Espectro de un LED

Varias razones. Sin profundizar demasiado en la mecánica cuántica, las razones principales son:

• Si el LED no está en temperatura cero absoluta, sus átomos están vibrando. El semiconductor permite ondas longitudinales y transversales de muchas longitudes de onda, todas al mismo tiempo de la manera descrita por la termodinámica. Estos se cuantifican, como todo lo demás, y se llaman "fonones". La energía y el impulso de los fonones interactúan con las payasadas habituales de los electrones y fotones. Obtienes una expansión de las energías fotónicas que salen.
• Incluso si un fonón no intercambia energía / momento con un electrón o fotón, solo porque la red cristalina se está moviendo, se obtiene un cambio Doppler en la luz emitida.
• Heisenberg dice que no se pueden medir tanto la energía como los intervalos de tiempo con la máxima precisión. No se trata realmente de medir sino de generar fotones de una energía específica. Un electrón se excita a un estado superior, luego vuelve a bajar. Para tener un cambio de energía perfectamente preciso en un sistema cuántico, debe permitirle un intervalo de tiempo infinito para establecer los estados inicial, intermedio y final. ¡Esperar todo ese tiempo haría un tenue LED! Los procesos de generación de fotones en LED reales tienen lugar rápidamente, en el orden de picosegundos o nanosegundos. Los fotones emitidos necesariamente tendrán una distribución de valores.
• Si bien los semiconductores utilizados en componentes electrónicos son muy puros, con cantidades de dopantes cuidadosamente controladas agregadas, nunca son perfectamente puros. Hay impurezas no deseadas, y los átomos dopantes que queremos, se distribuyen al azar. La red cristalina no es perfecta. Los niveles de energía exactos que un electrón puede elegir son variados y dependen de la posición. Un semiconductor ideal tiene bandas bien definidas de energías permitidas y energías prohibidas. En una semicondución imperfecta, estos tienen bordes difusos. Así que obtienes un rango de longitudes de onda para la luz emitida.

Todavía no he mencionado los efectos de los giros de electrones y nucleares, o que los diferentes isótopos, que tienen masas diferentes, aumentan la imperfección de la red cristalina. Puedes imaginarte por qué los físicos nos lo pasamos muy bien estudiando los detalles de los espectros de luz de materiales brillantes.

Supongo que la energía de retorno de la órbita no es estrictamente constante, sino que depende (un poco) de la vecindad del átomo, por ejemplo, cómo encaja exactamente en la cuadrícula, la ubicación de las impurezas cercanas, si los átomos de varios isótopos son involucrado el isótopo exeact del átomo, etc.

Además de lo que otros han dicho, las carcasas de LED (las brocas de plástico transparente) están dopadas / mezcladas con fósforos que absorben parte de la luz, luego remiten la energía a sus resonancias moleculares (lea: su color). Los fósforos tampoco tienen que ser moléculas o mezclas simples: emitirán varias energías en intensidades variadas, dependiendo de la energía e intensidad del fotón entrante, la orientación del cristal, la concentración de la mezcla, etc.

En línea con lo que dijeron los demás, los fotones generados por un LED atraviesan bastantes átomos para llegar a su globo ocular o detector, transfiriendo energía innumerables veces, haciendo que la distribución de Fermi (descripción de energía cuántica de un sistema discreto) sea una un poco más gaussiano (descripción macroscópica de medidas reales).