semicondutores: - leds

SemicondutoresSemicondutores: : - LEDLED

10-04-2310-04-23 Por Por : : Luís TimóteoLuís Timóteo 11

Diodos Emissores Diodos Emissores

LuzLuzdede



O Espectro ElectromagnéticoO Espectro Electromagnético

A LuzA Luz



Raios Raios GamaGama

Raios Raios XX

Ultra-VioletasUltra-Violetas Infra-vermelhosInfra-vermelhos Micro-OndasMicro-Ondas Ondas Ondas RádioRádio

Ondas longasOndas longas..Baixa Frequência.Baixa Frequência.Baixa energia.Baixa energia.

Ondas curtasOndas curtas..Alta Frequência.Alta Frequência.Alta energia.Alta energia.

A luz visívelA luz visível

AzulAzul VerdeVerde VermelhoVermelho

Luz VisívelLuz Visível

A LuzA Luz

De acordo com a teoria de Planck, a luz é constituída por partículas chamadas FOTÕESFOTÕES.

O fotão é um pequeno pacote de ondas electromagnéticas.A energia do Fotão está relacionada com a frequência das ondas electromagnéticas : EEPHPH = h = h hh é a constante de Planck, h = 6.626 x 10h = 6.626 x 10-34-34 J-s J-s



PRODUÇÃO DE LUZPRODUÇÃO DE LUZ

TermoradiaçãoTermoradiação LuminescênciaLuminescência

nat

ura

lar

tifi

cia

l

Combustão Incandescência

Radiação de um corpo sólido

Chama

Lampião de gás

Lâmpada incandescente

Descarga no seio de um gás

Lâmpada de vapor metálico

Substâncias luminescentes

Placas de sinalização rodoviária

A LuzA Luz



Estado excitadoEstado excitado

A luminescêncialuminescência, é a emissão de luz por uma substância quando submetida a algum tipo de estímulo, como luz, reação química, ou radiação ionizante, mas que não a temperatura (a emissão de luz causada por aumento da temperatura é chamada incandescência).

LuminescênciaLuminescência

Diagrama Diagrama de energiade energia

Estado NormalEstado Normal

Uma partícula excitada (átomo ou molécula) só pode perder a sua energia extra, de poucas maneiras:

Gerando calor.Gerando calor.Transferindo a energia para uma outra partícula.Transferindo a energia para uma outra partícula.Ruptura.Ruptura. Luminescência: Emitindo luz.Luminescência: Emitindo luz.

A LuzA Luz



FosforescênciaFosforescência: é a capacidade que uma espécie química tem de emitir luz, mesmo no escuro. Quando o material é exposto a luz ,devido a uma configuração especial de seus electrões, eles absorvem a energia da luz visível ou luz ultravioleta, os electrões dos átomos se excitam migrando para níveis de energia mais afastados do núcleo. Retirado a exposição à radiação, os electrões retornam lentamente aos níveis mais internos emitindo luz, fenómeno denominado fosforescência.

Tipos de luminescência por Mecanismo: Tipos de luminescência por Mecanismo: FluorescênciaFluorescência: : é um tipo de luminescência que é resultado da recombinação muito

rápido (micros segundos) de excitações simples. Ela desaparece rapidamente quando a fonte de excitação (luz ou da corrente eléctrica) é removida. Os seus electrões são promovidos de um nível de energia inferior para um nível mais externo , onde dizemos que o electrão se encontra em estado excitado. Ao retornar ao seu nível fundamental de energia o electrão emite a energia absorvida na forma de radiação visível. Assim, o fenómeno da fluorescência só perdura enquanto existir uma fonte de radiação. No caso da lâmpada fluorescente , há emissão de luz enquanto a tomada estiver ligada pois a corrente eléctrica é a fonte de energia e o material utilizado para recobrir o interior do tubo de vidro é o fósforo, responsável pela absorção da radiação ultravioleta emitida pelo mercúrio no interior do tubo e emissão da luz visível branca.


A LuzA Luz



FosforescênciaFosforescênciaFluorescênciaFluorescência


Emprega-se o termo fosforescência quando ocorre emissão retardada de luz ou brilho residual. São substâncias fosforescentes os sulfatos alcalinos e alcalino-terrosos e o sulfato de zinco. Essa distinção, no entanto, é imprecisa, já que depende da acuidade do detector utilizado, seja ele o olho humano ou um aparelho.

O O fenómenofenómeno dividem-se em duas categorias: dividem-se em duas categorias:

A fluorescência é uma fotoluminescência que cessa no mesmo instante que a acção das radiações excitadoras.

A LuzA Luz



Diferentes tipos de LuminescênciaDiferentes tipos de Luminescência

FotoluminescênciaFotoluminescência:: é um processo no qual uma substância absorve fotões e, em seguida, re-irradia fotões.

Electroluminescência:Electroluminescência: fenómeno óptico e eléctrico durante o qual um material emite luz em resposta a uma corrente eléctrica que o atravessa, ou a um forte campo eléctrico

Catodoluminescência:Catodoluminescência: produzida por um bombardeio electrónico (utilizada no osciloscópio catódico.

Quimioluminescência:Quimioluminescência: que acompanha certas reacções químicas.

Outros mecanismosOutros mecanismosRadioluminescência: Radioluminescência: excitação por radiação (alfa, beta).SonoluminescênciaSonoluminescência: : excitação por som (colapso de uma bolha).Bioluminescência: Bioluminescência: excitação por actividades celulares.Triboluminescência: Triboluminescência: excitação por quebra das ligações de um material.

Na era da iluminação eléctrica, os mecanismos dominantes Na era da iluminação eléctrica, os mecanismos dominantes são a fotoluminescência e a electroluminiscência.são a fotoluminescência e a electroluminiscência.

A LuzA Luz



Diferentes tipos de LuminescênciaDiferentes tipos de Luminescência FotoluminescênciaFotoluminescência

FotoluminescênciaFotoluminescência: : parte da luz que incide na matéria reflecte-se e outra parte absorve-se. A luz irradiada por fotoluminescência tem, em regra, um comprimento de onda maior do que a luz que causou a luminescência, produzindo um dos dois tipos de fenómenos ópticos: fluorescênciafluorescência ou fosforescênciafosforescência.

Fósforo Fósforo

Lâmpada FluorescenteLâmpada Fluorescente

Luz branca. Usa fósforos de terras-raras: Luz branca. Usa fósforos de terras-raras: E.g., TbTb, CeCe:LaLaPOPO44 , EuEu:YY22 OO33

A espécie emissora está excitada por fotões de alta energia.

FluorescênciaFluorescência

FosforescênciaFosforescência.

A LuzA Luz



Elementos de terras-rarasElementos de terras-raras

Diferentes tipos de LuminescênciaDiferentes tipos de Luminescência FotoluminescênciaFotoluminescência

As terras-raras são um grupo selecto de 17 elementos químicos de relativa abundância na crosta terrestre (com concentração variando entre 68ppm para o Cério e 0,5ppm para o Túlio e lutécio) considerados raros pela dificuldade da sua separação (já que ocorrem em vários minérios de composições distintas). Apenas o lantânio, que é muito instável, não é visto nestas terras – embora se classifique como tal.

TerrasTerrasRarasRaras

A LuzA Luz



Diferentes tipos de LuminescênciaDiferentes tipos de Luminescência EletroluminescênciaEletroluminescência

ElectroluminescênciaElectroluminescência: fenómeno óptico e eléctrico durante o qual um material emite luz em resposta a uma corrente eléctrica que o atravessa, ou a um forte campo eléctrico.

LED de junção PNLED de junção PN

LED de alto brilho actualLED de alto brilho actual

LED de conversão a fósforoLED de conversão a fósforo

Blue LED + yellow-green phosphor (CeCe:Y:Y3 3 AlAl5 5 OO1212 ) )

OLED OLED

A LuzA Luz



Diferentes tipos de LuminescênciaDiferentes tipos de Luminescência Catodoluminescência:Catodoluminescência:

Nesta técnica utiliza-se um cátodo de uma válvula Electrónica ou de um rectificador de vazio que, ao ser aquecido pela passagem de uma corrente eléctrica, é excitado emitindo Electrões. Os cátodos incandescentes são geralmente tubos de metal revestidos com óxido de bário e são conduzidos à incandescência através de um filamento resistivo localizado no seu interior.

A catodoluminescência:A catodoluminescência: ocorre quando a energia excitadora provém dos Electrões (bombardeamento de electrões).

RRGGBB phosphors: phosphors:YY22 O O22 S: S:EuEu+Fe+Fe2 2 OO33

ZnS:Cu,AlZnS:Cu,AlZnS:Ag+Co-on-AlZnS:Ag+Co-on-Al22 O O33

A LuzA Luz



Diferentes tipos de LuminescênciaDiferentes tipos de Luminescência Quimioluminescência:Quimioluminescência:

Quimioluminescência:Quimioluminescência: é a emissão de luz, não acompanhada da emissão de calor, em consequência de uma reacção química.

