ILUMINACIÓN LEDIntroducción –Tecnología LED
ILUMINACIÓN LEDIntroducción –Tecnología LED
¿Qué es un LED?
ILUMINACIÓN LED
LED son las siglas de “Light Emitting Diode”, Diodo Emisor de Luz.
Un Diodo Emisor de Luz es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz cuando se polariza y es atravesado por la corriente eléctrica.
Este fenómeno se denomina electroluminiscencia.
El color de la luz depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo, pudiendo variar desde el ultravioleta (UV LED UltraViolet Light-Emitting Diode ), pasando por el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo (IRED, Infra-Red Emitting Diode). P (ánodo) N (cátodo)
Representación simbólica del diodo LED
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Breve historia del LED
La electroluminiscencia se descubrió en el 1907 pero el hallazgo se quedó en ámbito académico y científico y no se hizo uso practico de él durante varias décadas.
1962. El primer LED de espectro visible fue un LED rojo y lo desarrolló Nick HolonyakJrcuando trabajaba en la General Electric Company.
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Breve historia del LED
En el 1970 un LED valía ya menos de 5 céntimos y se abrió camino en la industria sobre todo como indicador en TV, radios, teléfonos, calculadoras, relojes (estos primeros LED no tenían luz suficiente para iluminar).
de 7 segmentos
Más adelante, se hicieron disponibles LEDs de otros colores y con mejor emisión de luz.
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Breve historia del LED
1993. El primer LED azul de alta luminosidad, de GaN (Nitruro de Galio) fue una invención de Shuji Nakamura de Nichia Corporation. Ganó el premio Millennium de tecnología en el 2006 para este hallazgo, y el Premio Príncipe de Asturias de la Investigación Científica y Técnica en el 2008.
El LED azul de alta intensidad es importante en el campo de la iluminación porque abrió el camino al LED blanco.
Su investigación llevó también a otras aplicaciones:
esterilización del agua potable. (LED ultravioleta) El proceso de purificación mediante el LED ultravioleta es más barato y más eficiente que los otros sistemas
almacenamiento y transmisión de datos (luz láser azul)La luz azul, con una longitud de onda más corta que la roja, puede leer y almacenar datos en densidades muchos más altas, que son necesarias para las grabaciones de alta definición (Blu ray).
Se trata de investigaciones que implicaron grandes inversiones de dinero, y procesos muy complejos.
ILUMINACIÓN LEDIntroducción –Tecnología LED Evolución del LED
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Cómo se genera la luz
Principios físicos
El LED consiste en un chip de material semiconductor “dopado” con impuridades para crear una “unión p-n”. Como en otros diodos, la corriente fluye desde el polo positivo P (ánodo) al negativo N (cátodo), pero no en la dirección inversa.
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Cómo se genera la luz
Polarización inversa y directa
Si se conecta la parte P con el polo negativo y la parte N con el polo positivo (polarización inversa) no hay flujo de cargas y el material se vuelve aislante.
P (ánodo) N (cátodo)
Representación simbólica del diodo LED
Si en cambio conectamos la parte N con el polo negativo y la parte P con el polo positivo (polarización directa) la corriente circula a través del diodo. Cuando elelectrón encuentra un agujero, cae a un nivel de energía más bajo y emite energía en forma de fotón (luz).
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El proceso de fabricación de los diodos
El proceso que nos lleva desde el Silicio a la oblea pulida y grabada y al LED final es de muy caro y complejo.
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El proceso de fabricación de los diodos
Oblea de Silicio pulida y grabada
La calidad de la oblea –y del LED final -depende de muchos factores. Ya que el tipo de luz depende del material, cualquier pequeña variación en el material hace que una luz no sea exactamente igual a la otra (espectro de emisión, grados Kelvin).
Ejemplo de un fabricante de chips LED: http://www.epistar.com.tw/
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El color del LED
El color del LED depende del material del semiconductor. La luz emitida contiene solo una parte del espectro de luz, unas longitudes de ondas muy concretas.
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El color del LED
cromático CIE 1931
Las primeras aplicaciones de los LED fue la iluminación de color y RGB, por lo tanto luz decorativa y no general. En las luminarias RGB el elemento más delicado es la correcta mezcla de los colores. LED de color y RGB
El LED “blanco”
No existe un material semiconductor que emita luz blanca. La obtención de la luz blanca en los LED es constante objeto de estudios. Hay 2 principios básicos para obtener luz blanca:
1. Mezclar los 3 colores primarios (Red, Green, Blue).
2
2. Usar un material fosforescente para convertir la luz monocromática de un LED azul o UV en una luz blanca de espectro más amplio (prácticamente el mismo principio de la fluorescencia).
