UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

ESCOLA DE MINAS/ICEB

FÍSICA IV

ALYSSON MARTINS

JEFERSON DA COSTA

LUCAS CORREA

MARCO CARVALHO

RAFAEL PALMA DE BRITO

THAILER PEREIRA

O DIODO EMISSOR DE LUZ

Ouro Preto

Escola de minas - UFOP

Fevereiro/2014

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ALYSSON MARTINS

JEFERSON DA COSTA

LUCAS CORREA

MARCO CARVALHO

RAFAEL PALMA DE BRITO

THAILER PEREIRA

O DIODO EMISSOR DE LUZ

Ouro Preto

Escola de minas - UFOP

Fevereiro/2014

Trabalho apresentado como uma das

exigências da disciplina Física IV da

Universidade Federal de Ouro Preto à

professora Natalia Lopes Zinato.

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SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................................................... 4

1.1 Conceitos básicos ............................................................................................................................... 5

1.1.1 Semicondutores........................................................................................................................... 5

1.1.2 Diodo ........................................................................................................................................... 7

1.1.3 Diodo emissor de luz ................................................................................................................... 8

2. OBJETIVOS .............................................................................................................................................. 10

3. DESENVOLVIMENTO ............................................................................................................................... 10

3.1 Funcionamento ................................................................................................................................ 10

3.2 Eficiência ......................................................................................................................................... 12

3.3 Cores e materiais ............................................................................................................................. 13

3.4 Tamanhos e tipos ............................................................................................................................ 15

3.5 Segurança ........................................................................................................................................ 16

3.6 Exemplos de aplicações dos LEDs .................................................................................................... 17

3.7 Tecnologias de produção de LEDs .................................................................................................... 19

3.8 Benefícios no uso dos LEDs: ............................................................................................................. 20

3.9 Outros tipos de tecnologia com a utilização de LEDs ....................................................................... 22

4. CONCLUSÃO ........................................................................................................................................... 25

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................................................. 26

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1. INTRODUÇÃO

O diodo emissor de luz, LED, é um dos componentes eletrônicos mais utilizados

no mundo da eletrônica. O LED pode ser utilizado na formação dos números em

relógios digitais, na transmissão de dados através de controle remotos ( LEDs

infravermelhos), na a iluminação de televisões com painel LCD quando agrupados, na

iluminação residencial, comercial ou industrial, no mercado médico hospitalar, na

sinalização automotiva ou viária, em eletrodomésticos da linha branca, na arquitetura

ou em locais de difícil manutenção ou acesso.

Há cerca de 10 anos, os LEDs eram apenas uma promessa como tantas outras

que surgiram com o passar do tempo no mercado de iluminação. Nesta época pouco se

sabia a respeito e pouco se falava desta tecnologia. Atualmente a realidade é diferente,

o LED é a “luz do presente”.

A tecnologia do LED desenvolveu-se rapidamente com o passar dos anos e

vários fabricantes já oferecem aos clientes opções de iluminação com LED para todas

as aplicações usuais, seja na área residencial, comercial, entretenimento, iluminação

pública e de monumentos.

A utilização dos LEDs tem grande aplicação para os seguintes fatos: a

preocupação com a sustentabilidade, a eficiência energética, as questões ambientais,

os custos crescentes da produção de energia e a necessidade de prover demandas

cada vez maiores, as quais estão cada vez mais difíceis de serem resolvidas. Enquanto

a eficiência da tecnologia LED para iluminação vem aumentando cada vez mais, o seu

custo vem caindo devido a novas descobertas, o que tem levado esta tecnologia a ser

uma alternativa de substituição de lâmpadas com baixa eficiência e de ser estudada e

analisada continuamente. Estudos comprovam que seu uso para a iluminação pública

já é valido na maioria dos casos em que se deseja ter uma boa iluminação pública.

Há alguns anos, falar sobre LEDs para iluminação por exemplo, era inviável.

Atualmente, sabe-se que as aplicações para tal dispositivo são inúmeras, sendo este

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trabalho objetivando introduzir conceitos básicos como aplicações e funcionamento dos

LEDs.

1.1 Conceitos básicos

1.1.1 Semicondutores

A eletrônica têm se desenvolvido espantosamente nas ultimas décadas e, a

cada dia, novos componentes são colocados no mercado, simplificando os projetos e a

construção de novos equipamentos, cada vez mais sofisticados. Um dos fatores que

contribuiu de forma marcante para esta evolução foi à descoberta e a aplicação dos

materiais semicondutores, que são aqueles que apresentam características de isolantes

ou de condutores, de acordo com a forma como se apresenta sua estrutura química..

Os materiais considerados semicondutores se caracterizam por serem

constituídos de átomos que tem quatro elétrons na camada de valência. Estes átomos

têm tendência a se agruparem em uma formação cristalina. Nesse tipo de ligação, cada

átomo se combina com quatro outros. Isso faz com que cada elétron pertença

simultaneamente a dois átomos.