Bioluminescência:Bioluminescência:Bioluminescência:Bioluminescência: é o processo de emissão de luz fria

e visível por organismos vivos com função de comunicação biológica. A produção da luminescência ocorre por meio de uma reacção química altamente exotérmica em que a oxidação de uma molécula orgânica chamada de luciferina libera energia na forma de luz visível. Essa reacção é catalisada por enzimas com alto ΦQL chamadas de luciferases. Trata-se de uma forma de ocorrência natural de quimioluminescência, em que a energia resultante de uma reacção química é lançada sob a forma de emissão de luz.

A LuzA Luz



Em 1976, T.P. Pearsall criou os primeiros LEDs de alto brilho, alta eficiência para telecomunicações de fibra óptica, inventando novos materiais semicondutores especificamente adaptados para comprimentos de onda para transmissão de fibra óptica.

O primeiro LED prático visível no espectro luminoso (vermelho) foi desenvolvido em 1962 por Nick Holonyak Jr., enquanto trabalhava na General Electric Company. Holonyak relatou pela primeira vez esta descoberta na revista Applied Physics Letters, em 1 de Dezembro de 1962. Holonyak é visto como o "pai do diodo emissor de luz".

M. George Craford, um ex-aluno de pós-graduação de Holonyak, inventou o primeiro LED amarelo e melhorou o brilho dos LEDs vermelho e vermelho-alaranjado por um factor de dez, em 1972.

http://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode

O primeiro LED azul de alto brilho, foi demonstrado por Shuji Nakamura da Nichia Corporação em 19941994 e foi baseado em InGaN. O seu desenvolvimento construído sobre a evolução crítica de nucleação de GaN em substratos de safira e a demonstração de GaN dopado do tipo-p desenvolvidos por Isamu Akasaki e H. Amano em Nagoya.

A existência de LEDs azuis e LEDs de alta eficiência, rapidamente levou ao desenvolvimento do primeiro LED branco, o qual empregou um Y3Al5O12:Ce, ou "YAG", revestimento de fósforo para misturar com luz amarela convertida com azul para produzir uma luz que parece branca . Nakamura foi agraciado com o Millennium Technology Prize 2006, por sua invenção.

LEDsLEDsHistorialHistorial



Níveis de EnergiaNíveis de EnergiaOs electrões circulam á volta do núcleo em

órbitas fixas: Existem muitas teorias sobre órbitas de electrões, mas para entender a luz temos que conhecer apenas uma regra: um electrão ocupa uma órbita natural, mas se se aplicar energia ao átomo, ele pode saltar para órbitas superiores.

Um fotão de luz é produzido sempre que um electrão que está numa órbita superior do que a normal, volta para sua órbita. Durante a queda da órbita superior para a normal, o electrão cede energia sob a forma de um fotão (um pacote de energia) com características bastante específicas.

O fotão tem uma frequência ou cor que está exactamente de acordo com a distância que o electrão decai.

A LuzA LuzLuz visívelLuz visível



Níveis de EnergiaNíveis de Energia

Núcleo

1º Nível de Energia



Absorção de Energia

Cedência de Energia




Níveis de EnergiaNíveis de Energia

Bandas de Energia dos SemicondutoresBandas de Energia dos Semicondutores:: Banda de Condução, Banda de Valência…

O Electrão regressa á órbita O Electrão regressa á órbita anterior e emite um fotão com anterior e emite um fotão com a energiaa energia EE..

Átomo SimplesÁtomo Simples:

E = Energia necessária para excitar o electrão a saltar para uma órbita superior.

E

Excitação térmica ou Excitação térmica ou óptica..óptica..

Relaxação após Relaxação após excitação térmica ou excitação térmica ou

ópticaóptica




Níveis de EnergiaNíveis de Energia: - Num cristal semicondutor: - Num cristal semicondutor

No átomo as orbitas sucedem-se uma ás outras formando No átomo as orbitas sucedem-se uma ás outras formando BANDAS.BANDAS. A Banda mais baixa torna-se a A Banda mais baixa torna-se a BANDA DE VALÊNCIABANDA DE VALÊNCIA.. A órbita mais alta torna-se a A órbita mais alta torna-se a BANDA DE CONDUÇÃO,BANDA DE CONDUÇÃO,

Átomo SimplesÁtomo Simples

Cristal SemicondutorCristal Semicondutor

Electrões excitados podem mover-se (Electrões livres).

Emissão de Fotão:

E = h gE

RecombinaçãoRecombinaçãoGeraçãoGeração

Electrões excitados não podem mover-se.Electrões excitados não podem mover-se.




Níveis de EnergiaNíveis de Energia: - Num cristal semicondutor: - Num cristal semicondutor

O Nível mínimo de energia necessária para ionizar um electrão ( salto de um

nível para outro) é chamada de: Energia de ionização EG.Energia de ionização EG.

Como resultado da recombinação (electrão – lacuna), o electrão emite um fotão com uma energia aproximadamente igual á energia do salto de entre os níveis do semicondutor.

Electrão livre

Lacuna livreBanda de ValênciaBanda de Valência

Banda de Condução Banda de Condução

Emissão de Fotões

EEPHPH = = GG




Níveis de EnergiaNíveis de Energia: - Energia do Fotão: - Energia do Fotão

c

EEPHPH = h = h

[m]

1.9878 x10[J]E

-25

PH

c

hh = 6.626 x 10-34 J-s

Joules não é uma boa unidade de medida da energia do fotão;

Metros também não o é, para medir o comprimento de onda…

cc=3 x 108 m/s é a velocidade da Luz.

Comprimento de onda – Cor da LuzComprimento de onda – Cor da Luz

vv=Frequência (Hz)




““Electrão – Volt” – Electrão – Volt” – Unidade de energia na electrónica quântica: 1 eV = 1.6 x 10Unidade de energia na electrónica quântica: 1 eV = 1.6 x 10-19-19 Joules.Joules.

[μμmλ

1.24[eV]EPH

Micrometros Micrometros – – Unidade conveniente para medir comprimento de onda.

[m] = [m] x 10-6

Substituindo na expressão da energia do Fotão EPH,EPH, vem:

Energia do fotãoEnergia do fotão

A LuzA Luz



❶❶A excitação dum átomo através de energia…

❷Causa um electrão saltar para um nível de energia superior…

O electrão regressa de novo á sua órbita, libertando energia sob a forma de fotão …Luz…

A LuzA LuzEmissão de FotõesEmissão de Fotões



A LuzA LuzEmissão de FotõesEmissão de Fotões



Um diodo emissor de luz (LED) é essencialmente uma junção PN de opto-semicondutor, Um diodo emissor de luz (LED) é essencialmente uma junção PN de opto-semicondutor, que emite uma luz monocromática (uma única cor) quando devidamente polarizado de que emite uma luz monocromática (uma única cor) quando devidamente polarizado de forma directa.forma directa.

Os LEDs convertem energia eléctrica em energia luminosa (Electroluminiscência). Os LEDs convertem energia eléctrica em energia luminosa (Electroluminiscência). Eles são frequentemente usados como luzes de "piloto" em aparelhos Eles são frequentemente usados como luzes de "piloto" em aparelhos electrónicos para indicar se o circuito está ligado ou não, como indicadores… e electrónicos para indicar se o circuito está ligado ou não, como indicadores… e muito mais… e mais recentemente em iluminação.muito mais… e mais recentemente em iluminação.

Símbolo:Símbolo:

LEDLEDO que é um LED?O que é um LED?



A corA cor

A cor da luz emitida por um LED não é determinada pela coloração do corpo de plástico do LED, embora estes sejam ligeiramente corados para aprimorar ainda mais a saída de luz, e para indicar sua cor quando não está sendo iluminado.

Como diodos de junção PN convencionais, os LEDs são dispositivos dependentes de corrente, com sua queda de tensão directa VF, dependendo do composto semicondutor (sua cor). O ponto onde se inicia a condução a luz é produzida é a cerca 1.2V para um LED padrão vermelho, e a cerca 3.6V para um LED azul.

Antes de um diodo emissor de luz poder "emitir" qualquer forma de luz, precisa que uma corrente flua através dele, pois é um dispositivo dependente de corrente, pelo que a intensidade da luz da saída é directamente proporcional á corrente que flui através do LED.

LEDLED



LEDLEDEmissão de FotõesEmissão de Fotões

Subtracto de suporte

Camada tipo NN

Camada tipo PP

Lacuna (Buraco)

Electrão

Fotão

Camada Activa (Bandgap)

Os fotões emitidos não têm todos a mesma direcção e a mesma fase… “Luz Luz incoerenteincoerente”!...

O LED produz luz pela combinação de cargas positivas e Negativas num cristal de Indium-Gallium-Nitride (InGaN).