Los sistemas RGB para producción de luz blanca se siguen perfeccionando. El RGB funciona bien para obtener luz de color pero para obtener luz blanca no llegan a dar la calidad necesaria
Los sistemas de LED que usan fósforo para la producción del blanco, en cambio tienen más éxito y es en esta dirección donde se han conseguido los mejores resultados para obtener luz blanca.
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En la actualidad los métodos más fiables son los siguientes:
• LED Azul + fósforo amarillo
• LED Azul + fósforo rojo + verde
• LED-UV + mezcla de fósforo (RGB)
DIFERENTES MEZCLAS DISTINTOS INDICES Ra
DIFERENTES TECNOLOGÍAS DISTINTAS PROPIEDADES OPTICAS
Capa con volumen = el chip es encapsulado por fósforo
Capa a nivel de chip = capa definida de fósforo sobre el chip
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El LED blanco –índice de reproducción cromática (Ra)
LED blanco convencional LED azul + fósforo “amarillo”
LED blanco mejorado LED azul + fósforo “rojo” y “verde”
Gama de color mejorada
Ra 70Ra > 90
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El LED blanco –Temperatura de color
En el mercado se pueden encontrar todas las gamas de luz blanca. Depende del fabricante.
•Blanco frío de 5.000 a 10.000K
•Blanco neutro de 3.700 a 5.000K
•Blanco cálido de 2600 a 3.600K
LEDIntroducción –Tecnología LED
El LED blanco –luminosidad típica
lumínico (lúmenes) típico según tipo de blanco:
•Blanco frío 107lm a 350mA
•Blanco neutro 93 lm a 350mA
•Blanco cálido 80 lm a 350mA
LEDIntroducción –Tecnología LED
LED blancos de alta intensidad
Principales fabricantes
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Tipos de LED
LED de baja potencia (2 PIN)
Se usan como indicadores. Tienen de 2 a 8mm de diámetro. Tienen fracciones de watts, normalmente 0.1W. Trabajan a corriente baja, entre 1mA a 20m, y a bajo voltaje (3.2 Volts DC). Producen poca luz, como máximo 4 lúmenes.
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Tipos de LED
LED de potencia mediana (4 PIN)
Se usan para una emisión mediana (sobre todo en detalles de la automoción, en interiorismo se usan por ejemplo en cornisas decorativas, en detalles, en paneles retroiluminados). Los más comunes están montados sobre 2 cátodos y 2 ánodos para una mejor disipación del calor y llevan lentes integradas. Por ejemplo el Superflux de Philips Lumiled (piranha). Pueden aguantar hasta 100mA. Aguantan más corriente, por lo tanto tienen más emisión lumínica, entre 5-10lm.
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Tipos de LED
LED de potencia mediana -packaging y tipo de productos
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Tipos de LED
LED de alta intensidad (High power LED –HPLED)
Los más usados tienen entre 1 y 3 W, trabajan normalmente a corrientes entre 350mA, 700mA y 1A. Ejemplos de LED en esta categoría: Philips Lumileds Rebel Led, Osram Opto Semiconductors Golden Dragon, Cree X-lamp. Debido a las altas temperaturas a las que trabajan, tienen que prever un disipador de calor. A estos LED de le pueden aplicar ópticas, por lo que permiten afinar mucho la distribución lumínica.
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Tipos de LED
LED de alta intensidad (High power LED –HPLED)
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Tipos de LED
LED de alta intensidad (High power LED –HPLED)
Existen LED que llegan a potencias muy elevadas, hasta 200W. Pero su eficiencia es baja, unos 20 lm/W a 2800mA. Lo que cuenta es la eficiencia.
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ILUMINACIÓN LEDIntroducción –Tecnología LED Gestión del calor
Un LED emite luz pero casi no emite radiación UV o IR. La luz emitida es fría (o sea los objetos iluminados no están expuestos al calor). La luz LED por lo tanto es ideal para iluminar objetos sensibles, por ejemplo en museos.