Esse tipo de ligação química é denominado de ligação covalente. As ligações

covalentes se caracterizam por manter os elétrons fortemente ligados em dois núcleos

associados. Por isso, as estruturas cristalinas puras, compostas unicamente por

ligações covalentes, adquirem características de isolante elétrica.

O silício e o germânio puros são materiais semicondutores com características

isolantes quando agrupados de forma cristalina. Para transformar um semicondutor em

um elemento mais condutor, porém, de forma controlada é executado o processo de

dopagem de um semicondutor.

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A dopagem é o processo químico que tem por finalidade introduzir átomos

estranhos na estrutura cristalina de uma substância pura como o germânio e o silício,

por exemplo.

A dopagem, que é realizada em laboratórios, introduz no interior da estrutura de

um cristal uma quantidade controlada de uma determinada “impureza” para transformar

essa estrutura em um condutor. A forma como o cristal conduzirá a corrente elétrica e a

sua condutividade dependem do tipo de impureza utilizado e da quantidade de

impureza aplicada.

A dopagem tipo N, é quando o processo de dopagem introduz na estrutura

cristalina uma quantidade de átomos com mais de quatro elétrons na ultima camada, ou

seja, tetravalente, como no caso do fósforo, forma-se uma nova estrutura cristalina

denominada cristal N. Dos cinco elétrons do fósforo, apenas quatro encontram um par

no cristalino. O quinto elétron do fósforo não forma ligação covalente, porque não

encontra na estrutura um elétron que possibilite essa formação. Cada átomo de

impureza fornece um elétron livre dentro da estrutura no cristal semicondutor.

Esses elétrons isolados têm a característica de se libertar facilmente do átomo,

passando a vagar livremente dentro da estrutura do cristal, constituindo-se um portador

livre de carga elétrica.

A dopagem tipo P, é quando o processo de dopagem se faz na utilização de

átomos com menos de quatro elétrons na última camada, ou seja, tetravalente, no

processo de dopagem da origem a estrutura chamada de cristal P. O átomo de índio é

um exemplo desse tipo de material. Quando os átomos de índio são colocados na

estrutura do cristal puro, verifica-se a falta de um elétron para que os elementos

tetravalentes se combinem de forma covalente. Essa ausência de cristal é chamada de

lacuna que, na verdade, é a ausência de uma carga negativa.

Os cristais P e N são a matéria-prima para a fabricação dos componentes

eletrônicos modernos, tais como diodos, transistores, circuitos integrados, entre outros.

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1.1.2 Diodo

O diodo se constitui da junção de duas pastilhas de material semicondutor, uma

de material N e outra de material P. Após a junção das pastilhas que formam o diodo,

ocorre um processo de acomodação química entre os cristais em que, na região da

junção, alguns elétrons livres saem do material N e passam para o material P onde se

recombinam com as lacunas das proximidades, ocorrendo o mesmo com as lacunas

que passam do material P para o material N. Após o processo de acomodação, forma-

se na junção, uma região onde não existem portadores de carga, sendo esta região

denominada de região de depleção.

Como consequência da passagem de cargas de um cristal para outro, cria-se um

desequilíbrio elétrico na região da junção, em que os elétrons que se movimentam do

material N para o material P geram um pequeno potencial elétrico negativo e as lacunas

que se movimentam para o material N geram um pequeno potencial elétrico positivo.

Esse desequilíbrio elétrico é denominado de barreira potencial, sendo que no

funcionamento do diodo, esta barreira se comporta como uma pequena bateria dentro

do componente, e a tensão proporcionada por ela no interior do diodo depende do

material utilizado na sua fabricação. Nos diodos de germânio a barreira tem

aproximadamente 0,3V e nos diodos de silício, aproximadamente 0,7V.

O diodo semicondutor é um componente que se comporta como condutor ou

isolante elétrico, dependendo da forma como a tensão é aplicada aos seus terminais e

uma das aplicações mais comuns destes é a transformação de corrente alternada em

corrente contínua, como por exemplo, nos eliminadores de pilha.

Nos diodos, o terminal do material tipo P é chamado de anodo e o terminal do

material tipo N é chamado de catodo.

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Figura 1: Imagem de um diodo.

Fonte: PROESI. Disponível em:< http://proesi.com.br/50sq100-diodo-schottky.html>. Acessado em: 12 de

Fev. de 2014.

1.1.3 Diodo emissor de luz

A eletroluminescência é um fenômeno óptico e elétrico que é caracterizado pela

emissão de luz por um determinado material devido a uma corrente elétrica que o

atravessa, não sendo o mesmo fenômeno que ocorre nas lâmpadas incandescentes

onde a liberação de luz é dada pelo calor e nesse caso a corrente elétrica é somente a

maneira de se gerar esse calor, e a quimiluminescência que é quando reações

químicas libera energia na forma de luz e em certos casos são excitados por correntes

elétricas, nesses dois exemplos a eletricidade se faz somente um meio,

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desempenhando um papel secundário na geração de luz visível, enquanto que na

eletroluminescência a eletricidade é o fator principal para a liberação da luz visível.