PP NN

CalorCalorCamada ActivaCamada ActivaCamada barreiraCamada barreira

Junção P-nJunção P-n

LUZLUZ


A tensão de polarização directa, faz com que os electrões e os buracos que entram na A tensão de polarização directa, faz com que os electrões e os buracos que entram na junção p-n se recombinem. Alternativamente, podemos dizer que a energia externa junção p-n se recombinem. Alternativamente, podemos dizer que a energia externa fornecida, excita os electrões na banda de condução. De lá, eles caem para a banda de fornecida, excita os electrões na banda de condução. De lá, eles caem para a banda de valência e se recombinam com os buracos libertando energia sob a forma de fotões…valência e se recombinam com os buracos libertando energia sob a forma de fotões…

A cor da luz (λ),depende do material semicondutor e da sua “Banda Proibida” (BandGap). A cor da luz (λ),depende do material semicondutor e da sua “Banda Proibida” (BandGap). Quanto maior Bandgap menor comprimento de onda (λ) da luz emitida.Quanto maior Bandgap menor comprimento de onda (λ) da luz emitida.



Ao ser aplicada uma tensão que polariza directamente o LED, ocorre que muitos electrões não têm a energia suficiente para passarem da banda de valência para a banda de condução, ficando na zona interdita ou proibida. Como não podem permanecer nessa zona voltam à banda de valência tendo para esse efeito de perder energia, o que fazem emitindo luz (fotões).

EnergiaEnergia

Banda de valência

Banda proibida

Banda de condução

Luz

Electrão

Banda de valência

Banda de conduçãoBanda de condução

Banda Proibida

Nível de Fermi

Lacuna

Electrão

Emissão de FotõesEmissão de Fotões

LEDLED



p n+

Eg

eeVVoo

EEFF

Ec

Ev

Ec

Ev

EF

eeVVoo

Energia do Energia do electrãoelectrão

Distância interna

h EgEg

V

p nn ++

Diagrama das bandas de energia da junção (homojunção) p-n+ (altamente dopado com n- ). Sem qualquer polarização o potencial de barreira Vo impede os electrões de se movimentarem na parte superior n+.

Ao ser aplicada uma polarização, Vo é reduzida, permitindo os electrões, serem injectados na zona p-. Recombinações electrão lacuna (buraco), acontecem na zona de difusão entre a junção (activa-zona proibida..), produzindo emissão de fotões.

© 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)

Electrão na BCElectrão na BCLacuna na BVLacuna na BV


LEDLED



BVBV

BCBC

h+h+

e-e-


LEDLED

Semicondutores de Banda Directa (GaAs)Semicondutores de Banda Directa (GaAs)

© 1999 S.O. Kasap, Optoekctronics (Prentice Hall)© 1999 S.O. Kasap, Optoekctronics (Prentice Hall)

EECC

EEVV

EEg

h+h+

e-e-

hhVV

VaziosVazios ᴪ ᴪkk

Ocupados Ocupados ᴪᴪkk

Os semicondutores de Banda Proibida Directa (Direct Bandgap), são os Os semicondutores de Banda Proibida Directa (Direct Bandgap), são os candidatos de primeira escolha para dispositivos emissores de luz.candidatos de primeira escolha para dispositivos emissores de luz.

BANDA PROIBIDA BANDA PROIBIDA (Bandgap)-- É a diferença de energia (em eV) entre o nível do topo da BANDA DE VALÊNCIABANDA DE VALÊNCIA (BV) e o nível mais baixo da BANDA DE CONDUÇÃO BANDA DE CONDUÇÃO (BC), nos isoladores e nos semicondutores.




LEDLED

Semicondutores de Bandgap Indirecta (Si, Ge)Semicondutores de Bandgap Indirecta (Si, Ge)

Em semicondutores de bandgap directa, como o Arseneto de Gálio (GaAs), a banda proibida é menor quando o vector - k é zero. Este é o lugar onde a transição entre e banda valência e a banda de condução ocorrerá, e que dará lugar á emissão de um fotão - emissão espontânea, índices baixos de energia aplicados

Mas para semicondutores de bandgap indirecta mais ampla, como é o caso do Silício e do Germânio, a energia mínima da banda de condução pode ocorrer, num ponto em que o vector de k não é igual a zero, e então não produziriam fotões mas sim fonões que em vez de luz produzem calor.

Mas através de dopagem quântica, é criado um “centro de recombinação”, onde um fonão dá origem a um electrão de alta energia que se combina depois com uma lacuna ou buraco, produzido luz LED ou laser de alta intensidade.




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 sob 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.

Princípio de funcionamentoPrincípio de funcionamento



LEDLEDFuncionamentoFuncionamento

http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/tutorials/leddiagram/leddiagram.swf



LEDLEDFuncionamentoFuncionamento



LED indicador tradicionalLED indicador tradicional LED de IluminaçãoLED de Iluminação

LEDLEDTiposTipos

IIndicator Illuminator



Lente Lente (epoxy(epoxy))

Copo ReflectorCopo Reflector

Terminal positivo

Junção

Tipo-P

Tipo-N

Terminal negativo

ElectrãoElectrão

BuracoBuraco

Copo ReflectorCopo Reflector

FotãoFotão

Terminal NegativoTerminal Negativo

Estrutura interna do LEDEstrutura interna do LED

LED – “Indicator”LED – “Indicator”



O Chip (die) (área activa do LED) está encapsulado num invólucro de plástico ou de cerâmica, que pode conter um ou mais chips.

CátodoCátodo((--))

ÂnodoÂnodo((++))

Luz emitidaLuz emitida

Lente Lente (epoxy(epoxy))

Ligação ao Ânodo Ligação ao Ânodo

Copo Copo Reflector Reflector Terminal Terminal

PositivoPositivo

Terminal Terminal NegativoNegativo

GaN Tipo PGaN Tipo P

Região activaRegião activa

GaN Tipo NGaN Tipo N

FotãoFotão

ElectrãoElectrão

BuracoBuraco


LED – “Indicator”LED – “Indicator”



Phillips Lumiled Luxeon K2s

CátodoCátodoCátodoCátodo

Invólucro Invólucro ExteriorExterior

Dissipador Dissipador TérmicoTérmico

Fio de ligaçãoFio de ligação

Base de Base de SilícioSilício

LenteLente

LED ChipLED Chip

CalorCalor

Estrutura interna do LED para IluminaçãoEstrutura interna do LED para IluminaçãoO 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).

LED – “Illuminator”LED – “Illuminator”



18791879Edison Edison LightLightBulbBulb

U.S. U.S. 223,898223,898

19011901FluoresceFluoresce

ntntTubeTube

20002000White LED White LED

LampLampdemonstratesdemonstratesIncandescentIncandescentEfficacy (17 Efficacy (17

lm/W)lm/W)

19191919SodiumSodiumVapor Vapor LampLamp

20092009Production Production

WhiteWhiteLED LampLED Lamp

Exceeds 100 Exceeds 100 lm/Wlm/W

A tecnologia actual de iluminação tem mais de 120 anos.

LEDs começaram como indicadores, mas agora estão prestes a se tornarem a fonte de luz mais eficiente jamais criada!...

1970s1970sFirst First RedRedLEDLED

Calculators andCalculators and IndicatorsIndicators

~1990~1990““High Brightness”High Brightness”

Red, Orange, Red, Orange, Yellow, & Green Yellow, & Green

LEDsLEDs

MonochromeMonochrome signssigns

19951995““High High

Brightness”Brightness”Blue, Green Blue, Green

LEDsLEDs

Full Color SignsFull Color Signs

20052005White LED White LED

LampLampdemonstratesdemonstratesFluorescentFluorescentEfficacy (70 Efficacy (70

lm/W)lm/W)

SSolid State Lightingolid State Lighting

Breve história da Iluminação…. Breve história da Iluminação….

LEDsLEDs



A Luz não pode escapar para ângulos maiores que ϴc .

ϴc define um ângulo sólido = projecção da área de superfície: Ω=2π(1-cosϴ)

c

i

tC n

sin90nArcsin

2221 sinsin nnell Lei de Sn :

Extracção de LuzExtracção de Luz

LEDsLEDs



O primeiro LED comercial, foi o Led encarnado (RR), mas para iluminação, temos que ter as 3 cores básicas das Luz – RRGGBB. Só em 1995, o engenheiro Nakamura, nos laboratórios da Nichia Chemical Industries, desenvolveu de forma eficiente, os LEDs Azul (BB) e o Verde (GG) a partir de heteroestruturas de GaN, que veio possibilitar a construção de LEDs de luz branca.

Comprimento de onda e a Cor.Comprimento de onda e a Cor.

LEDsLEDs



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…


LEDsLEDs



O comprimento de onda, e portanto a cor, depende do espaçamento entre as bandas do material semicondutor.

