colores.

Los LED son más confiables que los láseres, generalmente cuestan menos y pueden ser conducidos con circuitos de menor costo. La Unión Europea se ha unido a los Estados Unidos al clasificar los LED como una entidad separada. Afortunadamente, los LED no llevan las mismas preocupaciones o advertencias de seguridad ocular que hacen los láseres y los diodos láser. Por otro lado, los LED no se pueden convertir en puntos extremadamente pequeños, altamente colimados y ópticamente densos. En aplicaciones donde se requiere una densidad de potencia extremadamente alta dentro de un área pequeña, casi siempre se requiere un láser.

Los LED ahora se utilizan en una gran cantidad de diversos mercados y aplicaciones. Su alta confiabilidad, alta eficiencia y menor costo general del sistema en comparación con los láseres y lámparas hacen que estos dispositivos sean muy asequibles y atractivos para los segmentos de consumidores e industriales. Cada tecnología y/o color LED individual se ha desarrollado para abordar usos y requisitos específicos.