Em 1957, o físico Nick Holonyak começou a trabalhar na GE (empresa fundada

por Thomas Edison) e conheceu Robert Hall, outro cientista que até então já havia

desenvolvido pesquisas sobre o laser semicondutor. A pesquisa de Robert Hall sobre

como concentrar e multiplicar a luz emitida pelo semicondutor revolucionou a história do

laser. Foi ele quem desenvolveu o primeiro laser semicondutor, capaz de transmitir

dados e que hoje em dia é usado em CDs e DVDs. No entanto, esse tipo de laser

emitia uma luz invisível infravermelha e o objetivo da pesquisa ainda não havia sido

alcançado. Cinco anos depois, em 1962, Nick Holonyak teve uma ideia um tanto quanto

“brilhante”. Artesanalmente, ele poliu e lapidou o primeiro semicondutor que converteu a

corrente elétrica em luz visível. Esse tipo de LED não era branco, como conhecemos

hoje, e sim vermelho.

Figura 2: Ilustração de um led.

Fonte: RAPID. Disponível em:< http://www.rapidonline.com/electronic-components/kingbright-l-813id-

10mm-red-led-high-intensity-55-0300>. Acesso em: 12 de Fev. de 2014.

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Durante algum tempo o LED foi utilizado somente como equipamento de

laboratório na forma de indicadores eletrônicos devido ao seu alto custo (tanto para o

vermelho quanto para o infravermelho) que chegava a 200 dólares por unidade, um

valor bastante elevado principalmente se levado em conta que esse preço é de quase

50 anos atrás e que atualmente pode-se comprar LEDs na faixa de centavos. Com o

passar do tempo e a redução dos custos da tecnologia, o LED passou a ser usado em

equipamentos domésticos como rádios, televisões, telefones e relógios digitais, sendo

na maioria dos casos, preenchendo uma única função de indicador on/off, ou seja um

indicador se o equipamento estava ligado ou desligado.

Atualmente as aplicações para tal dispositivo são inúmeras, tais como lanternas,

televisões de LED, LED de alta potência para iluminação, celulares, semáforos,

enquanto LEDs infravermelho são amplamente utilizados em circuitos de controle

remoto como o controle de televisão.

2. OBJETIVOS

O objetivo do trabalho se resume em discriminar os principais conceitos e

aplicabilidades do Diodo Emissor de Luz, o LED.

3. DESENVOLVIMENTO

3.1 Funcionamento

O LED é um diodo de junção P-N que assim como os diodos convencionais, a

corrente flui facilmente do lado P para o lado N, mas não o contrario. Dessa forma, o

funcionamento de um LED é muito semelhante ao de um diodo convencional, porém

quando um elétron se move para as lacunas e cai para um nível energético mais baixo,

este libera a energia na forma de fótons e não de calor.

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Por ser um dispositivo de junção P-N, o LED apresenta uma curva característica

para polarização direta, assim como no diodo. O aumento da intensidade com o

aumento da corrente é quase que linear, porém deve-se tomar cuidado pois também

teremos aquecimento, e sabendo-se que o efeito joule se da com o quadrado da

corrente, pequenas variações de corrente resultam em um grande aquecimento.

Mesmo que a principal forma de liberação de energia de um LED não seja calor, tal

liberação sempre deve ser observada para evitar danos e aumentar a longevidade do

mesmo.

Existem LEDs de dois terminais que contêm dois LEDs, de modo que a inversão

da polarização resulta em uma mudança de cor do azul para o amarelo, por exemplo,

ao contrário do LED convencional que com inversão de polarização não conduz assim

como o diodo.

O comprimento de onda e consequentemente a cor da luz depende da dopagem

da junção P-N, como por exemplo na escolha de materiais para dopagem como falado

anteriormente que geralmente são o silício e o germânio. Um LED que utiliza arsenieto

de gálio emite radiações infravermelhas, porém com uma dopagem de fósforo ele emite

uma luz vermelha ou amarela, sendo o que determina tal cor a concentração do

elemento citado. Utilizando fosfeto de gálio com dopagem de nitrogênio, a luz emitida

pode ser verde ou amarela também dependendo da concentração.

É sempre importante lembrar que um LED não deve ser ligado diretamente a

rede pois a junção P-N, assim como no diodo, pode ser danificada pela corrente que ali

passa, portanto é sempre necessário utilizar um resistor em serie para limitar a

corrente. Outro fator que deve ser lembrado é que os LEDs não suportam tensão

reversa de valor significativo, ou seja pequenas tensões reversas podem danifica-lo, e

por isso quando alimentado por corrente alternada é comum a presença de diodos para

retificar o sinal.

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3.2 Eficiência

Os LEDs apresentam uma rápida resposta (da ordem de nanossegundos), o que

é muito importante quando se trata de eletrônica de precisão, onde o tempo de resposta

normalmente é uma variável importante na implementação dos circuitos. Também é

oferecido bons níveis de contraste para visibilidade, tendo em geral um tempo de vida

de 100.000 horas ou até mais. Esse tempo de vida é levando em conta que ele sempre

funcione com suas especificações nominais, em que um aumento de corrente resulta

em um aumento de aquecimento que reduz significativamente esse fator.