Pero los LED en si (y el módulo entero que los recoge) se calientan en el proceso de producción de la luz. Este calor se tiene que transportar lejos del LED.
Por esto se utilizan radiadores o disipadores cuya función es disipar el calor del LED.
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Gestión del calor
La vida de un LED depende de la temperatura a la que opera. Más baja la temperatura, más larga la vida del LED, y más luminosa su luz.
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Sistemas de Fabricación o Packaging
¿Qué es un LED SMD, COB, PCB?
El LED es únicamente el CHIP, pero luego a la hora de ensamblar, hay diferentes métodos de fabricación o de “packaging”. En inglés se habla de “LED package”, paquete LED, porque el LED necesita accesorios y sistemas de montaje específicos para su optimo funcionamiento.
Sistema Convencional
En el sistema de montaje convencional de ciruitos, los componentes atraviesan la placa de circuito impreso. Los pins son largos y se soldan.
Sistemas de Fabricación o Packaging
Es el acrónimo de Surface Mounted Device. (se usa también SMT, Surface Mounted Technology, Tecnología de montaje superficial). Se refiere a componentes electrónicas montadas en la superficie de los circuitos impresos (PCB-Printed Circuit Board). Ha remplazado la tecnología de montar los componentes pasando los plomos por agujeros y soldándolos. Aquí no hay pins, o si los hay no atraviesan la placa de circuito impreso. El conexionado se consigue gracias a contactos planos integrados en el circuito.
Sistemas de Fabricación o Packaging
Es el acrónimo de Chip On Board. Se refiere a chips integrados directamente en el circuito. Normalmente estos se producen de manera especifica bajo pedido del cliente. Se pueden poner chips individuales o también múltiples chips uno cerca del otro y esto hace que se pueda producir una luz muy uniforme. También se pueden aplicar ópticas.
Encapsulado y Circuitos
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Luminarias técnicas de grandes prestaciones
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Luminarias lineales –Modulos LED
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Luminarias lineales –Modulos LED
LEDIntroducción –Tecnología LED
Luminarias de diseño
ILUMINACIÓN
Luminarias para efectos y detalles
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Soluciones especiales de integración con otros materiales
El producto es un vidrio transparente conductor eléctrico equipado con LED, unidoa un cristal de cobertura, intercalando una lámina de PVB (butiral de polivinilo).
Los LED son disponibles en blanco, azul y verde, para el tipo emisor por ambas caras, y en color amarillo y rojo para el tipo emisor por una cara, se pueden controlar individualmente.
La alimentación eléctrica se proporciona mediante pilas conductoras prácticamente invisibles aplicadas sobre el vidrio. Su valor aproximado alcanza los 800 euros x 1 m2.
Panel de policarbonato serigrafiado con LED colocados en los cantos. La luz se difunde gracias a la serigrafia.
El futuro
Si el material que emite la luz en el LED es un compuesto orgánico, el LED se define OLED (Organic Light Emitting Diode. El material que emite luz puede ser una pequeña molécula orgánica, o in fase cristalina o un polímetro. Los polímetros pueden ser flexibles. Ver el FLED o FOLED.
Algunas posibles aplicaciones futuras de los OLEDs podrían ser:
•Pantallas flexibles, portables y baratas
•Fuentes de luz
•Decoración para paredes
•Tejidos luminosos
Los OLED se han usado para producir pantallas para mobiles, camaras digitales, MP3 players. Pantallas de dimensiones mayores se han realizado pero su vida es demasiado baja (1,000 horas) para ser practica.
FOLED
Flexible Organic LED. Displays flexibles, moléculas OLED puestas en materiales plásticos de alta flexibilidad y rendimiento, desplazarán a los displays de LCD y se empezarán a introducir para aplicaciones lumínicas.
LEDs en un substrato de plástico semi transparente cuando están apagados (70 –85%). Emisión de luz bidireccional Aplicaciones: Ventanas iluminadas, entretenimiento, displays, señalización.
El futuro
PHOLED
PHOLED es el acrónimo de Phosphorescent Organic Light-Emitting Diode. Es un tipo de OLED que usa la fosforescencia. Es una tecnologia en desarrollo que podría proporcionar mucha más luz que los OLED tradicionales y que muchas otras fuentes. Aprovecharía el 100% de la energía.
El futuro
WOLED
White Organic LED. Creados para aplicaciones de ahorro energético. Hoy en día son capaces de emitir 100 lm/W.