EncarnadoEncarnado: : GaAlAs

Azul:Azul: InGaN

UVUV: InGaAs


LEDsLEDs



Light Emitting Diode Color VariationsLight Emitting Diode Color Variations

Color NameColor Name WavelengthWavelength(Nanometers)(Nanometers)

SemiconductorSemiconductorCompositionComposition

InfraredInfrared 880880 GaAlAs/GaAsGaAlAs/GaAs

Ultra RedUltra Red 660660 GaAlAs/GaAlAsGaAlAs/GaAlAs

Super RedSuper Red 633633 AlGaInPAlGaInPSuper OrangeSuper Orange 612612 AlGaInPAlGaInP

OrangeOrange 605605 GaAsP/GaPGaAsP/GaP

YellowYellow 585585 GaAsP/GaPGaAsP/GaPIncandescentIncandescent

WhiteWhite 4500K (CT)4500K (CT) InGaN/SiCInGaN/SiC

Pale WhitePale White 6500K (CT)6500K (CT) InGaN/SiCInGaN/SiC

Cool WhiteCool White 8000K (CT)8000K (CT) InGaN/SiCInGaN/SiCPure GreenPure Green 555555 GaP/GaPGaP/GaPSuper BlueSuper Blue 470470 GaN/SiCGaN/SiCBlue VioletBlue Violet 430430 GaN/SiCGaN/SiCUltravioletUltraviolet 395395 InGaN/SiCInGaN/SiC

LEDs – Variação das Cores LEDs – Variação das Cores Combinações de materiaisCombinações de materiais


LEDsLEDs



101000

1010-1-1

1010-2-2

1010-3-3

1010-4-4

Comprimento de onda em nanometrosComprimento de onda em nanometros

Os materiais mais importantes que são utilizados para diodos emissores de luz Os materiais mais importantes que são utilizados para diodos emissores de luz (LEDs), para cada uma das diferentes regiões espectrais.(LEDs), para cada uma das diferentes regiões espectrais.

350 400 450 500 550 600 650 700 750 350 400 450 500 550 600 650 700 750

GaN

GaN

ZnS

eZ

nSe

violetviolet blueblue

GaP

:NG

aP:N

greengreen yellowyellowG

aAs.

14p

86G

aAs.

14p

86

GaA

sG

aAs .3

5.3

5pp6

565

redredorangeorange

GaA

sG

aAs .6.6

pp44

Sensibilidade da visão humana ás Sensibilidade da visão humana ás corescores


LEDsLEDs



Espectro do LEDEspectro do LED Os LEDs brancos têm uma grande componente Azul, devido á maneira como

são construídos.

LuminescênciaLuminescência FosforescênciaFosforescência

LED Azul circundado por fósforo Amarelo.

LED brancoLED branco

LEDsLEDs



Benefícios da luz Natural…Benefícios da luz Natural… A luz solar excita todos os três tipos de cones no olho humano…(Cones são as

células sensíveis à cor)… No entanto são mais sensíveis ao verde e amarelo.


LEDsLEDs



A pupila permanece mais aberta, perdendo percepção em A pupila permanece mais aberta, perdendo percepção em profundidade e detalhe…profundidade e detalhe…

As fontes artificiais de luz têm falta de Azul…As fontes artificiais de luz têm falta de Azul…


LEDsLEDs



GaN+GaP = GaAs GaN+GaP = GaAs (1+x)(1+x)PxPx

Resposta espectral do olho humano.- melhor no verde…

eV

GaP = 2.26eV GaAs = 1.42eV

Indirect ----------- > Direct

GaP= indirecto mas quando ligado com GaAs, o bandgap

ficará directo a x = 0.45

Transição do bandgap correspondente ao de próximo IR até laranja-

vermelho, parte do espectro visível.

1.997eV

GaAs (1+x) Px


LEDsLEDs



Temperatura das cores:Temperatura das cores:


LEDsLEDs



RRGGBB- Mistura Aditiva de Cores - Mistura Aditiva de Cores

RRededGGreenreenBBluelue


LEDsLEDs



CCMMYY- Mistura subtractiva de Cores - Mistura subtractiva de Cores

CCMMYYKKCCianMMagentaYYellowBlackk


LEDsLEDs



A luz branca actual, tem uma tonalidade azulada, similar á luz das lâmpadas de vapor de mercúrio, usadas na iluminação pública. Na curva do spectrum mostrado acima, o pico da esquerda corresponde ao menor comprimento de onda () da componente azul do LED. O lóbulo da direita, de maior comprimento de onda, corresponde á emissão do Fósforo.

Os LEDs são dispositivos monocromáticos (uma cor).A cor é determinada pela amplitude da banda proibida (bandgap) do semicondutor usado para o seu fabrico; Encarnado, Verde, Amarelo e Azul, são os mais comuns. A Luz Branca contém todas as cores e não

pode ser criada só com um único LED. Na verdade a cor comum do LED Branco "white" é que não é realmente branco (varia com a Temperatura”).

É um LED Azul de Nitrito de Gallium, pigmentado com Fósforo que, quando excitado pela Luz do LED Azul, emite luz de um largo espectro, que adicionada á luz Azul, dá uma luz aproximadamente branca.

1,2

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0300 400 500 600 700 800

White LED Spectrum

Resp

osta

Rela

tiva

Comprimento de onda (λ) em nm.


Iluminação a LEDsIluminação a LEDs



470 525 590 630 700

430 470 525 590 630

Há outros tipos de LEDs “Brancos” que são fabricados com vários “chips” de LEDs de diferentes cores, reunidos num único encapsulamento. Esta técnica não tem tido grande sucesso, conduzindo a mudanças de cor, dependente do ângulo de visão, pelo que o balanceamento das cores não é realmente o melhor.

Blue Peak Red Peak

Green Peak

470 800525 590 630

Blue LED Spectrum

Combined Spectrum

Phosphor Emission

Red+Blue+Green LEDsRed+Blue+Green LEDs

Ajuste dinâmico da cor;

Cor excelente (Rendering);

Cor cintilante (Gamut).

UV LED+RGB PhosphorUV LED+RGB Phosphor

Phosphor Emission

Blue LED+Yellow PhosphorBlue LED+Yellow Phosphor

UV LED Spectrum

Ajuste dos brancos por meio do fósforo;


Simplicidade de criar Branco.

Simplicidade de criar branco;

Cor excelente (Rendering).

Há várias Tecnologias para criar LEDs Brancos, cada qual com as suas vantagens e inconvenientes!...

Combined Spectrum

LED brancoLED branco Tecnologias Tecnologias




LED brancoLED branco: RGB: RGB

http://arduino-info.wikispaces.com/RGB-LEDhttp://arduino-info.wikispaces.com/RGB-LED




Multi chip RGBMulti chip RGB

Blue Peak Red Peak

Green Peak

470 800525 590 630

Red+Blue+Green LEDsRed+Blue+Green LEDs

Ajuste dinâmico da cor;Ajuste dinâmico da cor;

Cor excelente Cor excelente (Rendering)(Rendering);;

Cor cintilante Cor cintilante (Gamut).(Gamut).

Melhor eficiência Melhor eficiência (Teórica)(Teórica)

Led Verde c/baixa eficiência Led Verde c/baixa eficiência (80 lm/W)(80 lm/W)

Custo elevado Custo elevado – 5% do mercado.– 5% do mercado.

LED brancoLED branco Tecnologias Tecnologias


Os LEDs RGB podem criar até Os LEDs RGB podem criar até

256256 cores diferentes.cores diferentes.



Vantagens:Vantagens:Excelente CRI.Alta eficiência Lúmenes/Watt.Temperatura da cor pode ser afinada pelo ajuste das três cores separadamente.Mais eficiente em comparação com LED branco á base de fósforos.

Desvantagens:Desvantagens:Dificuldade de conseguir “puro” Branco.Variação de cor de “lâmpada” para lâmpada.

Multi chip RGBMulti chip RGBLED brancoLED branco Tecnologias Tecnologias A luz branca pode ser formada por mistura de luzes de cores diferentes, o método mais

comum é a utilização de vermelho, verde e azul (RGB). Por isso, o método é chamado de LEDs brancos multicolor (por vezes referido como LEDs RGB). Porque estes necessitam de circuitos electrónicos para controlar o processo de mistura e difusão de cores diferentes, e porque os LEDs de cores individuais têm tipicamente padrões de emissão ligeiramente diferentes (conduzindo a variações de cor em função da direcção), mesmo se feitos como uma unidade única, estes são raramente usado para produzir luz branca. No entanto, este método é particularmente interessante em muitos usos, devido à flexibilidade da mistura de cores diferentes, e, em princípio, este mecanismo também tem maior eficiência quântica para produzir luz branca.




Espectro do LED RGB Espectro do LED RGB LED brancoLED branco Tecnologias Tecnologias




BrancoBranco

470 525 590 630 700

Blue LED Spectrum

Combined Spectrum

Phosphor Emission

Blue LED+Yellow PhosphorBlue LED+Yellow Phosphor

Simplicidade de criar branco;

Falta espectro verde e encarnado

Cor excelente (Rendering).

CRI <80.

Actualmente 160 L/w.