De forma geral os LEDs operam com um nível de tensão de 1,7 a 3,3V, esta

faixa de tensão varia também com a cor do LED, sendo o vermelho o que precisa de

menor tensão e o azul e violeta os que precisam de maiores, sendo normalmente

projetados para operar com 10 à 150miliwatts (mW) e tendendo a queimar caso o valor

da potência seja ultrapassado. No caso dos LEDs mais comuns, tem-se modelos

projetados para operar de 350 mW à 5W,podendo chegar até mais com o

desenvolvimento dos LEDs de alta potência e um interesse cada vez maior para utiliza-

los em projetos de iluminação, devido ao seu menor consumo e sua grande eficiência

luminosa.

Uma das grandes vantagens de se usar iluminação a base de LED, como dito

anteriormente, é a alta eficiência luminosa que esses dispositivos apresentam. Quando

falamos em iluminação o LED branco é o único a ser citado graças a sua eficácia muito

superior aos demais. Em 2002 a Philips Lumileds criou um LED que operava com 5

watts de potência e tinha uma eficiência luminosa de 18 à 22 lumens por watt (lm/W).

Para critérios comparativos, uma lâmpada incandescente convencional de 60-100W

emite em média 15 lm/W, e a fluorescente 100 lm/W. O consumo no equipamento

desenvolvido pela Lumileds é muito baixo para tamanha eficiência luminosa.

Recentemente pesquisadores desenvolveram um LED que era capaz de

consumir 10W e libera 160 lm/W, porém tais dados são obtidos a temperaturas

especificas em laboratórios, sendo assim, na pratica tais dados podem ser radicalmente

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reduzidos em perdas por calor, sendo outro fator diminuidor da eficiência comercial de

tais dispositivos a existência de um controle rigoroso de tensão aplicada por

laboratórios, obtendo assim a corrente desejada e ocasionando na potência nominal do

dispositivo, tal controle é importante por causa de um fenômeno chamado “queda de

eficiência”, que consiste em quando a tensão ultrapassa determinada faixa de corrente.

Dessa forma por mais que se obtiver um maior brilho, o aquecimento também aumenta

desgastando mais rapidamente o LED.

Normalmente quando se deseja uma iluminação mais eficiente, aumenta-se o

número de componentes e não a corrente sobre cada um deles, sendo que em cada

tipo de LED e de aplicação, deve-se fazer um estudo para descobrir qual a melhor faixa

de corrente que se pode aplicar para que se tenha uma boa relação de iluminação e

eficiência juntamente com a longevidade do material.

3.3 Cores e materiais

Pode ser obtido diversas cores com a variedade existente de semicondutores e

de materiais para a dopagem, ou, até mesmo, um revestimento como é feito em

lâmpadas fluorescentes, como por exemplo, pode-se citar o LED branco que costuma

ser um emissor azul com uma camada de fósforo, dando assim a cor branca. Levando

em conta esses fatores, atualmente existem LEDs que emitem as diversas cores como

vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, violeta, roxo, rosa e branco, existindo também

LEDs que emitem radiação infravermelha e ultravioleta.

Os LEDs azuis foram descobertos na década de 70, porém, só chegaram a ser

comercialmente viáveis em 89, sendo que para tal, foi utilizado um semicondutor de

carboneto de silício em que a eficiência era muito baixa, porem, sendo suficiente para

indicadores ou simples estética e aparência de alguns aparelhos não exercendo outras

grandes tarefas até a década de 90, quando os LEDs azuis começaram a ser

amplamente utilizados, nascendo assim, o primeiro LED azul de alto brilho usando

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nitreto de gálio como semicondutor. Com o brilho mais intenso e maior eficiência, os

LEDs azuis passaram a ganhar importância comercial e consequentemente tiveram sua

eventual redução de custo. Com nitretos contendo alumínio pode-se alcançar

comprimentos de onda ainda menores como o violeta e o ultravioleta.

O LED branco, o mais utilizado para projetos de iluminação, tem duas formas

básicas de ser obtido. Um desses métodos é pelo sistema RGB, que consiste em pegar

três cores, o vermelho, o verde e o azul e mistura-los para se obter outras cores. O

principio do RGB é sempre o mesmo e ele está presente em várias áreas, como por

exemplo em linguagens de programação, que existe uma função RGB que dependendo

da proporção de cada cor que é adicionado, obtém-se uma cor diferente, fenômeno

este ocorrendo por essas três cores especificas ocuparem a primeira, a última e a cor

do meio do espectro de cores obtendo-se assim, os comprimentos de onda inicial,

médio e final, e estas sendo chamadas de três cores primarias, que misturadas, formam

o espectro de luz branca. Os LEDs brancos que usam o método RGB são também

chamados de multi-color White LEDs, ou simplesmente RGB LEDs, sendo o uso deles

um pouco mais complicado, pela necessidade da existência de um circuito especifico

para controlar a mistura das cores, já que como visto anteriormente, cada LED tem uma

própria faixa de ativação. Tal LED é extremamente interessante pois pode-se obter

outras cores com devidas limitações graças a faixa de tensão de ativação de cada um

deles. O problema do RGB vai além da necessidade de um circuito de comando mais

elaborado, ele também apresenta uma queda de emissão exponencial com o aumento

da temperatura, o que além de reduzir a eficiência e vida útil do equipamento também

atrapalha a estabilidade das cores, ou seja, por mais que na teoria pode-se obter uma

faixa muito grande de cores, na pratica isso não acontece. Apesar destes fatores, O

RGB LED já é aplicado em alguns celulares como luz de notificação, já que a variação

de temperatura varia muito pouco em tais aparelhos e estes são de fácil adaptação de

um circuito de comando para controlar a cor.

Os LEDs a base de fósforo, também são muito utilizados para se obter a luz

branca, principalmente através da luz azul onde é realizado um revestimento parecido

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com o que acontece nas lâmpadas fluorescentes. Tais dispositivos tem outra perda de

eficiência além do calor, que são os problemas na degradação do fósforo em que sua

eficiência luminosa depende da distribuição espectral da saída e é claro da onda de

entrada também. Normalmente o revestimento é feito com fósforo amarelo em um

emissor azul, sendo neste caso, a eficiência luminosa chegando a aumentar de 3 a 5

vezes graças a maior sensibilidade do olho humano a luz amarela do que para luz azul.

Outra forma de se obter a luz branca é revestir com um composto de fósforo os

LEDs que emitem uma luz violeta, sendo chamados de near-ultraviolet (NUV), assim

emitindo luz azul e vermelha, tendo também a adição de cobre e alumínio dopado com

sulfeto de zinco emitindo luz verde. Este método é menos eficiente que o método da luz

azul, porém, a luz tem melhores características espectrais, o que é necessário em

determinadas aplicações principalmente em aplicações laboratoriais.

3.4 Tamanhos e tipos

Existem três principais tipos de LEDs, o miniatura, o de tamanho médio e o de

alta potência. O miniatura varia de 1 a 20 mA e é aplicado grande maioria em

eletrônicos como celulares, luzes indicadores de televisões, rádios, micro-ondas e

diversos aparelhos que não necessitam de uma grande luminosidade. Devido ao

pequeno porte e as pequenas quantidades presentes na sua composição ele é muito

sensível a correntes mais altas, sendo indispensável o uso do resistor de proteção

mesmo para fontes pequenas como as de 5 V.

Os LEDs de tamanho médio são mais aplicados em situações industriais como

iluminação de painéis, luzes de emergência, luzes de aviso como a luz traseira do carro

ou também as luzes de semáforos. Normalmente são projetados para suportarem

correntes mais altas que 100 mA, ou, no mínimo, próximas a esse valor, sendo esse

aumento no suporte a tensão, proveniente do aumento físico e consequentemente na

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utilização de mais metais, ficando assim, mais resistente a passagem de corrente e

também ao aquecimento.

Existem também os LEDs de alta potência, que aguentam mais de 1 A e que

comparado com os anteriores, chegam a suportar 10 vezes mais corrente. Alguns

desses LEDs chegam a emitir centenas de lumens. Tais emissores, devem ser

montados com dissipadores de calor para evitar desgaste excessivo, em que na

ausência destes, é suposto que tais dispositivos queimarão em poucos segundos. Os

LEDs de alta potência, podem facilmente substituir uma lâmpada incandescente

aumentando a eficiência luminosa e diminuindo o consumo, porém, estes ainda são

comercialmente caros, e existem ainda o problema de serem projetados para corrente

continua, precisando-se assim de retificadores para tal substituição. Como os circuitos

retificadores são simples e baratos, existe uma grande tendência (já presente em nosso

cotidiano) de que o futuro da iluminação residencial seja dado por LEDs de alta

potência, substituindo-se assim, as lâmpadas convencionais.

3.5 Segurança

A maioria dos dispositivos que contém LEDs são seguros sobre todas as

condições normais de uso. Porém, os LEDs que emitem alto brilho, especialmente se

tiverem altos índices de radiação azul, devem ser evitados em lugares muito

frequentados por crianças devido a sua elevada radiância, levando-se em conta a

sensibilidade da pele das crianças. Estudos mais profundos são necessários para saber

sobre os efeitos e potenciais riscos a saúde e atualmente, além dessa recomendação,

não há nenhuma outra restrição no uso dos LEDs. Em comparação a lâmpadas

fluorescentes eles são vantajosos por não conterem mercúrio, contendo por outro lado,

alguns outros metais perigosos como chumbo e arsênio, em que essas quantidades

são reduzidas e normalmente bem abaixo dos padrões de segurança das diferentes

agências nacionais de cada país, devendo-se porém sempre lembrar disso para se

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fazer o descarte correto dos LEDs, assim como o de qualquer outro componente

eletrônico, devendo ser feito em local adequado para evitar grandes danos ambientais.

3.6 Exemplos de aplicações dos LEDs

Os LEDs podem ser aplicados para vários tipos de funções. É citado algumas

principais:

Televisões de LED: As novas televisões são iluminadas por um arranjo de LEDs.