LED branco LED branco (Pseudo)(Pseudo)TecnologiaTecnologia: LED Azul + Fósforo Amarelo: LED Azul + Fósforo Amarelo


FósforoFósforo

Chip LED AzulChip LED AzulCalorCalor




Chip LED AzulChip LED Azul

Fósforo remotoFósforo remoto

Camara de ReflexãoCamara de Reflexão

Luz ReflectidaLuz Reflectida

http://player.vimeo.com/video/37590070Abrir este LinkAbrir este Link




BrancoBranco

CalorCalorChip LED Chip LED

AzulAzul

FósforoFósforo

LED branco LED branco (Pseudo)(Pseudo)

TecnologiaTecnologia: LED Azul + Fósforo Verde e vermelho : LED Azul + Fósforo Verde e vermelho (Sialon)(Sialon)




LED branco LED branco (Pseudo)(Pseudo) TecnologiasTecnologias: LED Azul + Fósforo: LED Azul + Fósforo




Vantagens:Vantagens:Estabilidade de temperatura da cor.Maior facilidade de criar do que LED RGB.CRI aceitável.

Desvantagens:Desvantagens:Menor eficiência.Menos Lúmenes/Watt.Emissão de espectro.Menor durabilidade que outros tipos de LEDs.

LED branco LED branco (Pseudo)(Pseudo) TecnologiaTecnologia: LED Azul + Fósforo : LED Azul + Fósforo




430 470 525 590 630

UV LED+RGB PhosphorUV LED+RGB Phosphor

Phosphor Emission

UV LED Spectrum

Ajuste dos brancos por meio do fósforo;


Simplicidade de criar Branco.

CRI 90

Combined Spectrum

CalorCalor

Chip UV LEDChip UV LED

FósforoFósforo

LED branco LED branco TecnologiaTecnologia: LED UV + Fósforo : LED UV + Fósforo RRGGBB




LED branco LED branco Outras TecnologiasOutras Tecnologias

DicromáticasDicromáticas

TricromáticasTricromáticas

TetracromáticasTetracromáticas





CátodoCátodoCátodoCátodo

Invólucro Invólucro ExteriorExterior


Fio de ligaçãoFio de ligação

Base de Base de SilícioSilício

LenteLente LED ChipLED Chip

CalorCalor

LED ”Illuminator”LED ”Illuminator”





LEDLED

LED chipLED chip

PCBPCB

DissipadorDissipador

O CALOR é retirado do chip, para o ambiente.O CALOR é retirado do chip, para o ambiente.

RefrigeraçãoRefrigeração





Cátodo (Terminal)

Fios de Ouro

DissipadorLED Chip(InGaN)

Encapsulante de silicone

CalorCalor

Lente de Plástico

Substrato deSilício






ÂnodoÂnodo

LenteLente

CátodoCátodo

DissipadorDissipador ChipChipEstrutura de Estrutura de AlojamentoAlojamento

LigaçãoLigação

Diodo ESDDiodo ESD

ESD- electrostatic discharge






QW: QW: Incorporando cristais fotónicos nos LED’s de indium-gallium-nitride, aumenta-se a eficiência quântica interna e a quantidade de luz extraída. A Luz é produzida na região activa de poços quânticos (quantum Wells (QW).

LED+ Cristal FotónicoLED+ Cristal Fotónico

Safira (n=1.7)Safira (n=1.7)

GaN (n=2.4)GaN (n=2.4)

SafiraSafira

n-GaNn-GaN

p-GaNp-GaN

Cristal FotónicoCristal Fotónico

QW(*) região ActivaQW(*) região Activa

Contactos Contactos MetálicosMetálicos

Extracção de Luz DirigidaExtracção de Luz DirigidaEstrutura interna do LEDEstrutura interna do LED





CREE XML T6

White Z-LED - P4

Cree XLamp® 7090 power LEDLuxeon Emitter High

Power Cool White

High Power Led Emitter

[WW-P05A5SWUA]

High Power LED PCBHigh Power LED PCB

Acriche”,the World First Semiconductor Light Source

LuminusUp to 6000 lumens @ ~100 lm/W




LED ChipLED Chip

Determina o brilho e a eficácia.

Sistema de FósforoSistema de Fósforo

Determina a cor e a sua estabilidade.

PackagePackage

Protege o chip e o fósforo.

Ajuda a extracção de luz e calor.

Factor determinante do tempo de vida útil do LED.

High Power LED PackageHigh Power LED Package




Diferentes geometrias para aumentar a extracção de LuzDiferentes geometrias para aumentar a extracção de Luz

Extracção de Luz; Extracção de Luz;




LRP-38:LRP-38:12 watts,12 watts,500 lúmenes,500 lúmenes,Temperatura de cor 2700K.Temperatura de cor 2700K.92 CRI,92 CRI,Durabilidade: 50.000 horasDurabilidade: 50.000 horas

CREE Introduz em Maio, 2009

Foco - LED branco Foco - LED branco




Switch100W-537×367

A Switch LED, apresentou em 2011 a primeira Lâmpada LED dos seu género, equivalente a 100W, fornecendo 1700 lúmenes, para uso comercial e residencial.

Lâmpadas a LED‘s Equivalente a 100W Lâmpadas a LED‘s Equivalente a 100W incandescenteincandescente






Óptica Óptica (Difusor)(Difusor)

Óptica Óptica (Fósforo (Fósforo Remoto)Remoto)

LEDs LEDs (Chips)(Chips)

CasquilhoCasquilho


Driver Driver (Interno)(Interno)

Encapsulante Térmico Encapsulante Térmico para circuito de para circuito de

potênciapotência

PCBPCB

ReflectorReflector Interface TérmicoInterface Térmico





Ligarem-se e desligarem-se automaticamente quando chegam a casa ou se ausentam;Acendimento gradual de manhã, para vos proporcionar um acordar mais natural; Apagamento progressivo e lento quando ao deitar;Criar notificações coloridas quando recebem e-mails ou mensagens; Mudar de cor ao som da música, etc. etc.

LED brancoLED branco: : LIFXLIFX

Este é um projecto que nos pretende dar aquilo que todos (ou pelo menos, muitos, imagino eu…) desejam: a possibilidade de ter total controlo sobre as lâmpadas em sua casa.

Estas lâmpadas LED podem ser controladas através do vosso smartphone, e para além de as ligarem/desligarem, podem mudar de cor, e até usarem funcionalidades mais avançadas como:




Como o LED deve ser conectado numa condição de polarização directa através de uma fonte de alimentação, a corrente que o percorre deve ser limitada usando uma resistência em série para protegê-lo de fluxo de corrente excessiva. Nunca ligar um LED directamente a uma bateria, pilha ou fonte de alimentação, uma vez que será destruído quase que instantaneamente, porque a corrente excessiva irá queimá-lo.

O valor da resistência em série (RSRS), é calculado simplesmente usando a Lei de Ohm, desde que sabendo a corrente directa adequada para o LED (IFIF), a tensão de polarização (VFVF) e a tensão de alimentação (VSVS). O valor da resistência limitadora de corrente é calculado assim:

O brilho de um LED não pode ser controlado simplesmente por variação da corrente que flui através dele. Permitindo mais fluxo de corrente através do LED vai fazê-la brilhar mais, mas também fará com que ele dissipe mais calor. Os LEDs são projetados para produzirem uma quantidade de luz, a uma corrente específica ,variando de 10 a 20 mA.

LED - Driver LED - Driver



Circuitos integrados médios, têm uma corrente de saída até 50 mA. De qualquer maneira a corrente de alimentação do LED deve ser limitada a um valor seguro usando uma resistência em série como vimos anteriormente. Seguidamente estão alguns exemplos de circuitos usando ICs de lógica combinacional ou sequencial sinalizando com LEDs.

Agora que sabemos o que é um LED, precisamos de alguma forma de controlá-lo para ligá-lo "ON" e "OFF". Os andares de saída de circuito lógicos TTL, e portas lógicas CMOS, podem ser usados para alimentar um LED.




LED LED – Bicolor– BicolorOs chips de LEDs bicolores, têm dois LEDs conectados em 'paralelo inverso "(um

polarizado directamente e outro inversamente. Os LEDs bicolores podem produzir qualquer uma das três cores, por exemplo, a cor vermelha é emitida quando o dispositivo está conectado com a corrente que flui em uma direcção e a cor verde é emitida quando a corrente é noutra direcção…

LED Sele-teLED Sele-teTerminal ATerminal A

ACAC++ --

LED 1LED 1 ONON OFFOFF ONON

LED 2LED 2 OFFOFF ONON ONON

CorCor VerdeVerde VermelhoVermelho AmareloAmarelo

Cor de Cor de saídasaída VermelhoVermelho LaranjaLaranja AmareloAmarelo VerdeVerde

LED 1LED 1CorrenteCorrente 00 5mA5mA 9.5mA9.5mA 15mA15mA

LED 2LED 2CorrenteCorrente 10mA10mA 6.5mA6.5mA 3,5 mA3,5 mA 00




Na década de 60 – 70 diversas empresas foram pioneiras em usar LED’s vermelhos, com displays de 7 segmentos.