A parte de iluminação é construída por uma matriz bidimensional de LEDs. Os

pontos da matriz podem ser identificados digitalmente através de métodos de

endereçamento, o que permite a modulação da amplitude de luz, tanto na

vertical quanto na horizontal da matriz. A montagem através de uma matriz

permite a iluminação diferenciada de uma área, em relação às outras obtendo

consequentemente um contraste dinâmico (relação de amplitude entre zonas

claras e escuras) muito melhor.

Mouse optico: Os LEDs proporcionaram uma melhora no mouse, sendo,

atualmente, a maioria óticos. Este tipo de mouse possui um diodo emissor de luz,

em que sua luz é refletida pela superfície para um sensor de movimento.

Tela OLED: Existe também outro tipo de LED, o OLED (Organic Light-

EmittingDiode). O que diferencia o LED do OLED é que o último é um composto

liquido, no qual são usados polímeros contendo substâncias orgânicas que

brilham ao receber um impulso elétrico, que pode ser “impresso” sobre diversos

tipos de superfície. O OLED possibilita uma melhor fidelidade de cores, melhor

ângulo de visão e consumo elétrico mais baixo o que o tornou o substituto de

iluminação no LCD das telas dos smartphones, porém a quantidade de

iluminamento é menor se comparado o do LED convencional.

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Figura 3: Tela OLED flexível

Fonte: OLED. Disponível em:<http://pt.wikipedia.org/wiki/OLED>. Acessado em 12 de Fev. de 20014.

Optoacoplador: Um acoplador ótico (também chamado isolador ótico ou isolador

com acoplamento ótico), combina um LED com um fotodiodo num

encapsulamento único. Ele tem um LED no lado da entrada e um fotodiodo no

lado da saída. A fonte de tensão da entrada e o resistor em série estabelecem

uma corrente através do LED. Portanto, a luz do LED incide sobre o fotodiodo,

estabelecendo uma corrente reversa no circuito de saída. Essa corrente reversa

produz uma tensão no resistor de saída. A tensão na saída é igual à tensão da

fonte de saída menos a tensão no resistor. Quando a tensão na entrada varia, a

intensidade de luz também varia, significando que a tensão na saída varia

segundo a variação da tensão na entrada. É por isso que a combinação de um

LED com um fotodiodo é chamada acoplador ótico, sendo esse dispositivo

podendo acoplar um sinal de entrada para um circuito de saída. A principal

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vantagem de um acoplador ótico é o isolamento elétrico entre os circuitos de

entrada e de saída, em que, o único contato entre a entrada e a saída é o feixe

de luz. Por isso, é possível obter um isolamento resistivo entre os dois circuitos

da ordem de megaohms (10^6 Ω). Um isolamento desse tipo é útil em aplicações

de alta tensão nas quais os potenciais dos dois circuitos podem diferir em vários

milhares de volts.

Indicador de sete segmentos: Contém sete LEDs com formato retangular. Cada

LED é chamado segmento porque ele faz parte do caractere indicado. São

incluídos resistores em série externos para limitar as correntes a níveis seguros.

Aterrando um ou mais dos resistores, podemos formar quaisquer dígitos de O a

9. Um indicador de sete segmentos pode mostrar letras maiúsculas também,

como A, C, E e F, além das letras minúsculas b e d. Os equipamentos de

treinamento com microprocessadores usam sempre os indicadores de sete

segmentos, que mostram todos os dígitos de O a 9, mais as letras A, b, C, d, E e

F. Podem ser do tipo anodo comum, porque todos os anodos estão conectados

juntos, ou o tipo catodo comum, onde todos os catodos são conectados juntos.

3.7 Tecnologias de produção de LEDs

Atualmente são conhecidas três tecnologias distintas para a produção de LEDs

que se encontram em estágios de desenvolvimento. Em seguida são apresentados os

diferentes tipos de LED decorrentes da aplicação dessas tecnologias.

Cristalinos: Utilizam materiais semicondutores cristalinos. Foram os primeiros a

ser construídos, evoluíram bastante ao longo dos anos e hoje são os mais

eficientes. São utilizados em enumeras aplicações, que vão desde o simples

indicador luminoso até a iluminação pública e de interiores.

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Orgânicos: Estes tipos de LEDs utilizam materiais semicondutores orgânicos.

Costumam denominar-se por OLEDs (Organic light-emittingdiodes, da

nomenclatura inglesa) e são menos eficientes do que os cristalinos, possuindo

por outro lado a vantagem de serem mais leves e de poderem ser flexíveis

quando o material usado é um polímero. A sua principal aplicação, neste

momento, é em ecrãs de pequenas dimensões.

Pontos quânticos: Trata-se de uma tecnologia ainda muito recente e em

desenvolvimento, em que os envolvidos na pesquisa acreditam que possa vir a

apresentar bons desempenhos no futuro. Esta tecnologia consiste em revestir

um LED convencional (cristalino) de cor azul com pontos quânticos (nanocristais

semicondutores) que emitem brilho quando estimulados por radiação na região

azul do espectro. A sua eficiência é ainda bastante inferior à dos LEDs

convencionais, mas possuem a vantagem de se poder produzir luz praticamente

em qualquer região do espectro, ou seja, de qualquer cor.

3.8 Benefícios no uso dos LEDs:

Dentre todos os benefícios na utilização dos Diodos emissores de luz, pode-se

citar os principais como sendo:

Maior vida útil: Dependendo da aplicação, a vida útil do equipamento é longa,

sem necessidade de troca. Considera-se como vida útil uma manutenção mínima

de luz igual a 70%, após 50.000 horas de uso

Custos de manutenção reduzidos: Em função de sua longa vida útil, a

manutenção é bem menor, representando menores custos.

Eficiência: Apresentam maior eficiência que as Lâmpadas incandescentes e

alógenas e, hoje, muito próximo da eficiência das fluorescentes (em torno de 50

lumens / Watt), mas este número tende a aumentar no futuro.

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Baixa tensão de operação: Não representa perigo para o instalador.

Resistência a impactos e vibrações: Utiliza tecnologia de estado sólido, portanto,

sem filamentos e vidros aumentando a sua robustez.

Controle dinâmico da cor: Com a utilização adequada, pode-se obter um

espectro variado de cores, incluindo várias tonalidades de branco, permitindo um

ajuste perfeito da temperatura de cor desejada.

Acionamento instantâneo: Tem acionamento instantâneo, mesmo quando está

operando em temperaturas baixas.

Controle de Intensidade variável: Seu fluxo luminoso é variável em função da

variação da corrente elétrica aplicada a ele, possibilitando, com isto, um ajuste

preciso da intensidade de luz da luminária.

Cores vivas e saturadas sem filtros: Emite comprimento de onda monocromático,

que significa emissão de luz na cor certa, tornando-a mais viva e saturada. Os

LEDs coloridos dispensam a utilização de filtros que causam perda de

intensidade e provocam uma alteração na cor, principalmente em luminárias

externas, em função da ação da radiação ultravioleta do sol.

Ausência de ultravioleta: Não emitem radiação ultravioleta sendo ideais para

aplicações onde este tipo de radiação é indesejada. Ex.: Quadros – obras de arte

etc..

Ausência de infravermelho: Também não emitem radiação infravermelho fazendo

com que o feixe luminoso seja frio.

Ao contrário das lâmpadas fluorescentes que tem um maior desgaste da sua vida

útil no momento em que são ligadas, nos LEDs é possível em um curto prazo de

tempo, executar-se o acendimento e apagamento rapidamente, possibilitando o

efeito “flash” sem detrimento da vida útil.

22

3.9 Outros tipos de tecnologia com a utilização de LEDs

Como visto neste trabalho, o conceito de LED já deixou de ser um conceito de

futuro e passou a ser presente nas principais aplicações do dia-a-dia de todas as

pessoas. Com tantas vantagens trazidas na utilização desta tecnologia, esta continua

sendo amplamente estudada e aprimorada por pesquisadores afim de se buscar o

máximo de aproveitamento desta brilhante ferramenta. Abaixo, alguns exemplos de

tecnologias com a utilização do LED:

LED molecular

Ninguém duvida que os dias da eletrônica molecular finalmente chegarão,

eventualmente como um passo rumo à atomotrônica. Esse caminho agora está mais

claro, graças ao trabalho de Gael Reecht e seus colegas do instituto francês CNRS.

Reecht criou o primeiro LED formado por uma única molécula.

O "ponto de luz" surge quando a corrente atravessa a molécula em um sentido

determinado - quando a polaridade é invertida, a luz emitida é desprezível -,

comprovando que o LED molecular também é um diodo, como seus irmãos maiores.

Além de representar um passo importante na criação de componentes para um

computador molecular do futuro, o LED molecular vai permitir o estudo das interações

fundamentais entre elétrons e fótons. Ainda do ponto de vista dos estudos mais

fundamentais, o componente torna-se uma nova ferramenta para estudar fenômenos

que ocorrem em uma escala na qual a mecânica quântica tem precedência sobre a

mecânica clássica.

Do ponto de vista mais imediato, o LED molecular pode permitir a melhoria dos

LEDs maiores, como os usados em aparelhos eletrônicos, isto porque o politiofeno, que

é uma molécula formada por hidrogênio, carbono e enxofre, é usado para fazer alguns

LEDs já comercializados. (Reecht, 2014)

23

OLED plástico

Pesquisadores canadenses desenvolveram o mais eficiente LED orgânico

(OLED) já construído sobre um substrato plástico. Essas minúsculas lâmpadas flexíveis

são promissoras para praticamente tudo, das telas flexíveis à iluminação de ambientes,

vários celulares e leitores de livros eletrônicos já utilizam telas de OLEDs, estes

equipamentos, contudo, ainda não conseguiram tirar proveito de uma das maiores

vantagens dos OLEDs, que é sua flexibilidade.

Isto porque os LEDs orgânicos com desempenho aceitável ainda são fabricados

em substratos de vidro dopados com metais pesados, o que necessário para aumentar

seu brilho e sua eficiência.