Display de 7 segmentosDisplay de 7 segmentos


Assim como LEDs de cor única ou multicores, vários LEDs podem ser combinadas dentro de um único pacote para produzir telas: como gráficos de barras, tiras, matrizes e displays de sete segmentos. O display LED de sete segmentos fornece uma maneira muito conveniente de exibir, quando devidamente descodificada a informação digital ou de dados, as formas de números, letras ou até mesmo personagens alfanuméricas, e como o próprio nome sugere, eles consistem de sete LEDs (os segmentos), dentro de um pacote de exibição único.



Display de 7 segmentosDisplay de 7 segmentos

Um display de sete segmentos Um display de sete segmentos (SSD) é simplesmente um (SSD) é simplesmente um agrupamento de LEDs numa agrupamento de LEDs numa figura de oito {alguns incluem figura de oito {alguns incluem um ponto decimal (DP)}.um ponto decimal (DP)}.

Cada segmento é identificado por uma letra de (a) a (G), e estão disponíveis em Cada segmento é identificado por uma letra de (a) a (G), e estão disponíveis em duas configurações:duas configurações:

Cátodo comum;Cátodo comum;Ânodo Comum.Ânodo Comum.

a

b

c

d

e

g

dp

f




ExemploExemplo: : Qual será o algarismo exibido neste display de 7 segmentos de Ânodo Comum?

Display de 7 segmentos: Ânodo ComumDisplay de 7 segmentos: Ânodo Comum

Solução:Solução:Ânodo Comum:Ânodo Comum:

0 volts = Segmento On.0 volts = Segmento On. b, c, f, & g.b, c, f, & g.

5 volts = Segmento Off.5 volts = Segmento Off. a, d, & e.a, d, & e. a

b

c

d

e

gf




ExemploExemplo: : Qual será o algarismo exibido neste display de 7 segmentos de Cátodo Comum?

Display de 7 segmentos: Cátodo ComumDisplay de 7 segmentos: Cátodo Comum

Solução:Solução:Cátodo Comum:Cátodo Comum:

5 volts = Segmento On.5 volts = Segmento On. a, b, d, e, & g.a, b, d, e, & g.

0 volts = Segmento Off.0 volts = Segmento Off. c & f.c & f. a

b

c

d

e

gf




Descodificador Descodificador BCD – 7segmentosBCD – 7segmentos

Entrada do Entrada do descodificador descodificador

(0 em BCD)(0 em BCD)

Saída do Saída do descodificador para descodificador para

o display de 7 o display de 7 segmentos (dígito 0)segmentos (dígito 0)

00

00

00

00

00111111111111

Display de 7 segmentos: Display de 7 segmentos:

Um dispositivo electrónico muito usado com os displays de 7 segmentos é o Um dispositivo electrónico muito usado com os displays de 7 segmentos é o descodificador BCD-7segmentosdescodificador BCD-7segmentos. O descodificador tem a função de interpretar . O descodificador tem a função de interpretar um código (BCD) e gerar os sinais para ligar o dígito correspondente a este código um código (BCD) e gerar os sinais para ligar o dígito correspondente a este código no display de 7 segmentos.no display de 7 segmentos.

Por exemplo:Por exemplo:Entrada do descodificador em BCD (Decimal Codificado em Binário) – Entrada do descodificador em BCD (Decimal Codificado em Binário) – 00000000..Saída do descodificador para o display de 7 segmentos - Saída do descodificador para o display de 7 segmentos - 01111110111111 - - g f e d c b ag f e d c b a

Note que a saída do descodificador corresponde a ligar os segmentos do digito “Note que a saída do descodificador corresponde a ligar os segmentos do digito “00” de um ” de um display do tipo cátodo comumdisplay do tipo cátodo comum.

Os descodificadores comerciais disponíveis são: 7447 (ânodo comum) e 7448 (cátodo comum). Os descodificadores comerciais disponíveis são: 7447 (ânodo comum) e 7448 (cátodo comum).




Descodificador BCD – 7 segmentosDescodificador BCD – 7 segmentos.

Circuito integrado 7448 Circuito integrado 7448





Display de 7 segmentos (os mais comuns, são só dígitos).Display de 7 segmentos (os mais comuns, são só dígitos).Display de catorze segmentos.Display de catorze segmentos.Display de dezasseis segmento.Display de dezasseis segmento.


Aplicações gerais dos LEDs Aplicações gerais dos LEDs

Alguns displays podem mostrar apenas os dígitos ou caracteres alfanuméricos. Eles são Alguns displays podem mostrar apenas os dígitos ou caracteres alfanuméricos. Eles são chamados de displays de segmentos, porque eles são compostos de vários segmentos que chamados de displays de segmentos, porque eles são compostos de vários segmentos que se ligam e desligam. se ligam e desligam.

Existem vários tipos:Existem vários tipos:



Matriz de Pontos (DOT Matrix)Matriz de Pontos (DOT Matrix)

A matriz de pontos é muito semelhante ao display de 7 segmentos, ou seja, é uma matriz A matriz de pontos é muito semelhante ao display de 7 segmentos, ou seja, é uma matriz de leds no formato 7x5 ou 8x8, só que ao contrário do display de 7 segmentos, não se de leds no formato 7x5 ou 8x8, só que ao contrário do display de 7 segmentos, não se consegue ligar todos os leds ao mesmo tempo, só uma coluna de cada vez. Logo precisa-consegue ligar todos os leds ao mesmo tempo, só uma coluna de cada vez. Logo precisa-se se multiplexarmultiplexar as colunas, para ver o caracter no display... as colunas, para ver o caracter no display...

O que significa multiplexar? Multiplexar, significa activar um display de cada vez, alternar o O que significa multiplexar? Multiplexar, significa activar um display de cada vez, alternar o funcionamento dos displays. Portanto, cada display ficará ligado por um espaço de tempo funcionamento dos displays. Portanto, cada display ficará ligado por um espaço de tempo e depois apagará, mas isto é feito a uma frequência que a visão humana não consegue e depois apagará, mas isto é feito a uma frequência que a visão humana não consegue perceber, ou seja, se os displays estiverem a ser multiplexados com uma frequência de 50 perceber, ou seja, se os displays estiverem a ser multiplexados com uma frequência de 50 Hz ou maior, a visão humana terá a impressão que todos os displays estão ligados, mas Hz ou maior, a visão humana terá a impressão que todos os displays estão ligados, mas na realidade quando um liga os outros estão desligados.na realidade quando um liga os outros estão desligados.




Controlo Electrónico: LED driverControlo Electrónico: LED driver

Para ligar LEDs á rede eléctrica, usa-se um circuito electrónico simples, chamado LED driver (também chamado de Balastro electrónico, Reactor Electrónico, fonte LED…) que muda a tensão AC em DC, reduzindo a condução de corrente nos LEDs.

Lembra-se da ligação de lâmpadas incandescentes á rede eléctricaLembra-se da ligação de lâmpadas incandescentes á rede eléctrica?

Mas os LEDs trabalham com uma tensão muito menor (3-5 V) e é um dispositivo DC. Por esta razão os LEDs não podem ser ligados directamente à rede.

As Luminárias modernas, com valor acrescentado (possibilidade de controlo de luminosidade, unidade de emergência, sensor de presença, controle remoto) requerem circuitos electrónicos mais complexos.

LED – Driver: Iluminação LED – Driver: Iluminação



Controlo Electrónico: LED driver – Tipos e parâmetrosControlo Electrónico: LED driver – Tipos e parâmetros

Corrente Constante (CC)Corrente Constante (CC) LEDs estão ligados em serie, o driver fornece um valor preciso de corrente.Bom para controlo de luminosidade (Dimmer).

Voltagem Constante (VC)Voltagem Constante (VC)LEDs estão ligados em paralelo, ideal para tiras decorativas de LEDs. Podem ser ligados muitos LEDs.Não recomendado para dimmer.

Especial (CC+VC)Especial (CC+VC)Podem ser ligados LEDs em série e em paralelo.Solução mais cara.

Voltagem/Corrente nominalVoltagem/Corrente nominalValor predefinido de voltagem/corrente.

Potência NominalPotência NominalPotência de saída do driver.

EficáciaEficácia Relação entre a potência de saída e a potência de entrada em percentagem - maior número significa melhor driver.

Parâmetros mais importantes LED driver.

De acordo com o tipo de sinal de saída, temos três grupos de drivers de LED:




Controlo Electrónico: LED driver – Recursos adicionaisControlo Electrónico: LED driver – Recursos adicionaisInterface analógico Interface analógico - maneira mais fácil de controlar o brilho de uma luminária.

TE/LE - trailing/leading edge (Regulação a Tiristor)- Somente para controlo de uma luminária.

0-10 V, 1-10 V dimming – suporta controlo sobre mais do que uma luminária.