Zhibin Wang e Michael Helander, da Universidade de Toronto, agora

demonstraram os primeiros OLEDs de alta eficiência fabricados sobre plástico. Em vez

de utilizar um substrato inteiro feito com um material com alto índice de refração para

canalizar a luz para fora, os pesquisadores inseriram uma fina camada entre o substrato

e o OLED, esta camada de alto índice, feita de pentóxido de tântalo (ta2O5), e com algo

entre 50 e 100 nanômetros de espessura, apresentou praticamente o mesmo efeito que

a técnica tradicional com vidro. Seus protótipos alcançaram uma eficiência quântica

máxima de 63% para a luz verde, e um nível sustentável de 60% a 10.000 candelas por

metro2 - um recorde mundial, muito próximo dos OLEDs em bases de vidro já

presentes no mercado, o que abre a perspectiva para a fabricação de telas flexíveis em

curto prazo.

Além de ser mais barato, o material plástico pode ser mais facilmente fabricado

em formatos variados. Então, não se impressione se, em um futuro próximo, você

começar a perceber que as telas não precisam ser sempre quadradas ou retangulares.(

Wang,2011)

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Papel luminoso

O paquistanês Gul Amin, atualmente na Universidade Linkoping, na Suécia.

Desenvolveu uma técnica que permite que LEDs brancos sejam fabricados diretamente

sobre papel ou outras fibras.

Os nanoLEDs, que emitem uma luz branca muito pura, foram construídos com

minúsculas barras de óxido de zinco, depositadas juntamente com um polímero

condutor, diretamente sobre uma folha de papel. O pesquisador demonstrou também

que é possível fabricar os nanoLEDs por impressão. Nesse experimento, ele usou um

papel de parede comum.

Pesquisadores criaram recentemente uma nova categoria de LEDs, ainda

menores e mais eficientes que os LEDs comuns, ao descobrir que nanofios de óxido de

zinco poderiam emitir luz.

O papel mostrou-se um substrato perfeito, além de abrir caminho para uma

grande variedade de aplicações práticas imediatas.

O papel deve ser inicialmente recoberto com uma camada protetora muito fina de

uma resina chamada cicloteno, tornando-se impermeável, a seguir são depositados os

componentes ativos, uma malha de nanofios de zinco, dispersos em uma fina camada

do polímero PFO (polidietilfluoreno). (Soomro,2011)

25

4. CONCLUSÃO

O LED é um dos componentes eletrônicos mais utilizados no mundo da

eletrônica, podendo ser utilizado na formação dos números em relógios digitais, na

transmissão de dados através de controles remotos, na iluminação residencial,

comercial e industrial, no mercado médico-hospitalar, dentre muitas outras aplicações.

Como tudo o que conhecemos, o LED não traz somente vantagens, em que,

pode-se exemplificar a dependência de importação de componentes. Apesar de no

Brasil já existirem varias empresas que fabricam o LED, ainda depende-se bastante da

importação de componentes. Além disso, a mão de obra necessária nessa fabricação e

desenvolvimento é muito especifica, já que envolve diversas áreas da eletrônica, muitas

delas pouco exploradas por profissionais brasileiros. Ainda pode-se observar também,

uma desvantagem em relação ao custo, por se tratar de uma nova tecnologia, em que o

custo se comparado com outras fontes de iluminação é notavelmente mais alto.

Apesar destas ressalvas, a partir da análise dos conceitos obtidos neste trabalho,

nota-se as inúmeras vantagens do LED, que é uma tecnologia que já deixou de ser

futuro, tornando-se cada vez mais viável e compensadora, fato que já é notado, tendo

em vista que casas auto-sustentáveis ( aplicação do conceito de Desenvolvimento

Sustentável que de um modo geral visa utilizar os recursos naturais de forma racional

sem agredir o meio ambiente e principalmente preservar o futuro das gerações), são

projetos em que é indispensável a utilização desta tecnologia.

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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Schull Guillaume. ELECTROLUMINESCENCE OF A POLYTHIOPHENE MOLECULAR

WIRE SUSPENDED BETWEEN A METALLIC SURFACE AND THE TIP OF A

SCANNING TUNNELING MICROSCOPE - PHYSICAL REVIEW LETTERS. Vol. 112,

047403. DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.047403. 2014.

Wang Z. B., Helander M., Qiu G. J., Puzzo D. P., Greiner M. T., Hudson Z. M., Wang S.,

Liu Z. W., Lu Z. H.. UNLOCKING THE FULL POTENTIAL OF ORGANIC LIGHT-

EMITTING DIODES ON FLEXIBLE PLASTIC - Nature Photonics. 30 October 2011.

Vol.: Published online. DOI: 10.1038/nphoton.2011.259.

Soomro M. Y., I. Hussain, N. Bano, O. Nur, M. Willander. PIEZOELECTRIC POWER

GENERATION FROM ZINC OXIDE NANOWIRES GROWN ON PAPER SUBSTRATE.

- Physica - Status Solidi.Vol.: Article first published online DOI:

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<https://sites.google.com/a/globo.com/henriques/home/textos/led-vantagens-x-

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