Interface Analógico - usado na industrial de iluminação , para controlo de luminosidade (dimming):

Sistema mais utilizado, no controlo de luminosidade em estabelecimentos comerciais (Ex. luzes de montras - “spots”). - Não é possível desligar a luminária através do controlador analógico.

Interface Digital Interface Digital - comunicação sofisticada com a luminária.Possibilidade de ligação de vários controladores de LED através do interface digital, e controlá-los de forma independente. Suporta a leitura do estado de cada luminária. Suporta “dimming”, sensor de presença, controlo remoto, sistemas ajustáveis de tonalidade de cores da luz, etc.,.Interface Digital é usado nos seguintes sistemas de controlo de iluminação:DALIDALI - Digital Addressable Lighting Interface.DSIDSI - Digital Signal Interface.DMX DMX - Digital MultipleX.KNXKNX - Worldwide standard for all applications in home and building control.




Controlo Electrónico: LED driver – Recursos adicionaisControlo Electrónico: LED driver – Recursos adicionais

Primeiro Circuito para “Dimming” LEDs, a partir do controlo a TRIACs usado para lâmpadas incandescentes.




Controlo Electrónico: LED driver – Recursos adicionaisControlo Electrónico: LED driver – Recursos adicionaisInterface Digital Interface Digital (Cont.) (Cont.) - comunicação sofisticada com a luminária.

Solução para instalações / projectos com grande número e variedade de tipos de luminárias.

Branco AjustávelBranco AjustávelSe duplicarmos algumas peças Electrónicas dentro do driver, pode-se ligar e controlar dois tipos de LEDs com CCT diferentes (temperatura de cor correlacionada) - branco friobranco frio, e branco quentebranco quente. + Possibilidade de "afinar" CCT da luz de uma

luminária e usá-la em várias aplicações de bem-estar.





Feedback TérmicoFeedback TérmicoLED driver pode controlar a temperatura dos LEDs. LED driver pode controlar a temperatura dos LEDs. Com base na temperatura real, o LED Driver pode diminuir a corrente, a fim de evitar o sobreaquecimento dos LEDs, em caso de temperatura ambiente excessiva.

+ A vida útil da fonte de luz LED pode ser facilmente mantida por este modo..





Controlo RemotoControlo RemotoLED driver pode facilmente ter implementado a função de controle remoto para controle sem fios da luminária.

Pack de EmergênciaPack de EmergênciaLED driver com o Pack de emergência, monitora continuamente a rede eléctrica, e em caso de apagão, alimenta a fonte de luz através de baterias. São usadas unidades de emergência standard com baterias que podem alimentar a luminária em modo de emergência por 1 a 3 horas.

+ Uma das características mais importantes, exigidas por todas as instalações públicas...




Controlo RemotoControlo Remoto





Controlo RemotoControlo Remoto


1-12 LEDs x 3W1-12 LEDs x 3W

Ajuste automático para a Ajuste automático para a quantidade de LEDs em quantidade de LEDs em

série.série.




Vários tipos de indicadores, todos eles a LEDs…

LED ”Indicator”: LED ”Indicator”:




LED ”Indicator”: LED ”Indicator”: Sinalização de TrânsitoSinalização de Trânsito




Sinalização ….Sinalização ….

LED ”Indicator”: LED ”Indicator”: Sinalização de TrânsitoSinalização de Trânsito




Detectores de reflexão de Detectores de reflexão de objectosobjectos

Detectores de barreiraDetectores de barreira

LED ”Indicator”:LED ”Indicator”: Automação Industrial Automação Industrial




Os televisores actuais comercializados como "TVs de LED" não são efectivamente LED TVs. Eles são TVs de LCD que utilizam LEDs para a retroiluminação. Os LCDs a LEDs são energeticamente eficiente em comparação com os "regulares" LCDs(CFLs) e plasmas, que ainda não são tão eficientes como os de OLEDs. No que respeito à diferença entre o LED e OLED, o último, usa materiais que incluem carbono ("orgânica") para criar a luz, quando é percorrido por uma corrente . Numa explicação extremamente simplista e generalizada, os LEDs são como pequenas lâmpadas, enquanto os OLEDs são “superfícies” emissoras de luz. A verdadeira “LED TV", uma TV que usa os LEDs para a própria imagem, é um protótipo da Sony Cristal LED. Se esta tecnologia passar da fase de protótipo, teremos notícias no futuro, daqui até lá algo semelhante só os ecrãs gigantes em estádios e publicitários exteriores…

LED ”IndicatorLED ”Indicator”: LEDs TV”: LEDs TV




Sessões de treino, onde os funcionários precisam de reter uma grande quantidade de informação visual.

Eventos de lançamento de produto, pois o vídeo de alta definição, som e recursos de exibição de fotos, transmitem a mensagem.

Reuniões de directoria.Em sessões de reuniões de associações.No corredor ou halls de entrada de reuniões e / ou de hotel, para os participantes

poderem acompanhar os médias sociais, através de vídeo streaming vindo do evento.

Painéis publicitários, informativos, etc.

Os Painéis de LEDs são ideais para:Os Painéis de LEDs são ideais para:

LED ”IndicatorLED ”Indicator”: ”: LEDs TVLEDs TV




Longa duração.Melhor cor.Melhor contraste.Uso outdoor.Dimensão escalável.

os monitores reais de LEDs, as são uma escolha mais nova e potencialmente melhor se você estiver a procura no mercado de um novo monitor para seu computador ou televisão. Tendo em conta que os monitores LCD são feitos com luzes fluorescentes ou LEDs de backlight, os monitores de LED com diodos LED, têm inúmeras vantagens que só pode fazer um monitor LED com um investimento superior pode dar…

LED ”IndicatorLED ”Indicator”: ”: LEDs TVLEDs TV





LED ”IlluminatorLED ”Illuminator”: ”: IluminaçãoIluminação



Vantagens dos LEDs: Vantagens dos LEDs:

Iluminação!.....Iluminação!.....

Ligação instantânea e comutação rápidaLigação instantânea e comutação rápidaAo contrário de outras fontes de luz tradicionais, fluorescentes ou lâmpadas de iodetos metálicos, os LEDs alcançam a luminosidade total instantaneamente, e sem atraso. Na iluminação geral, por sua vez, a ligação instantânea pode ser desejável tanto para segurança como parta comodidade. Em contraste com as fontes de luz tradicionais, a vida útil do LED e manutenção do fluxo luminoso não serão afectados pela comutação frequente.

Ligação Instantânea Comutação frequente

A capacidade de comutação, faz dos LEDs, um dispositivo adequado para uso com todos os tipos de controlos “on-off”, sensores de presença ou da luz do dia.




Quantum LightQuantum Light™

A primeira lâmpada incorporando óptica quântica Light ™ ficou disponível no mercado no primeiro trimestre de 2010. A óptica Luz Quantum ™ é aplicada à face de saída de uma lâmpada de substituição de LEDs ou de outra fixação (downlight). Estes produtos avançados de pontos quânticos, demonstram a qualidade elevada da cor e eficiência, juntamente com a economia de energia de até 80% e 50.000 horas de vida do produto.

A Óptica permite que as empresas produtoras de produtos de iluminação LED, possam produzir lâmpadas e luminárias que combinam a cor quente e familiar de lâmpadas incandescentes com a eficiência energética da tecnologia LED.



Isto equilibra o espectro de cores de iluminação, criando uma luz agradável de qualidade incandescente, com eficiência significativamente maior. A eficiência se traduz em menores necessidades de LEDs, para alcançar um nível de brilho dado, que se traduz num menor custo para fazer a lâmpada LED ou da luminária. A Óptica quântica oferece soluções muito superiores em comparação com fósforos convencionais para alcançar cores quentes e ricas em iluminação de LEDs.

Uma película fina de material de Quantum LightTM é revestido sobre a placa de cobertura.

A óptica resultante, é colocada em frente de uma lâmpada de LEDs. Os Materiais quânticos absorvem parte da luz azul fria do LED (Cool white), e eficientemente re-emitem-na como luz amarela quente (warm white).


Quantum LightQuantum Light™



Iluminação!.....Iluminação!.....Tecnologia QDEF Tecnologia QDEF ™Quantum Dot Enhancement Film Quantum Dot Enhancement Film

BlueBlueLEDsLEDs

BackBack PlatePlate

ReflectorReflectorPlatePlate

LightLightGuideGuide

BEF BEF

LCMLCMBezelBezel

Quantum dotsQuantum dots

QDEF é uma tecnologia de componente de película óptica para unidades de backlight de LED LCD. A tecnologia QDEF pode ser usada em qualquer tamanho, Tablet-Pcs, a grandes HDTVs. Concebido para substituir a funcionalidade de uma folha de difusora, convertendo também a cor, QDEF™ pode ser simplesmente adicionada, com pouca alteração na espessura global ou no processo de fabrico.

A Nanosys usa “dots” quânticas de fósforo de alta eficiência. Maiores do que uma molécula de água, mas menor do que um vírus, estas substâncias fosforescentes minúsculos convertem a luz azul de um LED standard de GaN, em diferentes comprimentos de onda com base no seu tamanho.

QDEF QDEF TMTM

Dots maiores emitem comprimentos de onda maiores (vermelho), enquanto dots menores emitem comprimentos de onda menores (verde). Fazendo uma mistura de dots, permite á Nanosys projectar um novo espectro de luz. Isto permite que os fabricantes de LCD façam coincidir com precisão a sua luz de fundo LED para os seus filtros de cor do LCD para atingir a cor melhor possível e desempenho e eficiência. O resultado é uma imagem de desempenho profissional de cor a nível de cinema na palma da sua mão ou em sua parede da sala.



Iluminação!.....Iluminação!.....Edge-Lit LED Flat PanelEdge-Lit LED Flat Panel

Originado da tecnologia de retroiluminação LED em monitores LCD.A emissão de luz dos LEDs, na borda do painel, é acoplada no guia de ondas, propagada e é dispersa pelas características de superfície (sulcos, microlentes).Eficiência do acoplamento da luz (painel de saída / saída dos LEDs) varia amplamente de 55 a 95%.A espessura Waveguide varia de muitos milímetros a 250 micros.Espectro da emissão é, praticamente a mesma dos LEDs utilizados.

É possível a utilização de ambos os LEDs brancos frios e quentes e ter um CCT sintonizável, ou a utilização de LEDs RGB e realizar a mistura de cor no interior do guia de ondas.

Uma vez que dezenas ou mesmo centenas de LEDs podem ser utilizados, o controlo apertado de LEDs individuais não é tão crítico de painel para painel para atingir a cor pretendida. K. Drain, Rambus, DOE SSL R&D Workshop, Feb 2011



Os LEDs podem fornecer luz por um longo período de tempo, reduzindo os custos de manutenção e aumento da segurança no local de trabalho através de níveis de iluminação adequada.

Os LED são o que de mais importante aconteceu na iluminação desde a invenção da eletricidade. Ilumina durante mais de 20 anos, pode ser integrado em lâmpadas, o que permite novos designs e usa uma pequena parte da energia das lâmpadas incandescentes. As lâmpadas LED são a opção sustentável e a escolha prática e funcional.

Baixo consumo: Baixo consumo: Esta é a grande mais-valia das LED (do inglês díodo emissor de luz). O princípio de funcionamento baseia-se na eletroluminescência emissão de luz pela passagem de energia. É um processo muito eficiente que pode representar uma poupança de 80%, relativamente às lâmpadas incandescentes cuja produção, na Europa, está proibida desde setembro de 2012. A substituição das lâmpadas incandescentes por lâmpadas fluorescentes ou de LED é tida como a mais importante medida de controlo das emissões de gases com efeito de estufa.

Tempo de vida Tempo de vida :Uma boa lâmpada LED pode durar de 35 mil a 50 mil horas, ou oito a dez anos, enquanto as incandescentes subsistem em média durante um ano.

Robustez Robustez :Ao contrário das lâmpadas incandescentes, que se partem com facilidade, as LED, baseadas em semicondutores, são resistentes ao choque.

TemperaturaTemperatura: Quase toda a energia fornecida às lâmpadas LED é gasta na iluminação, pelo que não há, praticamente, libertação de calor.

Cor: Cor: Os LED oferecem várias colorações, o que permite inúmeras possibilidades de iluminação, sobretudo em espaços de festa…

Iluminação a LEDsIluminação a LEDsVantagensVantagens



Vantagens dos LEDs: Vantagens dos LEDs:

Sem emissão de UVsSem emissão de UVsLEDs emitem uma quantidade desprezível de luz ultravioleta (UV) e muito pouca radiação infravermelha. Um pequena quantidade de calor irradiado por LEDs torna-os adequados para as mercadorias que são sensíveis ao calor. A falta de radiação UV (com desenho apropriado da parte óptica) torna-os atraentes para a iluminação de objectos delicados como obras de arte, bem como para materiais sujeitos a degradação por UV.

Aplicações de iluminação:Aplicações de iluminação:




Vantagens dos LEDs: Vantagens dos LEDs: Fiabilidade e durabilidadeFiabilidade e durabilidadeAo contrário de outras fontes de luz, os LEDs não "queimam" eles só perdem lentamente sua saída de luz ao longo do tempo. Este factor é importante na vida útil dos LEDs. Os fabricantes estão agora afirmando a manutenção do fluxo luminoso a 70% durante a sua vida útil, que pode variar dependendo das condições operacionais (temperatura, humidade), e do tipo de LED.

Existem inúmeros factores, que podem encurtar a vida do LED, mas a principal causa de diminuição de luz, é o calor gerado pela junção do LED. O calor deve ser removido do dispositivo por condução ou convecção. Sem dispositivo de gestão térmica, a temperatura irá subir, e vai causar a diminuição de saída contínua de luz.




Vantagens dos LEDs: Vantagens dos LEDs: Impacto ambientalImpacto ambientalAtravés dos LEDs podemos reduzir o impacto ambiental em diversas áreas. Maior vida útil das lâmpadas significa que menos recursos são necessários para a sua manutenção. Eles também usam nenhum mercúrio e menos fósforo do que as alternativas fluorescentes. Estes factos, combinados com LEDs de alta eficiência, fazem uma escolha inteligente que ao mesmo tempo reduz o impacto humano sobre a natureza.




Eficácia do LED Eficácia do LED - Relação entre a luz de saída (em lúmenes) e potência de entrada (em watts). Quanto maior número de lm / W melhor LED.

Color Rendering Index (CRI) Color Rendering Index (CRI) – Índice de Reprodução de Cor (IRC) – É a habilidade de uma fonte de luz para reproduzir fielmente a cor dos objectos iluminados, em referência a uma fonte de luz ideal (sol ou lâmpada incandescente).

Correlated Color Temperature (CCT) Correlated Color Temperature (CCT) - Temperatura de Cor Correlacionada (TCC) -Temperatura de um radiador negro ideal, que irradia luz, comparável ao tom da fonte de luz que o ilumina.

Standardized color sample set to define CRI

Parâmetros dos LEDs: Parâmetros dos LEDs:




Source: 2011 DOE SSL Multi-Year Program Plan

Eficácia Típica dos LEDs Comparada com as Tecnologias de Iluminação Eficácia Típica dos LEDs Comparada com as Tecnologias de Iluminação Convencionais no Mercado em 2011Convencionais no Mercado em 2011

Product Type Typical Luminous Efficacy (in lm/W)

LED cool white package 130LED warm white package 93LED A19 lamp (warm white) 64LED PAR38 lamp (warm white) 52.5High intensity discharge (high watt) Lamp and ballast

120111

Linear fluorescentLamp and ballast

118108

High intensity discharge (low watt)Lamp and ballast

10497

Compact fluorescent lamp 63Halogen 20Incandescent 15




Em Dezembro de 2009, a eficiência luminosa do LED branco era até 186 lúmenes por watt, e alguns produtos comerciais, em seguida, começaram a oferecer aos clientes produtos com fluxo luminoso total de 139 lúmenes, a eficiência luminosa de 132 lúmenes/Watt… - Mas… muito caros!...

Source: The industry, PIDA finishing (10/2009) LED luminous efficiency in the laboratory and commercial progress

Projecções do U.S. Bureau of Energy (DOE) para 2015 – LEDs poderiam alcançar a eficiência luminosa de 188 lúmenes /watt, e a luz quente (± 3000ºK), a eficiência de 138 lúmenes por watt … em 2012, essas metas já foram ultrapassadas…

Alvo ….280lm/W Alvo ….280lm/W Evolução…..Evolução…..Iluminação a LEDsIluminação a LEDs



0

50

100

150

200

1920 1940 1960 1980 2000 2020

Lu

min

ou

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me

ns

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att

)

Incandescent

Source: Lumileds

LEDLED

White White LEDLED

Fluorescent

Halogen

Reflector

Previsão na evolução da eficiência dos LEDs.Previsão na evolução da eficiência dos LEDs.




HID

Linear Fluorescentes

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

CW

Lu

men

s/w

att

CW

Lu

men

s/w

att

CFL

3 anos

~2 anos

? anos186 LPW

161 LPW

131 LPW

R&D Anúncios

Incandescentes

Previsão na evolução da eficiência dos LEDs.Previsão na evolução da eficiência dos LEDs.

LED

High Volume ProductionHigh Volume Production

XR-E

XR-E

XP-E XP-G




Dúvidas?Dúvidas?



BibliografiasBibliografias

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© 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall) © 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)

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Perils & Possibilities (2011) Rob Kaulfuss Prof. of EconomicsMiddlesex Community CollegePerils & Possibilities (2011) Rob Kaulfuss Prof. of EconomicsMiddlesex Community College

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http://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diodehttp://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode