Led

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Plantía:Ficha de componente electrónicu

Un diodu emisor de lluz o led[1][n 1] (tamién conocíu pola sigla LED, del inglés light-emitting diode) ye una fonte de lluz constituyida por un material semiconductor dotáu de dos terminales. Tratar d'un diodu d'unión p-n, qu'emite lluz cuando ta activáu.[2] Si aplícase una tensión afecha a los terminales, los electrones se recombinan colos Buecu d'electrón buecos na rexón de la unión p-n del dispositivu, lliberando enerxía en forma de fotones. Esti efectu denominar electroluminiscencia, y el color de la lluz xenerada (que depende de la enerxía de los fotones emitíos) vien determináu pola anchor de la banda prohibida del semiconductor. Los ledes son de normal pequenos (menos de 1 mm2) y acomuñar delles componentes óptiques pa configurar un patrón de radiación.[3]

Los primeres ledes fueron fabricaos como componentes electrónicos pal so usu prácticu en 1962 y emitíen lluz infrarroxo de baxa intensidá. Estos ledes infrarroxos siguen emplegándose como elementos tresmisores en circuitos de control remotu, como son los mandos a distancia utilizaos dientro d'una amplia variedá de productos d'electrónica de consumu. Los primeres ledes de lluz visible tamién yeren de baxa intensidá y llindábense al espectru coloráu. Los ledes modernos pueden tomar llargores d'onda dientro de los espectros visible, ultravioleta y infrarroxu, y algamar lluminosidaes bien elevaes.

Los primeres ledes emplegar nos equipos electrónicos como llámpares indicadores en sustitución de les bombilles incandescentes. Llueu s'acomuñar pa les presentaciones numbériques en forma d'indicadores alfanuméricos de siete segmentos, coles mesmes que s'incorporaron nos relóes dixitales. Los recién desenvolvimientos yá dexen emplegar los ledes pal llume ambiental nes sos distintes aplicaciones. Los ledes dexaron el desenvolvimientu de nueves pantalles de visualización y sensores, y les sos altes velocidaes de conmutación dexen utilizalos tamién pa tecnoloxíes avanzaes de comunicaciones.

Anguaño, los ledes ufierten munches ventayes sobre les fontes convencionales de lluces incandescentes o fluorescentes, destacando un menor consumu d'enerxía, una vida útil más llarga, una robustez física ameyorada, un tamañu más pequenu según la posibilidá de fabricalos en bien diversos colores del espectru visible de manera muncho más definida y controlada; nel casu de ledes multicolores, con una frecuencia de conmutación rápida.

Estos diodos utilícense agora n'aplicaciones tan variaes que tomen toles árees tecnolóxiques actuales, dende la Bioingeniería, la Medicina y la Sanidá,[4] pasando pola nanotecnología y la computación cuántica,[5] los dispositivos electrónicos o'l llume na inxeniería de Mines; ente los más populares tán les pantalles QLed de les televisiones y dispositivos móviles,[6][7] la lluz de saléu de los aviones, los faros delanteros de los vehículos, los anuncios publicitarios, la llume polo xeneral, los semáforos, les llámpares de rellumos y los papeles lluminosos de paré. Dende l'empiezu de 2017, les llámpares led pal llume de les viviendes son tan barates o más que les llámpares fluorescentes compacta de comportamientu similar al de los ledes.[8] Tamién son más eficientes energéticamente y, posiblemente, la so eliminación como refugaya provoque menos problemes ambientales.[9][10]

Partes d'un led convencional. Les superficies planes de la incla y del poste dientro del encapsulamiento de epoxi actúen como anclajes pa evitar qu'el conductores mover por un esfuerzu mecánicu o por vibraciones.
Modern LED retrofit with Y27 screw in base
Una llámpara moderna de led (llamada retrofit) en forma de bombilla. Presenta un disipador de calor d'aluminiu, una cúpula difusora de la lluz y una base roscada del tipu Y27. Utiliza una fonte d'alimentación incorporada que se conecta a la rede eléctrica.
Imaxe ampliada d'un led de montaxe en superficie

Hestoria[editar | editar la fonte]

Descubrimientu y primeros dispositivos[editar | editar la fonte]

El fenómenu de la electroluminiscencia foi afayáu en 1907 pol esperimentador británicu Henry Joseph Round, de los llaboratorios Marconi, usando un cristal de carburu de siliciu y un detector de bigotes de gatu.[11][12] L'inventor soviéticu Oleg Lósev informó de la construcción del primera led en 1927. La so investigación apaeció en revistes científiques soviétiques, alemanes y britániques, pero'l descubrimientu nun se llevó a la práctica hasta delles décades más tarde. Kurt Lehovec, Carl Accardo y Edward Jamgochian interpretaron el mecanismu d'estos primeros diodos led en 1951, utilizando un aparatu qu'emplegaba cristales de carburu de siliciu, con un xenerador d'impulsos y con una fonte d'alimentación de corriente, y en 1953 con una variante pura del cristal.

Rubin Braunstein, de la RCA, informó en 1955 sobre la emisión infrarroxa del arseniuro de galio (GaAs) y d'otres aleaciones de semiconductores. Braunstein reparó qu'esta emisión xenerar en diodos construyíos a partir d'aleaciones de antimoniuro de galio (GaSb), arseniuro de galio (GaAs), fosfuro d'indiu (InP) y siliciu-xermaniu (SiGe) a temperatura ambiente y a 77 kelvin.

Transistor led SNX-100 de GaAs (Arseniuro de Galio) con encapsulamiento de tipu TO-18 fabricáu per Texas Instruments.

En 1957, Braunstein tamién demostró qu'estos dispositivos rudimentarios podíen utilizase pa establecer una comunicación non radiofónica a curtia distancia. Como señala Kroemer, Braunstein estableció una llinia de comunicaciones óptiques bien simple:[13] tomó la música procedente d'un tocadiscos y ellaborar por aciu la fayadiza electrónica pa modular la corriente directa producida por un diodu de GaAs Arseniuro de Galio. La lluz emitida pol diodu de GaAS foi capaz de sensibilizar un diodu de PbS Sulfuru de Chombu asitiáu a una cierta distancia. La señal asina xenerada pol diodu de PbS foi introducida nun amplificador d'audiu y tresmitióse por un altavoz. Cuando s'interceptaba'l rayu lluminosu ente los dos ledes, cesaba la música. Esti montaxe yá abarruntaba l'empléu de los ledes pa les comunicaciones óptiques.

La electroluminiscencia verde d'un puntu de contactu nun cristal de SiC reproduz l'esperimentu orixinal que realizó Round en 1907.

En septiembre de 1961, James R. Biard y Gary Pittman, que trabayaben en Texas Instruments (TI) de Dallas (Texas), afayaron una radiación infrarroxo (de 900 nm) procedente d'un diodu túnel qu'habíen construyíu emplegando un sustrato de arseniuro de galio (GaAs).[14] N'ochobre de 1961 demostraron la esistencia d'emisiones de lluz eficiente y l'acoplamientu de les señales ente la unión p-n de arseniuro de galio emisora de lluz y un fotodetector aislláu eléctricamente y construyíu con un material semiconductor.[15] Con base nos sos descubrimientos, el 8 d'agostu de 1962 Biard y Pittman producieron una patente de títulu “Semiconductor Radiant Diode” (Diodu radiante semiconductor) que describía cómo una aleación de cinc espublizada mientres la crecedera del cristal que forma'l sustrato d'una unión p-n led con un contactu del cátodu lo suficientemente separáu, dexaba la emisión de lluz infrarroxo de manera eficiente en polarización directa.

A la vista de la importancia de les sos investigaciones, tal como figuraben nos sos cuadiernos de notes d'inxeniería y antes inclusive de comunicar les sos resultancies procedentes de los llaboratorios de General Electric, Radio Corporation of America, IBM, Llaboratorios Bell o les del Llaboratoriu Lincoln del Institutu Tecnolóxicu de Massachusetts, la Oficina de Patentes y Marques d'Estaos Xuníos concedió-yos una patente pola invención de los diodos emisores de lluz infrarroxo de arseniuro de galio (patente US3293513A de los EE. UU.),[16] que son consideraos como los primeres ledes d'usu prácticu. Darréu dempués de la presentación de la patente, la TI empecipió un proyectu pa la fabricación de los diodos infrarroxos. N'ochobre de 1962, Texas Instruments desenvolvió'l primera led comercial (el SNX-100), qu'emplegaba un cristal puru de arseniuro de galio pa la emisión de lluz de 890 nm. N'ochobre de 1963, TI sacó al mercáu'l primera led semiesféricu comercial, el SNX-110.[17]

El primera led con emisión nel espectru visible (colloráu) foi desenvueltu en 1962 por Nick Holonyak.Jr cuando trabayaba na General Electric. Holonyak presentó un informe na revista Applied Physics Letters el 1 d'avientu de 1962.[18] En 1972 M Jorge Craford,[19] un estudiante de grau de Holonyak, inventó'l primera led mariellu y ameyoró la lluminosidá de los ledes coloráu y colloráu-naranxa nun factor de diez. En 1976, T. P. Pearsall construyó los primeres ledes d'altu rellumu y alta eficiencia pa les telecomunicaciones al traviés de fibres óptiques. Pa ello afayó nuevos materiales semiconductores espresamente afechos a los llargores d'onda propies de la citada tresmisión por fibres óptiques.[20]

Desenvolvimientu comercial inicial[editar | editar la fonte]

Los primeres ledes comerciales fueron xeneralmente usaos pa sustituyir a les llámpares incandescentes y les lámpara indicadores de neón según nos visualizadores de siete segmentos.[21] Primero n'equipos costosos tales como equipos electrónicos y d'ensayu de llaboratoriu, y más tarde n'otros dispositivos eléctricos como televisiones, radios, teléfonos, calculadores, según relóes de pulsera. Hasta 1968, los ledes visibles ya infrarroxos yeren desaxeradamente costosos, del orde de 200 dólares por unidá, polo que tuvieron poca utilidá práctica.[22] La empresa Monsanto Company foi la primera que produció de manera masiva ledes visibles, utilizando fosfuro de arseniuro de galio (GaAsP) en 1968 pa producir ledes coloraos destinaos a'l indicadores.[22]

Hewlett-Packard (HP) introdució los ledes en 1968, primeramente utilizando GaAsP suministráu por Monsanto. Estos ledes coloraos yeren lo suficientemente brillosos como pa ser utilizaos como indicadores, cuidao que la lluz emitida nun yera abonda p'allumar una zona. Les llectures n'el calculadores yeren tan débiles que sobre cada díxitu depositáronse lentes de plásticu por que resultaren legibles. Más tarde, apaecieron otru colores que s'usaron llargamente n'aparatos y equipos. Na década de los 70 Fairchild Optoelectrónics fabricó con ésitu comercial dispositivos led a menos de cinco centavos cada unu. Estos dispositivos emplegaron chips de semiconductores compuestos fabricaos por aciu el procesu planar inventáu por Jean Hoerni de Fairchild Semiconductor.[23][24] El procesáu planar pa la fabricación de chips combináu colos métodos innovadores de encapsulamiento dexó al equipu empobináu pol pioneru en optoelectrónica, Thomas Brandt, llograr los amenorgamientos de costu necesaries en Fairchild.[25] Estos métodos siguen siendo utilizaos polos fabricantes de los ledes.[26]

Pantalla led d'una calculadora científica TI-30 (aprox. 1978) qu'utiliza lentes de plásticu p'aumentar el tamañu visible de los díxitos

La mayoría de los ledes fabricar nos encapsulamientos típicos T1¾ de 5 mm y T1 de 3 mm, pero col aumentu de la potencia de salida, volvióse cada vez más necesariu esaniciar l'escesu de calor pa caltener la fiabilidá.[27] Por tantu foi necesariu diseñar encapsulamientos más complexos escurríos pa consiguir una eficiente disipación de calor. Los encapsulamientos emplegaos anguaño pa los ledes d'alta potencia tienen poca semeyanza colos de los primeres ledes.

Led azul[editar | editar la fonte]

Los ledes azules fueron desenvueltos per primer vegada por Henry Paul Maruska de RCA en 1972 utilizando nitruro de Galio (GaN) sobre un substrato de zafil.[28][29] Empezar a comercializar los de tipu SiC (fabricaos con carburu de siliciu) pola casa Cree, Inc., Estaos Xuníos en 1989.[30] Sicasí, nengunu d'estos ledes azules yera bien brillosu.

El primera led azul d'altu rellumu foi presentáu por Shuji Nakamura de la Nichia Corp. en 1994 partiendo del material Nitruro de Galio-Indiu (InGaN).[31][32] Isamu Akasaki y Hiroshi Amano en Nagoya trabayaben en paralelu, na nucleación cristalina del Nitruro de Galio sobre substratos de zafil, llogrando asina'l dopaxe tipu-p con dichu material. De resultes de les sos investigaciones, Nakamura, Akasaki y Amano fueron galardonaos col Premiu Nobel de Física.[33][34] En 1995, Alberto Barbieri del llaboratoriu de la Universidá de Cardiff (RU) investigaba la eficiencia y fiabilidá de los ledes d'altu rellumu y de resultes de la investigación llogró un led col electrodu de contactu tresparente utilizando óxidu d'indiu y estañu (ITO) sobre fosfuro d'aluminiu-galio-indiu y arseniuro de galio.

En 2001[35] y 2002[36] llevar a cabo proceso pa faer crecer ledes de nitruro de galio en siliciu. De resultes d'estes investigaciones, en xineru de 2012 Osram llanzó al mercáu ledes d'alta potencia de nitruro de galio-indiu crecíos sobre sustrato de siliciu.[37]

Led blancu y evolución[editar | editar la fonte]

Ilustración de la Llei de Haitz onde s'amuesa l'ameyoramientu de l'a lo llargo del tiempu, emplegando pa ello una escala logarítmica na exa vertical.

El llogru d'una alta eficiencia nos ledes azules foi rápido siguíu pol desenvolvimientu del primera led blancu. En tal dispositivu un fósforu” (material fluorescente) de recubrimientu Y 3 Al 5 O 12 :Ce (conocíu como YAG) absuerbe daqué de la emisión azul y xenera lluz mariello por fluorescencia. De forma similar ye posible introducir otros fósforos” que xeneren lluz verde o colorada por fluorescencia. L'amiestu resultante de colloráu, verde y azul percibir pol güeyu humanu como blancu; per otru llau, nun sería posible apreciar los oxetos de color coloráu o verde allumándolos col fósforu YAG cuidao que xenera solo lluz mariella xuntu con un remanente de lluz azul.

Los primeres ledes blancos yeren caros ya ineficientes. Sicasí, la intensidá de la lluz producida polos ledes amontóse exponencialmente, con un tiempu de duplicación qu'asocede aprosimao cada 36 meses dende la década de los 1960 (acordies con la llei de Moore). Esti enclín atribúyese xeneralmente a un desenvolvimientu paralelu d'otres tecnoloxíes de semiconductores y a les meyores de la óptica y de la ciencia de los materiales, y conviénose en llamar la llei de Haitz n'honor a Roland Haitz.[38]

La emisión lluminosa y l'eficiencia de los ledes azul y ultravioleta cercanu aumentaron al empar que baxó'l costu de los dispositivos de llume con ellos fabricaos, lo que condució al usu de los ledes de lluz blanco pa llume. El fechu ye que tán sustituyendo al llume incandescente y la fluorescente.[39][40]

Los ledes blancos pueden producir 300 lúmenes por vatiu eléctricu al empar que pueden durar hasta 100 000 hores. Comparáu coles bombilles de incandescencia esto supon non solo una medría enorme de la eficiencia eléctrica sinón tamién un gastu similar o más baxu per cada bombilla.[41]

Principiu de funcionamientu[editar | editar la fonte]

Una unión P-N puede apurrir una corriente eléctrica al ser allumada. Análogamente una unión P-N percorrida por una corriente directa puede emitir fotones lluminosos. Son dos formes de considerar el fenómenu de la electroluminiscencia. Nel segundu casu esta podría definise como la emisión de lluz por un semiconductor cuando ta sometíu a un campu eléctrico. El portadores de carga se recombinan nuna unión P-N dispuesta en polarización directa. En concretu, los electrones de la rexón N crucien la barrera de potencial y se recombinan colos buecos de la rexón P. Los electrones llibres atópase na banda de conducción ente que los buecos tán na banda de valencia. D'esta forma, el nivel d'enerxía de los buecos ye inferior al de los electrones. Al recombinarse los electrones y los buecos una fracción de la enerxía emitir en forma de calor y otra fracción en forma de lluz.

Polarización directa de la unión P-N nun diodu led. Producción de fotones de resultes de la recombinación ente electrones y buecos (parte cimeru). El fenómenu de la recombinación reparáu nuna diagrama de bandes d'enerxía (parte inferior).

El fenómenu físicu que tien llugar nuna unión PN al pasu de la corriente en polarización directa, por tanto, consiste nuna sucesión de recombinaciones electrón-buecu. El fenómenu de la recombinación vien acompañáu de la emisión d'enerxía. Nos diodos ordinarios de Xermaniu o de Siliciu prodúcense fonones o vibraciones de la estructura cristalina del semiconductor que contribúin, a cencielles, al so calentamientu. Nel casu de los diodos led, los materiales semiconductores son distintos de los anteriores tratándose, por casu, d'aleaciones varies del tipu III-V como son el arseniuro de galio ( AsGa ), el fosfuro de galio (PGa) o'l fosfoarseniuro de galio (PAsGa ).

Nestos semiconductores, les recombinaciones que se desenvuelven nes uniones PN esanicien l'escesu d'enerxía emitiendo fotones lluminosos. El color de la lluz emitida depende directamente de la so llargor d'onda y ye característicu de cada aleación concreto. Na actualidá fabriquen aleaciones que producen fotones lluminosos con llargores d'onda nun ampliu rangu del espectru electromagnéticu dientro del visible, infrarroxu cercanu y ultravioleta cercanu. Lo que se consigue con estos materiales ye modificar l'anchor n'enerxíes de la banda prohibida, modificando asina'l llargor d'onda del fotón emitíu. Si'l diodu led se polariza inversamente nun se va producir el fenómenu de la recombinación polo que nun va emitir lluz. La polarización inversa puede llegar a estropiar al diodu.

El comportamientu eléctricu del diodu led en polarización directa ye como sigue. Si va amontándose la tensión de polarización, a partir d'un ciertu valor (que depende del tipu de material semiconductor), el led empieza a emitir fotones, algamóse la tensión d'encendíu. Los electrones pueden movese al traviés de la unión al aplicar a los electrodos distintos tensiones; empecípiase asina la emisión de fotones y conforme va amontándose la tensión de polarización, aumenta la intensidá de lluz emitida. Esti aumentu d'intensidá lluminosa vien empareyáu al aumentu de la intensidá de la corriente y puede trate menguada pola recombinación Auger. Mientres el procesu de recombinación, l'electrón salta de la banda de conducción a la de valencia emitiendo un fotón y aportando, por caltenimientu de la enerxía y momentu, a un nivel más baxu d'enerxía, per debaxo del nivel de Fermi del material. El procesu d'emisión llámase recombinación radiativa, que correspuende al fenómenu de la emisión bonal. Asina, en cada recombinación radiativa electrón-buecu emítese un fotón d'enerxía igual al anchor n'enerxíes de la banda prohibida:

Esquema del circuitu led alimentáu con tensión continuo amontada gradualmente hasta qu'el led empieza a llucir.

siendo c la velocidá de la lluz y f y λ la frecuencia y el llargor d'onda, respectivamente, de la lluz qu'emite. Esta descripción del fundamentu de la emisión de radiación electromagnético pol diodu led puede apreciase na figura onde se fai una representación esquemática de la unión PN del material semiconductor xuntu cola diagrama d'enerxíes, implicáu nel procesu de recombinación y emisión de lluz, na parte baxa del dibuxu. El llargor d'onda de la lluz emitida, y polo tanto'l so color, depende del anchor de la banda prohibida d'enerxía. Los substratos más importantes disponibles pa la so aplicación n'emisión de lluz son el GaAs y el InP. Los diodos led pueden menguar la so eficiencia si los sos pico d'absorción y emisión espectral en función del so llargor d'onda tán bien próximos, como asocede colos ledes de GaAs:Zn (arseniuro de galio dopado con cinc) yá que parte de la lluz qu'emiten absorber internamente.

Los materiales utilizaos pa los ledes tienen una banda prohibida en polarización directa que la so anchor n'enerxíes varia dende la lluz infrarroxo, al visible o inclusive al ultravioleta próximu. La evolución de los ledes empezó con dispositivos infrarroxos y colloraos de arseniuro de galio. Les meyores de la ciencia de materiales dexaron fabricar dispositivos con llargores d'onda cada vez más curties, emitiendo lluz nuna amplia gama de colores. Los ledes fabríquense xeneralmente sobre un sustrato de tipu N, con un electrodu conectáu a la capa de tipu P depositada na so superficie. Los sustratos de tipu P, anque son menos comunes, tamién se fabriquen.

Tecnoloxía[editar | editar la fonte]

Fundamentu físicu[editar | editar la fonte]

Un led empieza a emitir cuando se-y aplica una tensión de 2-3 voltios. En polarización inversa utilízase una exa vertical distinta al de la polarización directa p'amosar que la corriente absorbida ye prácticamente constante cola tensión hasta que se produz la rotura.

El led ye un diodu formáu por un chip semiconductor dopado con impureces que crean una unión PN. Como n'otros diodos, la corriente flúi fácilmente del llau p, o ánodu, al n, o cátodu, pero non nel sentíu opuestu. Los Portador de carga portadores de carga (electrones yBuecu d'electrón buecos) flúin a la unión dende dos electrodos puestos a distintos voltaxes. Cuando un electrón se recombina con un buecu, baxa'l so nivel d'enerxía y l'escesu d'enerxía esprender en forma d'un fotón. La llargor d'onda de la lluz emitida, y por tantu'l color del led, depende del anchor n'enerxía de la banda prohibida correspondiente a los materiales que constitúin la unión pn.

Nos diodos de siliciu o de xermaniu los electrones y los buecos se recombinan xenerando una transición non radiativa, que nun produz nenguna emisión lluminosa yá que son materiales semiconductores con una banda prohibida indirecta. Los materiales emplegaos nos ledes presenten una banda prohibida directa con un anchor n'enerxía que correspuende al espectru lluminosu del infrarroxu-cercanu (800 nm - 2500 nm), el visible y l'ultravioleta-cercanu (200-400 nm). El desenvolvimientu de los ledes dio empiezu con dispositivos de lluz colorao ya infrarroxa, fabricaos con arseniuro de galio (GaAs). Les meyores na ciencia de materiales dexaron construyir dispositivos con llargores d'onda cada vez más pequenes, emitiendo lluz dientro d'una amplia gama de colores.

Los ledes suélense fabricar a partir d'un sustrato de tipu n, con unu de los electrodos xuníu a la capa de tipu p depositada sobre la so superficie. Los sustratos de tipu p tamién s'utilicen, anque son menos comunes. Munchos ledes comerciales, cuantimás los de GaN/InGaN, utilicen tamién el zafil (óxidu d'aluminiu) como sustrato.

La mayoría de los materiales semiconductores usaos na fabricación de los ledes presenten un índiz de refraición bien alto. Esto implica que la mayoría de la lluz emitida nel interior del semiconductor reflexar al llegar a la superficie esterior que s'atopa en contactu col aire por un fenómenu de reflexón total interna. La estracción de la lluz constitúi, poro, un aspeutu bien importante y en constante investigación y desenvolvimientu a tomar en considerancia na producción de ledes.

Índiz de refraición[editar | editar la fonte]

Exemplu idealizáu de los conos de lluz producíos nuna pieza de material semiconductor pa una emisión procedente d'un solu puntu. La lluz emitida per fora d'estos conos nun puede salir fora de la pieza. La ilustración de la esquierda representa una pieza formada por dos capes dafechu tresllúcides ente que la de la derecha amuesa los “medios conos” formaos cuando la capa cimera ye tresllúcida y la capa del fondu ye dafechu opaca. Realmente, la lluz emitir d'igual forma en toles direcciones del espaciu dende la fonte, polo que los espacios esistentes ente los conos amuesen que gran parte de la enerxía lluminosa emitida pola fonte ye atrapada dientro de l'amuesa y piérdese en forma de calor.

La mayoría de los materiales semiconductores usaos na fabricación de los ledes presenten un índiz de refraición bien alzáu con respectu al aire. Esto implica que la mayoría de la lluz emitida nel interior del semiconductor va reflexase al llegar a la superficie esterior que s'atopa en contactu col aire por un fenómenu de reflexón total interna.

Esti fenómenu afecta tantu a la eficiencia na emisión lluminosa de los ledes como a la eficiencia na absorción de la lluz de les célules fotovoltaicas. L'índiz de refraición del siliciu ye 3.96 (a 590 nm),[42] ente que el del aire ye 1,0002926.[42] La estracción de la lluz constitúi, poro, un aspeutu bien importante y en constante investigación y desenvolvimientu a tomar en considerancia na producción de ledes.

Polo xeneral, un chip semiconductor led de superficie plana ensin revistir va emitir lluz solamente na dirección perpendicular a la superficie del semiconductor y nunes direcciones bien próximes, formando un conu llamáu conu de lluz[43] o conu d'escape.[44] El máximu ángulu d'incidencia que dexa escapar a los fotones del semiconductor conozse como ángulu críticu. Cuando se devasa esti ángulu, los fotones yá nun s'escapen del semiconductor pero sicasí son reflexaos dientro del cristal del semiconductor como si esistiera un espeyu na superficie esterior.[44]

Por cuenta de la reflexón interna, la lluz que foi reflexada internamente nuna cara puede escapase al traviés d'otres cares cristalines si l'ángulu d'incidencia apuerta a agora abondo baxu y el cristal ye abondo tresparente pa nun reflexar nuevamente la emisión de fotones escontra l'interior. Sicasí, nun simple led cúbicu con superficies esternes a 90 graos, toles cares actúen como espeyos angulares iguales. Nesti casu, la mayor parte de la lluz nun puede escapar y piérdese en forma de calor dientro del cristal semiconductor.[44]

Un chip que presente na so superficie facetes anguladas similares a les d'una xoya tallada o a una lente fresnel puede aumentar la salida de la lluz al dexar la so emisión nes orientaciones que sían perpendiculares a les facetes esteriores del chip, de normal más numberoses que los seis úniques d'una amuesa cúbica.[45]

La forma ideal d'un semiconductor pa llograr la máxima salida de lluz sería la d'unamicroesfera cola emisión de los fotones asitiada esactamente nel centru de la mesma, y dotada d'electrodos qu'enfusaren hasta'l centru pa conectar col puntu d'emisión. Tolos rayos de lluz que partieren del centru seríen perpendiculares a la superficie de la esfera, lo que daría llugar a que nun hubiera reflexones internes. Un semiconductor semiesféricu tamién funcionaría correchamente cuidao que la parte plana actuaría como un espeyu pa reflexar los fotones de forma que tola lluz podría emitise dafechu al traviés de la semiesfera.[46]

Revestimientos de transición[editar | editar la fonte]

La mayoría de los materiales emplegaos na producción de los led presenten índice de refraición bien elevaos. Esto significa qu'enforma de la lluz emitida ye reflexada escontra l'interior na superficie esterna del material en contactu col aire. Poro, l'aspeutu de la estracción de la lluz de los ledes ye motivu d'una gran dedicación tocantes a investigación y desenvolvimientu. Los conos d'emisión de lluz pa les amueses reales de ledes son abondo más complexos que los producíos a partir d'una sola fonte puntual. La zona d'emisión de la lluz ye de normal un planu bidimensional definíu ente los dos capes de semiconductor. Cada átomu asitiáu nesti planu presenta un conxuntu de conos d'emisión análogos a los de la figura anterior. La figura ye un esquema simplificáu qu'amuesa l'efectu combináu de dellos conos d'emisión. Los grandes conos llaterales fueron cortaos p'amosar les característiques del interior y amenorgar la complexidá de la imaxe; en realidá, estos conos tendríen d'estendese hasta los cantos opuestos dientro del planu bidimensional d'emisión.

Dempués de construyir una oblea de material semiconductor, cortar en pequenos fragmentos. Cada fragmentu denominar chip y pasa a constituyir la pequena parte activa d'un diodu led emisor de lluz.

Munchos chips semiconductores led se encapsulan o s'incorporen nel interior en carcases de plásticu moldiáu. La carcasa de plásticu pretende consiguir tres propósitos:

  1. Facilitar el montaxe del chip semiconductor nos dispositivos de llume.
  2. Protexer de daños físicos al fráxil cableaxe eléctricu asociáu al diodu.
  3. Actuar d'elementu intermediariu a efectu de la refraición ente l'eleváu índiz del semiconductor y el del aire.

La tercera característica contribúi a aumentar la emisión de lluz dende'l semiconductor actuando como una lente difusora, dexando que la lluz sía emitida al esterior con un ángulu d'incidencia sobre la paré esterior enforma mayor que la del estrechu conu de lluz procedente del chip ensin anubrir.

La eficiencia y los parámetros operacionales[editar | editar la fonte]

Los ledes tán diseñaos pa funcionar con una potencia eléctrica non cimera a 30-60 milivatios (mW). En redol a 1999, Philips Lumileds introdució ledes más potentes capaces de trabayar de forma continua a una potencia d'un vatiu. Estos ledes utilizaben semiconductores de troquelados muncho más grandes col fin d'aceptar potencies d'alimentación mayor. Amás, montábense sobre banielles de metal pa facilitar la eliminación de calor.

Una de les principales ventayes de les fontes de llume a base de ledes ye l'alta eficiencia lluminosa. Los ledes blancos igualaron aína ya inclusive superaron la eficiencia de los sistemes de llume incandescentes estándar. En 2002, Lumileds fabricó ledes de cinco vatios, con una eficiencia lluminosa de 18-22 lúmenes por vatiu (lm/W). A manera de comparanza, una bombilla incandescente convencional de 60-100 vatios emite alredor de 15 lm/W, y les llámpares fluorescentes estándar emiten hasta 100 lm/W.

A partir de 2012, Future Lighting Solutions algamara les siguientes eficiencies pa dellos colores.[47] Los valores de la eficiencia amuesen la potencia lluminosa de salida per cada vatiu de potencia eléctrica d'entrada. Los valores de la eficiencia lluminosa inclúin les característiques del güeyu humanu y deduciéronse a partir de la función de lluminosidá.

Color Llargor d'onda (nm) Coeficiente d'eficiencia Eficiencia Lluminosa η (Lm/W)
Colloráu 620 < λ < 645 0.39 72
Colloráu anaranxáu 610 < λ < 620 0.29 98
Verde 520 < λ < 550 0.15 93
Cian 490 < λ < 520 0.26 75
Azul 460 < λ < 490 0.35 37

En septiembre de 2003, Cree Inc. fabricó un nuevu tipu de led azul que consumía 24 milivatios (mW) a 20 miliamperios (mA). Esto dexó un nuevu encapsulamiento de lluz blanco que producía 65 lm/W a 20 miliamperios, convirtiéndose nel led blancu más brillosu disponible nel mercáu; amás resultaba ser más de cuatro veces más eficiente que les bombilles incandescentes estándar. En 2006 presentaron un prototipu de led blancu con una eficiencia lluminosa récord de 131 lm/W pa una corriente de 20 miliamperios. Nichia Corporation desenvolvió un led blancu con una eficiencia lluminosa de 150 lm/W y una corriente directa de 20 mA.[48] Los ledes de la empresa Cree Inc. denominaos xlamp xm-L, salieron al mercáu en 2011, produciendo 100 lm/W a la potencia máxima de 10 W, y hasta 160 lm/W con una potencia eléctrica d'entrada d'unos 2 W. En 2012, Cree Inc. presentó un led blancu capaz de producir 254 lm/W,[49] y 303 lm/W en marzu de 2014.[50] Les necesidaes de llume xeneral na práctica riquen ledes d'alta potencia, d'un vatiu o más. Funcionen con corrientes cimeres a 350 miliamperios.

Estes eficiencies referir a la lluz emitida pol diodu calteníu a baxa temperatura nel llaboratoriu. Cuidao que los ledes, una vegada instalaos, operen a altes temperatures y con perdes deconducción, la eficiencia en realidá ye enforma menor. ElDepartamentu d'Enerxía de los Estaos Xuníos (DOE) realizó pruebes pa sustituyir les llámpares incandescentes o los LFC poles llámpares led, amosando que la eficiencia media consiguida ye d'unos 46 lm/W en 2009 (el comportamientu mientres les pruebes caltener nun marxe de 17 lm/W a 79 lm/W).[51]

Perda d'eficiencia[editar | editar la fonte]

Cuando la corriente eléctrica suministrada a un led devasa unes decenes de miliamperios, mengua la eficiencia lluminosa por causa de un efectu denomináu perda d'eficiencia.

De primeres, buscóse una esplicación atribuyéndolo a les altes temperatures. Sicasí, los científicos pudieron demostrar lo contrario, que magar la vida del led puede encurtiase, la cayida de la eficiencia ye menos severa a temperatures elevaes.[52] En 2007, la causa del descensu na eficiencia atribuyir a la recombinación Auger la cual da orixe a una reacción mista.[53] Finalmente, un estudiu de 2013 confirmó definitivamente esta teoría pa xustificar la perdida d'eficiencia.[54]

Amás de menguar la eficiencia, los ledes que trabayen con corrientes eléctriques más altes xeneren más calor lo que compromete'l tiempu de vida del led. Por causa de esta medría de calor a corrientes altes, los ledes d'alta lluminosidá presenten un valor patrón industrial de tan solo 350 mA, corriente pa la qu'esiste un equilibriu ente lluminosidá, eficiencia y durabilidad.[53][55][56][57]

Posibles soluciones[editar | editar la fonte]

Ante la necesidá d'aumentar la lluminosidá de los ledes, esta nun se consigue a base d'amontar los niveles de corriente sinón por aciu l'empléu de dellos ledes nuna sola llámpara. Por ello, resolver el problema de la perda d'eficiencia de les llámpares led doméstiques consiste nel empléu del menor númberu posible de ledes en cada llámpara, lo que contribúi a amenorgar significativamente los costos.

Miembros del Llaboratoriu d'Investigación Naval de los Estaos Xuníos atoparon una forma de menguar la cayida de la eficiencia. Afayaron que dicha cayida provien de la recombinación Auger non radiativa producida con el portadores inyectaos. Pa resolvelo, crearon unospozos cuánticos con un potencial de confinamientu nidiu pa menguar los procesos Auger non radiativos.[58]

Investigadores de la Universidá Central Nacional de Taiwán y de Epistar Corp tán desenvolviendo un métodu pa menguar la perda d'eficiencia por aciu l'usu de sustratos de cerámica denitruro d'aluminiu, que presenten una conductividá térmica más alta que la del zafil usáu comercialmente. Los efectos de calentamientu vense amenorgaos por cuenta de la elevada conductividá térmica de los nuevos sustratos.[59]

Vida media y analís de fallos[editar | editar la fonte]

Los dispositivos d'estáu sólidu tales como los ledes presenten una obsolescencia bien llindada si operar a baxes corrientes y a baxes temperatures. Los tiempos de vida son de 25 000 a 100 000 hores, pero la influencia del calor y de la corriente pueden aumentar o menguar esti tiempu de manera significativa.[60]

El fallu más común de los ledes (y de los diodo láser) ye l'amenorgamientu gradual de la emisión de lluz y la perda d'eficiencia. Los primeres ledes coloraos destacaron pola so curtia vida. Col desenvolvimientu de los ledes d'alta potencia, los dispositivos tán sometíos a temperatures d'unión más altes y adensidaes de corriente más elevaes que los dispositivos tradicionales. Esto provoca estrés nel material y puede causar una degradación temprana de la emisión de lluz. Pa clasificar cuantitativamente la vida útil d'una manera estandarizada, suxurióse utilizar los parámetros L70 o L50, que representen los tiempos de vida (espresaos en miles d'hores) nos qu'un led determináu algama'l 70 % y el 50 % de la emisión de lluz inicial, respectivamente.[61]

Según na mayoría de les fontes de lluz anterior (llámpares incandescentes, llámpares de descarga, y aquelles que quemen un combustible, por casu les veles y les llámpares d'aceite) la lluz xenerar por un procedimientu térmicu, los ledes solo funcionen correchamente si caltiénense abondo fríos. El fabricante específica de normal una temperatura máximo de la unión ente 125 y 150 °C, y les temperatures inferiores son recomendables n'interés d'algamar una llarga vida pa los ledes. A estes temperatures, piérdese relativamente pocu calor por radiación, lo que significa que'l fexe de lluz xeneráu por un led considérase fríu.

El calor residual nun led d'alta potencia (qu'a partir de 2015 puede considerase inferior a la metá de la potencia eléctrica que consume) ye tresportáu por conducción al traviés del sustrato y el encapsulamiento hasta undisipador de calor, qu'esanicia'l calor nel ambiente por conveición. Ye por tantu esencial realizar un diseñu térmicu cuidadosu, teniendo en cuenta lesresistencies térmiques del encapsulamiento del led, el disipador de calor y la interfaz ente dambos. Los ledes de potencia media tán diseñaos de normal pa ser soldaos directamente a una placa de circuitu impresu que dispon d'una capa de metal térmicamente conductora. Los ledes d'alta potencia se encapsulan en paquetes cerámicos de gran superficie diseñaos pa ser conectaos a un disipador de calor metálico, siendo la interfaz un material d'una alta conductividá térmica (pasta térmico, material de cambéu de fase, almadina térmica conductora o pegamento termofusible).

Si instálase una llámpara de ledes nun aparatu lluminosu ensin ventilación, o l'ambiente escarez d'una circulación d'aire fresco, ye probable que los ledes se sobrecalienten, lo qu'amenorga la so vida útil o, inclusive, produza'l deterioru antemanáu del aparatu lluminosu. El diseñu térmicu suelse proxectar pa una temperatura ambiente de 25 °C (77 °F). Los ledes utilizaos nes aplicaciones al campu, como les señales de tráficu o les lluces de señalización nel pavimentu, y en climes onde la temperatura dientro del aparatu de llume ye bien alta, pueden esperimentar dende un amenorgamientu de la emisión lluminosa hasta un fallu completu.[62]

Cuidao que la eficiencia de los ledes ye más alta a temperatures baxes, esta tecnoloxía ye aparente pal llume de los conxeladores de supermercáu.[63][64][65] Por cuenta de que los ledes producen menos calor residual que les llámpares incandescentes,[62] el so usu en conxeladores tamién puede aforrar costos de refrigeración. Sicasí, pueden ser más susceptibles a la xelada y a l'acumuladura de escarcha que les llámpares incandescentes, polo que dellos sistemes de llume led fueron dotaos d'un circuitu de calefacción. Amás, desenvolviéronse les técniques de los disipadores de calor de manera que pueden tresferir el calor producíu na unión a les partes de los equipos de llume que puedan interesar.[66]

Colores y materiales[editar | editar la fonte]

Los ledes convencionales tán fabricaos a partir d'una gran variedá de materiales semiconductores inorgánicos. Na siguiene tabla amuésense los colores disponibles col so marxe de llargores d'onda, diferencies de potencial de trabayu y materiales emplegaos.

Color Llargor d'Onda [nm] Diferencia de potencial [ΔV] Material semiconductor
Radiación infrarroxo λ > 760 ΔV < 1.63 Arseniuro de Galio (GaAs)
Arseniuro de galio-aluminiu (AlGaAs)
Colloráu 610 < λ < 760 1.63 < ΔV < 2.03 Arseniuro de galio-aluminiu (AlGaAs)
Fosfuro de galio y arsénicu (GaAsP)
Fosfuro d'aluminiu-galio-indiu (AlGaInP)
Fosfatu de galio (GaP)
Naranxa 590 < λ < 610 2.03 < ΔV < 2.10 Fosfuro de galio y arsénicu (GaAsP)
Fosfuro d'aluminiu-galio-indiu (AlGaInP)
Fosfatu de galio (GaP)
Mariellu 570 < λ < 590 2.10 < ΔV < 2.18 Fosfuro de galio y arsénicu (GaAsP)
Fosfuro d'aluminiu-galio-indiu (AlGaInP)
Fosfatu de galio (GaP)
Verde 500 < λ < 570 1.9[67] < ΔV < 4.0 Verde clásicu:
Fosfatu de galio (GaP)
Fosfuro d'aluminiu-galio-indiu (AlGaInP)
Fosfuro de galio-aluminiu (AlGaP)
Verde puru:
Nitruro de galio-indiu (InGaN) / Nitruro de galio (GaN)
Azul 450 < λ < 500 2.48 < ΔV < 3.7 Seleniuro de cinc (ZnSe)
Nitruro de galio-indiu (InGaN)
Carburu de siliciu (SiC) como sustrato
Siliciu (Si) como sustrato (en desenvolvimientu)[68]
Violeta 400 < λ < 450 2.76 < ΔV < 4.0 Nitruro de galio-indiu (InGaN)
Púrpura Combinación de distintos tipos 2.48 < ΔV < 3.7 Ledes duales azul/colorao,
azul con fósforu coloráu,
o blancu con plásticu púrpura.
Ultravioleta λ < 400 3 < ΔV < 4.1 Nitruro de galio-indiu (InGaN) (385-400 nm)

Diamante (C) (235 nm)[69]
Nitruro de boro (BN) (215 nm)[70][71]
Nitruro d'aluminiu (AlN) (210 nm)[72]
Nitruro de galio-aluminiu (AlGaN)
Nitruro d'aluminiu-galio-indiu (AlGaInN) hasta 210 nm[73]

Rosa Combinación de distintos tipos ΔV ~ 3.3[74] Azul con una o dos capes de fósforu,
mariellu con fósforu coloráu, naranxa o rosa, blancu con plásticu rosa,
o fósforu blancu con tinte rosa percima.[75]
Blancu Espectru ampliu 2.8 < ΔV < 4.2 Blanco puru: Led azul o UV con fósforu mariellu
Blanco templáu: Led azul con fósforu naranxa.

Azul y ultravioleta[editar | editar la fonte]

El primera led azul-violeta utilizaba nitruro de galio dopado con magnesiu y desenvolver Herb Maruska y Wally Rhines na Universidá de Standford en 1972, estudiantes de doctoráu en ciencia de materiales ya inxeniería.[76][77] Entós daquella Maruska taba trabayando nos llaboratorios de RCA, onde collaboraba con Jacques Pankove. En 1971, un añu dempués de que Maruska dir a Standford, los sos compañeros de RCA Pankove y Ed Miller demostraron la primera electroluminiscencia azul procedente del cinc dopado con nitruro de galio; sicasí'l dispositivu que construyeron Pankove y Miller, el primer diodu emisor de lluz de nitruro de galio real, emitía lluz verde.[78] En 1974 la Oficina de Patentes Estauxunidense concedió a Maruska, Rhines y al profesor de Stanford David Stevenson una patente (patente US3819974 A de los EE. UU.)[79] del so trabayu de 1972 sobre'l dopaxe de nitruro de galio con magnesiu que güei sigue siendo la base de tolos ledes azules comerciales y de los diodos láser. Estos dispositivos construyíos nos 70 nun teníen abondu rendimientu lluminosu pal so usu prácticu, polo que la investigación de los diodos de nitruro de galio ralentizóse. N'agostu de 1989 Cree introdució'l primera led azul comercial con una transición indirecta al traviés de la banda prohibida nun semiconductor de carburu de siliciu (SiC).[80][81] Los ledes de SiC tienen una eficiencia lluminosa bien baxa, non cimera al 0,03%, pero emiten na rexón del azul visible.

A finales de los 80, les grandes meyores en crecedera epitaxial y en dopaxe tipu-p[82] en GaN marcaron l'empiezu de la era moderna de los dispositivos opto-electrónicos de GaN. Basáu no anterior, Theodore Moustakas patentó un métodu de producción de ledes azules na Universidá de Boston utilizando un novedosu procesu de dos pasos.[83] Dos años más tarde, en 1993, los ledes azules d'alta intensidá fueron retomaos por Shuji Nakamura de la Nichia Corporation utilizando procesos de síntesis de GaN similares al de Moustakas.[84] A Moustakas y a Nakamura asignáronse-yos patentes separaes, lo que xeneró conflictos llegales ente Nichia y l'Universidá de Boston (sobremanera porque, magar que Moustakas inventó'l so procesu primeru, Nakamura rexistró'l suyu antes).[85] Esti nuevu desenvolvimientu revolucionó'l llume con ledes, rentabilizando la fabricación de les fontes de lluz azul d'alta-potencia, conduciendo al desenvolvimientu de tecnoloxíes como'l Blu-ray, y favoreciendo les pantalles brilloses d'altu resolvimientu de les tabletas y teléfonos modernos.

Nakamura foi galardonáu col Premiu de Tecnoloxía del Mileniu pola so contribución a la tecnoloxía de los ledes d'alta potencia y el so altu rendimientu.[86] Amás concedióse-y, xuntu a Hiroshi Amano y Isamu Akasaki, el Premio Nobel de Física en 2014 pola so decisiva contribución a los ledes d'altu rendimientu y al led azul.[87][88][89][90] En 2015 un xulgáu estauxunidense dictaminó que tres empreses (esto ye les mesmes compañíes demandantes que nun resolvieren les sos disputes primeramente) y que disponíen de les patentes de Nakamura pa la producción n'EE.XX., frayaren la patente previa de Moustakas y ordenó-yos pagar unos derechos de llicencia por un valor de 13 millones de dólares.[91]

A finales de los 90 yá se disponía de los ledes azules. Estos presenten una rexón activa que consta d'unu o más pozos cuánticos de InGaN entrepolaos ente llámines más grueses de GaN, llamaes vainas. Variando la fracción de In/Ga nos pozos cuánticos de InGaN, la emisión de lluz puede, en teoría, modificar dende'l violeta hasta l'ámbare. El nitruro d'aluminiu y galio AlGaN con un conteníu variable de la fracción d'A el/Ga puede usase pa fabricar la vaina y les llámines de los pozos cuánticos pa los diodos ultravioletes, pero estos dispositivos entá nun algamaron el nivel d'eficiencia nin el maduror tecnolóxicu de los dispositivos de InGaN/GaN azul/verde. Si'l GaN usar ensin dopar, pa formar les capes actives de los pozos cuánticos el dispositivu emite lluz próximo al ultravioleta con un picu centráu nun llargor d'onda alredor de los 365 nm. Los ledes verdes fabricaos na modalidá InGaN/GaN son muncho más eficientes y brillantes que los ledes producíos con sistemes ensin nitruro, pero estos dispositivos inda presenten una eficiencia demasiáu baxa pa les aplicaciones d'altu rellumu.

Utilizando nitruros d'aluminiu, como AlGaN y AlGaInN, consígense llargores d'ondes entá más curties. Una gama de ledes ultravioletes pa distintos llargores d'onda tán empezando a atopase disponibles nel mercáu. Los ledes emisores próximos al UV con llargores d'onda en redol a 375-395 nm yá resulten abondo baratos y pueden atopase con facilidá, por casu pa sustituyir les llámpares de lluz negro na inspección de les marques d'agua anti-falsificación UV en dellos documentos y en papel moneda. Los diodos de llargores d'onda más curties (hasta 240 nm),[92] tán anguaño nel mercáu, anque son notablemente más caros.

Como la fotosensibilidad de los microorganismos coincide aprosimao col espectru d'absorción del ADN (con un picu en redol a los 260 nm) espérase utilizar los ledes UV con emisión na rexón de 250-270 nm nos equipos de desinfección y esterilización. Investigaciones recién demostraron que los ledes UV disponibles nel mercáu (365 nm) son eficaces nos dispositivos de desinfección y esterilización.[93] Los llargores d'onda UV-C llograr nos llaboratorios utilizando nitruro d'aluminiu (210 nm), nitruro de boro (215 nm) y diamante (235 nm).

RGB[editar | editar la fonte]

RGB-SMD-LED. Led RGB montáu en superficie (surface mounted device). Esti dispositivu amuesa los trés colories complementarios colloráu, verde y azul. Esisten otros tipos de dispositivos como'l Led COB (montáu en placa) o'l microled que pola so xeometría y distribución na placa de montaxe, son más eficientes energéticamente.

Los ledes RGB consisten nun led coloráu, unu azul y otru verde. Afaciendo independientemente cada unu d'ellos, los ledes RGB son capaces de producir una amplia gama de colores. A diferencia de los ledes dedicaos a un solu color, los ledes RGB nun producen llargores d'ondes pures. Amás, los módulos disponibles comercialmente nun suelen tar optimizaos pa faer amiestos nidios de color.

Sistemes RGB[editar | editar la fonte]

Los sistemes RGB

Espectru resultante de la combinación de los ledes semiconductores d'estáu sólidu azul, mariellu-verde y colloráu d'altu rellumu. L'anchu de banda espectral ye d'aprosimao 24-27 nm pa los trés colories.
Led RGB pa xenerar lluz blanco

Esisten dos formes básiques pa producir lluz blanco. Una consiste n'utilizar ledes individuales qu'emitan los trés colores primarios (colloráu, verde y azul) y depués entemecer el colores pa formar la lluz blanco. La otra forma consiste n'utilizar un fósforu pa convertir la lluz monocromática d'un led azul o UV nun ampliu espectru de lluz blanco. Ye importante tener en cuenta que la blancura de la lluz producida diséñase esencialmente pa satisfaer al güeyu humanu y dependiendo de cada casu que non siempres puede ser apoderáu pensar que se trata de lluz puramente blanco. Sirva como puntu de referencia la gran variedá de blancos que se consiguen colos tubos fluorescentes.

Hai tres métodos principales pa producir lluz blanco colos ledes.

  • Led azul + led verde + led coloráu (amiestu de colores; magar puede utilizase como lluz de fondu pa les pantalles) pa llume resulten bien probes por cuenta de los intervalos vacíos nel espectru de frecuencies).
  • Led UV cercanu o UV + fósforu RGB (una lluz led que xenera un llargor d'onda más curtia que l'azul utilizar pa escitar un fósforu RGB).
  • Led azul + fósforu amarilllo (dos colories complementarios combinar pa producir la lluz blanco; ye más eficiente que los primeros dos métodos y, por tantu ta más utilizáu na práctica).

Debíu al metamerismo, ye posible disponer de distintos espectros que paezan blancos. Sicasí, l'apariencia de los oxetos allumaos por esa lluz puede modificar a midida que l'espectru varia. Esti fenómenu ópticu conozse como execución d'el color, ye distintu a la temperatura d'el color, y que fai qu'un oxetu realmente naranxa o cian pueda paecer d'otru color y muncho más escuru como'l led o'l fósforu acomuñáu nun emiten esos llargores d'onda. La meyor reproducción de color con CFL y led consíguese utilizando un amiestu de fósforos, lo qu'apurre una menor eficiencia pero una meyor calidá de lluz. Anque l'halóxenu con mayor temperatura de color ye'l naranxa, sigue siendo la meyor fonte de lluz artificial disponible en términos d'execución de color.

La lluz blanco puede producise por aciu la adición de lluces de distintos colores; el métodu más común ye l'usu de colloráu, verde y azul (RGB). D'ende que'l métodu denominar ledes de blancu multicolor (dacuando conocíu como ledes RGB). Por cuenta de que precisen circuitos electrónicos pa controlar l'amiestu y la espardimientu de los distintos colores, y porque los ledes de color individuales presenten patrones d'emisión llixeramente distintes (lo que conduz a la variación d'el color en función de la dirección d'observación), inclusive si fabricar nuna sola unidá, escasamente utilícense pa producir lluz blanco. Sicasí, esti métodu tien munches aplicaciones pola flexibilidá que presenta pa producir l'amiestu de colores[94] y, en principiu, por ufiertar una mayor eficiencia cuántica na producción de lluz blanco.

Hai dellos tipos de ledes blancos multicolor: ledes blancos di- , tri- y tetracromático. Dellos factores clave inflúin nestes distintes realizaciones, como son la estabilidá d'el color, el índiz de reproducción d'el color natural y l'eficiencia lluminosa. Con frecuencia, una mayor eficiencia lluminosa va implicar una menor naturalidá d'el color, surdiendo asina una compensación ente la eficiencia lluminosa y la naturalidá d'el colores. Por casu, los ledes blancos dicromáticos presenten la meyor eficiencia lluminosa (120 lm / W), pero la capacidá de representación cromática más baxa. Per otru llau, los ledes blancos tetracromáticos ufierten una escelente capacidá de representación de color pero de cutiu acompáñense d'una probe eficiencia lluminosa. Los ledes blancos tricromáticos atopar nuna posición entemedia, tienen una bona eficiencia lluminosa (> 70 lm / W) y una razonable capacidá pa la reproducción de color.

Unu de los desafíos pindios de resolver consiste nel desenvolvimientu de ledes verdes más eficientes. El máximu teóricu pa los ledes verdes ye de 683 lúmenes por vatiu, pero a partir de 2010 tan solo unos pocos ledes verdes superaron los 100 lúmenes por vatiu. Los ledes azul y colloráu, sicasí, tán averándose a les sos llendes teóriques.

Los ledes multicolores ufierten la posibilidá non solo de producir lluz blanco sinón tamién de de xenerar lluces de distintos colores. La mayoría d'el colores perceptibles pueden formase entemeciendo distintes proporciones de los trés colories primarios. Esto dexa un control dinámicu precisu d'el color. A midida que dedícase más esfuerzu n'investigación el métodu de los ledes multicolor presenta una mayor influencia como métodu fundamental utilizáu pa producir y controlar el color de la lluz.

Magar esti tipu de ledes puede xugar un bon papel nel mercáu, antes hai que resolver dellos problemes técnicos. Por casu, la potencia d'emisión d'estos ledes mengua exponencialmente al aumentar la temperatura, produciendo un cambéu sustancial de la estabilidá d'el color. Estos problemes pueden imposibilitar el so empléu na industria. Por ello, efectuáronse munchos diseños nuevos de encapsulamientos y les sos resultancies atópase en fase d'estudiu polos investigadores. Evidentemente, los ledes multicolores ensin fósforos nunca pueden apurrir un bonu llume por cuenta de que cada unu d'ellos emite una banda bien estrecha de color. Según los ledes ensin fósforos constitúin una solución bien probe pa llume, ufierten la meyor solución pa pantalles de llume de fondu pa LCD o de llume directo con pixeles de ledes.

Na tecnoloxía Led, l'amenorgamientu de la temperatura de color correlacionada (CCT) ye una realidá difícil d'evitar por cuenta de que, xuntu cola vida útil y los efectos de la variación de la temperatura de los ledes, acaba modificándose el color real definitivu de los mesmos. Pa correxilo, utilícense sistemes con bucle de realimentación provistos, por casu, de sensores de color y asina supervisar, controlar y caltener el color resultante de la superposición de los ledes monocolor.[95]

Ledes basaos en fósforu[editar | editar la fonte]

Espectru d'un led blancu qu'amuesa la lluz emitida pol led de GaN (aprosimao 465 nm) superpuestu al anchu de banda de la lluz emitida pol fósforu de Ce ^ 3+..

Esti métodu implica'l recubrimientu de los ledes d'un color (principalmente ledes azules de InGaN) con fósforos de distintos colores pa producir lluz blanco; los ledes resultantes de la combinación llámense ledes blancos basaos en fósforos o ledes blancos con un convertidor de fósforu (PCLED). Una fracción de la lluz azul esperimenta'l desplazamientu de Stokes que tresforma los llargores d'onda más curties en llargores d'onda más llargues. Dependiendo d'el color del led orixinal, pueden emplegase fósforos de diversos colores. Si aplíquense delles capes de fósforos de colores distintos enánchase l'espectru d'emisión, amontándose efectivamente el valor del índiz de reproducción cromática (IRC) d'un led dáu.

Les perdes d'eficiencia de los ledes basaos en fósforos (con sustances fluorescentes) deber a les perdes de calor xeneraes pol desplazamientu de Stokes y tamién a otros problemes de degradación rellacionaos con diches sustances fluorescentes. En comparanza colos ledes normales les sos eficiencies lluminoses dependen de la distribución espectral de la salida de lluz resultante y del llargor d'onda orixinal del propiu led. Por casu, la eficiencia lluminosa d'un fósforu mariellu YAG típicu d'un led blancu de 3 a 5 vegaes la eficiencia lluminosa del led azul orixinal, por cuenta de la mayor sensibilidá del güeyu humanu pa'l color mariellu que pa'l color azul (según el modelu de la función de lluminosidá). Por cuenta de la simplicidá de la so fabricación, el métodu de fósforu (material fluorescente) sigui siendo'l más popular pa consiguir una alta intensidá nos ledes blancos. El diseñu y la producción d'una fonte de lluz o llámpara utilizando un emisor monocromático cola conversión de fósforu fluorescente ye más simple y más baratu qu'un sistema complexu RGB, y la mayoría de los ledes blancos d'alta intensidá esistentes anguaño nel mercáu fabríquense utilizando la conversión de la lluz por aciu fluorescencia.

Ente los retos que surden p'ameyorar la eficiencia de les fontes de lluz blanco a base de ledes atópase'l desenvolvimientu de sustances fluorescentes (fósforos) más eficientes. A partir de 2010, el fósforu mariellu más eficiente sigue siendo'l fósforu YAG, que presenta una perda pol desplazamientu de Stokes inferior al 10%. Les perdes óptiques internes debíes a la reabsorción n'el mesmu chip del led y nel encapsulamiento del led constitúin del 10% al 30% de la perda d'eficiencia. Anguaño, nel ámbitu del desenvolvimientu con fósforu, dedícase un gran esfuerzu nel so optimización col fin de consiguir una mayor producción de lluz y unes temperatures d'operación más elevaes. Por casu, la eficiencia puede aumentar con un meyor diseñu del encapsulamiento o por aciu l'usu d'un del tipu más fayadizu de fósforu. El procesu de revestimiento d'axuste suelse utilizar col fin de poder regular la espesura variable del fósforu.

Dellos ledes blancos dotaos de fósforos consisten en ledes azules de InGaN encapsulados nuna resina epoxi recubierta por un fósforu. Otra opción consiste n'acomuñar el led con un fósforu separáu, una pieza prefabricada de policarbonato preformado y revistida col material del fósforu. Los fósforos separaos apurren una lluz más difuso, lo cual ye favorable pa munches aplicaciones. Los diseños con fósforos separaos son tamién más tolerantes coles variaciones del espectru d'emisión del led. Un material de fósforu mariellu bien común ye l'aluminiu granate d'itriu y aluminiu dopado con cerio (Ce 3+ :YAG).

Los ledes blancos tamién pueden fabricase con ledes del ultravioleta próximu (NUV) recubiertos con un amiestu de fósforos d'europiu d'alta eficiencia qu'emiten coloráu y azul, más sulfuru de cinc dopado con cobre y aluminiu ( ZnS:Cu, Al ) qu'emite verde. Esti procedimientu ye análogu al de funcionamientu de les llámpares fluorescentes. El procedimientu ye menos eficiente qu'el de los ledes de color azul con fósforu YAG:Ce, cuidao que el desplazamientu de Stokes ye más importante, polo qu'una mayor fracción de la enerxía convertir en calor, aun así xenérase una lluz con meyores característiques espectrales y, por tanto, con una meyor reproducción de color.

Cuidao que los ledes ultravioleta presenten una mayor radiación de salida que los azules, dambos métodos ufierten, a última hora, un rellumu similar. Un inconveniente de los postreros ye qu'una posible fuga de la lluz UV procedente d'una fonte lluminosa que funcione incorrectamente puede causar dañu a los güeyos o a la piel humano.

Otros ledes blancos[editar | editar la fonte]

Otru métodu utilizáu pa producir ledes esperimentales de lluz blanco ensin l'empléu de fósforos basar na epitaxia de crecedera del seleniuro de cinc (ZnSe) sobre un substrato de ZnSe que de forma simultánea emite lluz azul procedente de la so rexón activa y lluz mariello procedente del sustrato.

Una nueva forma pa producir ledes blancos consiste n'utilizar oblees compuestes de nitruro de galio sobre siliciu a partir d'oblees de siliciu de 200 mm. Esto evita la costosa fabricación de sustratos de zafil a partir d'oblees de tamaños relativamente pequenos, esto ye de 100 o 150 mm. L'aparatu de zafil tien de tar acopláu a un colector similar a un espeyu pa reflexar la lluz, qu'otra manera se perdería. Predizse que pa 2020 el 40 % de tolos ledes de GaN van fabricase sobre siliciu. La fabricación de zafil de gran tamañu ye difícil, ente que'l material de siliciu grande ye baratu y más abondosu. Per otru llau, los fabricantes de ledes que camuden del zafil al siliciu deben de faer una inversión mínima.

Ledes orgánicos (GOLÉI)[editar | editar la fonte]

Nun diodu emisor de lluz orgánico (GOLÉI), el material electroluminiscente que constitúi la capa emisora del diodu ye un compuestu orgánicu. El material orgánico ye conductor por cuenta de deslocalización electrónica de los enllaces pi causaos por el sistema conxugáu en toa o en parte de la molécula; en consecuencia'l material funciona como un semiconductor orgánicu. Los materiales orgánicos pueden ser pequenes molécules orgániques en fase cristalina, o polímeros.

Una de les ventayes que faen posible los GOLÉI son les pantalles delgaes y de baxu costo con una tensión d'alimentación baxo, un ampliu ángulu de visión, un altu contraste y una estensa gama de colores. Los ledes de polímeru presenten la ventaya añedida de favorecer les pantalles imprimibles y flexibles. Los GOLÉI utilizáronse na fabricación de pantalles visuales pa los dispositivos electrónicos portátiles, como son los teléfonos móviles, les cámares dixitales y el reproductores de MP3, y considérase que los posibles usos futuros tamién inlcuirán el llume y la televisión.

Ledes de puntos cuánticos[editar | editar la fonte]

A entamu de los años 60 empezó una década de revolución tecnolóxica cola nacencia d'Internet y el descubrimientu del led nel espectru visible. En 1959 el premiu nobel de física Richard P. Feynman, na so célebre conferencia dada na xunta añal de l'Asociación Física de los Estaos Xuníos titulada: “Hai enforma espaciu no fondero: una invitación pa entrar nun nuevu campu de la física”, yá preconizaba la revolución tecnolóxica y los importantes descubrimientos que podíen suponer la manipulación de los materiales hasta amenorgalos a tamaños o escales atómiques o moleculares.[96] Pero nun ye hasta la década siguiente de 1970 que la conocencia de numberoses aplicaciones de la mecánica cuántica (a unos 70 años de la so invención) xuníu a la meyora de les técniques de crecedera y síntesis de materiales, lleguen a suponer un cambéu importante nes llinies d'investigación de numberosos grupos.[97]

Yá nesta década xunía la capacidá de diseñar estructures teniendo nueves propiedaes óptiques y electróniques a la busca de nueves aplicaciones tecnolóxiques a los materiales yá esistentes na naturaleza. Ello ye que en 1969, L. Esaki et al. propunxeron la implementación de heterostructuras formaes por capes bien delgaes de distintos materiales, dando llugar a lo que se conoz como inxeniería y diseñu de bandes d'enerxía en materiales semiconductores.[98] La heteroestructura de pequenes dimensiones más básica ye'l pozu cuánticu (Quantum Well, QW). Consiste nuna capa delgada d'un determináu semiconductor, del orde de 100 Å, confinada ente dos capes d'otru material semiconductor caracterizáu por una mayor anchor de la banda d'enerxía prohibida (bandgap, BG). Por cuenta de les pequenes dimensiones del pozu de potencial acomuñáu a esta estructura, el portadores ven acutáu'l so movimientu a un planu perpendicular a la dirección de crecedera. Los diodos laser con QWs na zona activa suponíen grandes ventayes, como por casu la capacidá d'escoyer el llargor d'onda d'emisión en función del anchor del pozu o l'amenorgamientu de la corriente estragal, esto postreru rellacionáu cola densidá d'estaos resultancia del confinamientu nun planu.[99]

A toos estes meyores fuéronse asocediendo de manera natural otros como l'estudiu de los sistemes con confinamientu en tres dimensiones, ye dicir los puntos cuánticos (QDs). Asina, los QDs pueden definise como sistemes artificiales de tamañu bien pequenu, dende delles decenes de nanómetros a delles micres nos qu'el portadores atópense confinaos nos trés direcciones del espaciu tridimensional (por eso llámase cero-dimensional), nuna rexón del espaciu más pequena qu'el so llargor d'onda de de Broglie.

Cuando'l tamañu del material semiconductor que constitúi'l puntu cuánticu atópase dientro de la escala nanométrica, esti material presenta un comportamientu que difier del reparáu pal mesmu a escala macroscópica o pa los átomos individuales que los conformen. Los electrones nel nanomaterial atópense acutaos a movese nuna rexón bien pequena del espaciu y dizse que tán confinaos. Cuando esta rexón ye tan pequena que ye comparable al llargor d'onda acomuñada al electrón (el llargor de De Broglie), entós empieza a reparase lo que se denomina comportamientu cuánticu. Nestos sistemes, les sos propiedaes físiques nun s'espliquen con conceutos clásicos sinón que s'espliquen por aciu los conceutos de la mecánica cuántica.[100] Por casu, la enerxía potencial mínima d'un electrón confináu dientro d'una nanoparticula ye mayor que la esperada en física clásica y los niveles d'enerxía de los sos distintos estaos electrónicos son discretos. Debíu al confinamientu cuánticu, el tamañu de la partícula tien un efectu fundamental sobre la densidá d'estaos electrónicos y pollo, sobre la so respuesta óptica. El confinamientu cuánticu produzse cuando'l tamañu de les partícules amenorgóse hasta averase al radiu del excitón de Bohr (xenerándose nel material semiconductor un par electrón-buecu o excitón) quedando confináu nun espaciu bien amenorgáu. De resultes, la estructura de los niveles enerxéticos y les propiedaes ópticu y eléctricu del material modifíquense considerablemente. Los niveles d'enerxía pasen a ser discretos y finitos, y dependen fuertemente del tamañu de la nanopartícula.[100]

Usualmente tán fabricaos con material semiconductor y pueden allugar dende nengún a dellos miles d'electrones. Los electrones que tán dientro del puntu cuánticu se repelen, cuesta enerxía introducir electrones adicionales, y obedecen el principiu d'esclusión de Pauli, que prohibe que dos electrones ocupen el mesmu estáu cuánticu simultáneamente. Arriendes d'ello, los electrones nun puntu cuánticu formen órbites d'una manera bien similar a les de los átomos y en dellos casos denominar átomos artificiales. Tamién presenten comportamientos electrónicos y ópticos similares a los átomos. La so aplicación puede resultar bien diversa, amás d'en optoelectrónica y óptica, na computación cuántica, nel almacenamientu d'información pa ordenadores tradicionales, en bioloxía y en medicina.

Les propiedaes óptiques y de confinamientu cuánticu del puntu cuánticu dexen qu'el so color d'emisión pueda afaese dende'l visible al infrarroxu.[101][102] Los ledes de puntos cuánticos pueden producir casi toos el colores de la diagramaCIE. Amás, apurren más opciones de color y una meyor representación del mesmu que los ledes blancos comentaos nes secciones anteriores, una y bones l'espectru d'emisión ye muncho más estrechu, lo que ye característicu de los estaos cuánticos confinaos.

Esisten dos procedimientos pa la escitación de los QD. Unu utiliza la fotoexcitación con una fonte de lluz primario de led (pa ello utilícense davezu los ledes azules o UV). L'otru procedimientu utiliza la escitación eléctrica directa demostrada per primer vegada por Alivisatos et al.[103]

Un exemplu del procedimientu de fotoexcitación ye'l desenvueltu por Michael Bowers, na Universidá Vanderbilt de Nashville, realizando un prototipu que consistía nel recubrimientu d'un led azul con puntos cuánticos qu'emitíen lluz blanco en respuesta a l'azul del led. El led modificáu emitía una lluz templao de color blancu amarellentáu similar a la de les llámpares incandescentes.[104] En 2009 empecipiáronse investigaciones colos diodos emisores de lluz utilizando QD n'aplicaciones a les televisiones con pantalla de cristal líquidu (LCD).[105][106]

En febreru de 2011 científicos del PlasmaChem GmbH fueron capaces de sintetizar puntos cuánticos pa les aplicaciones de los ledes realizando un convertidor de lluz que consiguía tresformar conducentemente la lluz azul en lluz de cualesquier otru color mientres munchos cientos d'hores.[107] Estos puntos cuánticos pueden tamién ser utilizaos pa emitir lluz visible o cercana al infrarroxu al escitalos con lluz d'un llargor d'onda menor.

La estructura de los ledes de puntos cuánticos (QD-LED) utilizaos pa la escitación eléctrica del material, tienen un diseñu básicu similar al de los GOLÉI. Una capa de puntos cuánticos atópase asitiada ente dos capes d'un material capaz de tresportar electrones y buecos. Al aplicar un campu eléctrico, los electrones y los buecos mover escontra la capa de puntos cuánticos y se recombinan formando excitones; cada excitón produz un par electrón-buecu, emitiendo lluz. Esti esquema ye'l davezu consideráu pa les pantalles de puntos cuánticos. La gran diferencia colos GOLÉI mora nel so tamañu de dimensiones bien pequenes y de resultes, xeneren los efectos y propiedaes óptiques del confinamientu cuánticu.

Los QD resulten tamién bien útiles como fontes d'escitación pa producir imaxes per fluorescencia debíu al estrechu marxe de llargores d'onda emitíes pol QD que se manifiesta nel estrechu anchu de banda del picu nel espectru d'emisión (propiedá debida al confinamientu cuánticu). Por ello haise amosáu eficiente l'usu de ledes de puntos cuánticos (QD-LED) na técnica de microscopía óptica de campu cercano.[108]

Tocantes a la eficiencia enerxética, en febreru de 2008 consiguióse una emisión de lluz templao con una eficiencia lluminosa de 300 lúmenes de lluz visible per cada vatiu de radiación (non por vatiu eléctricu) por aciu l'usu de nanocristales.[109]

Tipos[editar | editar la fonte]

Los ledes fabricar nuna gran variedá de formes y tamaños. El color de la lente de plásticu suel coincidir col de la lluz emitida pol led anque non siempres ye asina. Por casu, el plásticu de color púrpura emplegar pa los ledes infrarroxos y la mayoría de los ledes azules presenten encapsulamientos incoloros. Los ledes modernos d'alta potencia como los emplegaos pa llume directo o pa retroiluminación apaecen de normal en montaxes de tecnoloxía de superficie (SMT).

Miniatura[editar | editar la fonte]

Semeya d'un montaxe superficial con ledes de los tamaños más corrientes. Pueden ser bastante más pequenos que'l típicu led de llámpara de 5mm qu'apaez na esquina cimera esquierda.
Conxuntu miniatura de ledes de color coloráu, verde y azul nun montaxe superficial diminutu (1.6x1.6x0.35mm) con detalles de les soldadures d'oru.

Los ledes miniatura suélense usar como indicadores. Na tecnoloxía de furacos pasantes y nosmontaxes superficiales el so tamañu varia dende 2 mm a 8 mm. De normal nun disponen d'un disipador de calor independiente.[110] La corriente máxima asitiar ente 1mA y 20mA. El so pequeñu tamañu constitúi una llimitación a efectos de la potencia consumida por cuenta de la so alta densidá de potencia y a l'ausencia d'un disipador. De cutiu conéctense encadena margarita pa formar tires de lluz led.

Les formes de la cubierta de plásticu más típicu son redonda, plana, triangular y cuadrada cola parte de riba plana. El encapsulamiento tamién puede ser tresparente o coloriáu pa poder ameyorar el contraste y los ángulos de visión.[111]

Investigadores de laUniversidá de Washington inventaron el led más delgáu. Ta formáu por materiales de dos dimensiones (2-D). El so anchor son 3 átomos, esto ye ente 10 y 20 vegaes más finu que los ledes tridimensionales (3-D) y 10 000 vegaes más delgáu qu'un pelo humanu. Estos ledes 2-D van dexar lescomunicaciones óptiques y los nano láseres más pequenos y más eficientes n'enerxía.[112]

Hai tres categoríes principales de ledes miniatura d'un únicu color:

Baxa Intensidá de Corriente

Preparaos pa una corriente de 2mA con unos 2V (consumu de más o menos 4 mW).

Rangu Entemediu o Comunes
Ledes de 20mA (ente 40mW y 90mW) redolada a:
  • 1,9 -2,1 V pa colloráu, naranxa mariellu y el verde tradicional.
  • 3.0-3.4 V pa verde puru y azul.
  • 2.9-4.2 V pa violeta, rosa, moráu y blancu.
Alta Intensidá de Corriente Pa una corriente de 20mA

y con 2 o 4-5 V, diseñaes pa poder ver con lluz solar directa. Los ledes de 5 V y 12 V son ledes miniatura normales qu'incorporen una resistencia en serie pa la conexón directa a una alimentación de 5 o 12 V.

Alta Potencia[editar | editar la fonte]

Diodos emisores de lluz d'alta potencia conectaos a una base n'estrella pa led (Luxeon, Lumileds)

Ver tamién: Llume d'estáu sólidu, Llámpara led, ledes d'Alta Potencia o HP-LED

Los ledes d'alta potencia HP-LED (High-power LED) o d'alta emisión HO-LED (del inglés High-Output LED) pueden controlase con corrientes dende cientos de mA hasta de más de 1 Amperiu, ente qu'otros ledes solo lleguen a les decenes de miliAmperios. Dalgunos pueden emitir más de mil lúmenes.[113][114]

Tamién s'algamarondensidad de potencia d'hasta 300 W/(cm2).[115] Como'l sobrecalentamientu de los ledes puede destruyilos, tiénense que montar sobre un disipador. Si'l calor d'un HP-LED nun se tresfiriera al mediu, l'aparatu fallaría nunos pocos segundos. Un HP-LED puede sustituyir a una bombilla incandescente nuna llinterna o dellos d'ellos pueden acomuñar pa constituyir una llámpara led de potencia. Dellos HP-LED bien conocíos nesta categoría son los de la serie Nichia 19, Lumileds Rebel Led, Osram Opto Semiconductors Golden Dragon y Cree X-Lamp. Dende setiembre de 2009, esisten ledes manufacturados por Cree que superen los 105 lm/W.[116]

Exemplos de lallei de Haitz, que prediz un aumentu esponencial col tiempu de la emisión lluminosa y de la eficiencia d'un led, son los de la serie CREE XP-GUE qu'algamó en 2009[116] los 105 lm/W y la serie Nichia 19 con una eficiencia media de 140 lm/W que foi llanzáu en 2010.[117]

Aicionaos por corriente alterna[editar | editar la fonte]

Semiconductor Seúl desenvolvió ledes que puede funcionar con corriente alterna ensin necesidá d'un conversor DC. Nun semiciclo, una parte del led emite lluz y l'otra parte ye escura, y esto asocede al contrariu mientres el siguiente semiciclo. La eficiencia normal d'esti tipu de HP-LED ye 40 lm/W.[118] Un gran númberu d'elementos led en serie pueden funcionar directamente cola tensión de la rede. En 2009, Semiconductor Seúl llanzó un led d'altu voltaxe, llamáu 'Acrich MJT', capaz de ser gobernáu por AC por aciu un simple circuitu de control. La baxa potencia disipada por estos ledes apúrre-yos una mayor flexibilidá qu'a otros diseños orixinales de ledes AC.[119]

Aplicaciones. Variantes[editar | editar la fonte]

De rellumos intermitentes[editar | editar la fonte]

Los ledes intermitentes utilícense como indicadores d'atención ensin necesidá de nengún tipu d'electrónica esterna. Los ledes intermitentes paecer a los ledes estándar, pero contienen uncircuitu multivibrador integráu que fai que los ledes ceguñen con un períodu característicu d'un segundu. Nos ledes provistos de lente d'espardimientu, esti circuitu ye visible (un pequenu puntu negru). La mayoría de los ledes intermitentes emiten lluz d'un solu color, pero los dispositivos más sofisticaos pueden ceguñar con dellos colores ya inclusive esmorecese por aciu una secuencia de colores a partir del amiestu de colores RGB.

Bicolores[editar | editar la fonte]

Los ledes bicolor contienen dos ledes distintos nun solu conxuntu. Hai de dos tipos; el primeru consiste en dos troqueles conectaos a dos conductores paralelos ente sigo cola circulación de la corriente en sentíos opuestos. Col fluxu de corriente nun sentíu emítese un color y cola corriente nel sentíu opuestu emítese l'otru color. Nel segundu tipu, sicasí, los dos troqueles tienen los terminales separaos y esiste un terminal pa cada cátodu o pa cada ánodu, de cuenta que pueden ser controlaos independientemente. La combinación de colores más común ye la de coloráu / verde tradicional, sicasí, esisten otres combinaciones disponibles como'l verde tradicional/ámbare, el colloráu verde puru, el colloráu azul o l'azul verde puru.

Tricolores[editar | editar la fonte]

Los ledes tricolores contienen trés ledes emisores distintos nun solu bastidor. Cada emisor ta conectáu a un terminal separáu por que pueda ser controláu independientemente de los otros. Ye bien característica una disposición na qu'apaecen cuatro terminales, un terminal común (los trés ánodos o los trés cátodos xuníos) más un terminal adicional pa cada color.

RGB[editar | editar la fonte]

Los ledes RGB son ledes tricolor con emisores coloráu, verde y azul, qu'usen xeneralmente una conexón de cuatro hilos y un terminal común (ánodu o cátodu). Esti tipu de ledes pueden presentar como común tantu'l terminal positivu como'l terminal negativu. Otros modelos, sicasí, solo tienen dos terminales (positivu y negativu) y una pequeña unidá de control electrónicu incorporada.

Multicolores decorativos[editar | editar la fonte]

Esti tipu de ledes tien emisores de distintos colores y tán dotaos de dos únicos terminales de salida. El colores se conmutan internamente variando la tensión d'alimentación.

Alfanuméricos[editar | editar la fonte]

Los ledes alfanuméricos tán disponibles comovisualizadores de siete segmentos, como visualizadores de catorce segmentos o comopantalles de matrices de puntos. Los visualizadores (displays) de siete segmentos pueden representar tolos númberos y un conxuntu llindáu de lletres ente que los de catorce segmentos pueden visualizar toles lletres. Les pantalles de matrices de puntos usen davezu 5x7 píxeles por calter. L'usu de los ledes de siete segmentos xeneralizar na década de 1970 y 1980 pero l'usu creciente de lespantalles cristal líquidu amenorgó la popularidá de los ledes numbéricos y alfanuméricos pol so menor requerimientu de potencia y mayor flexibilidá pa la visualización.

RGB Dixitales[editar | editar la fonte]

Son ledes RGB que contienen la so propia electrónica de control "intelixente". Amás de l'alimentación y la conexón a tierra, disponen de conexones pa la entrada y la salida de datos y, dacuando, pa señales de reló o estroboscópicas. Atópense conectaos nunacadena margarita, cola entrada de datos al primera led dotada d'un microprocesador que puede controlar el rellumu y el color de cada unu d'ellos, independientemente de los demás. Úsense onde sía necesaria una combinación qu'apurra un control máximu y una vista mínima de la electrónica, como asocede nes cadenes lluminoses navidiegues o nes matrices de led. Dalgunos inclusive presentenImaxes per segundu tases de refrescu nel marxe de los kHz, lo que los fai aptos p'aplicaciones básiques de vídeu.

Filamentos[editar | editar la fonte]

Unfilamentu led consta de dellos chips led conectaos en serie sobre un sustrato llonxitudinal formando una barra delgada que recuerda al filamentu incandescente d'una bombilla tradicional.[120] Los filamentos tán utilizándose como una alternativa decorativa de baxu costu a les bombilles tradicionales que tán siendo esaniciaes en munchos países. Los filamentos riquen una tensión d'alimentación bastante alta p'allumar con un rellumu normal, pudiendo trabayar de manera eficiente y senciella a les tensiones de la rede. Con frecuencia un simple rectificador y un llendador capacitivo de corriente empléguense como una sustitución de baxu costu de la bombilla incandescente tradicional ensin l'inconveniente de tener que construyir un convertidor de baxa tensión y corriente elevada, tal como lo riquir los diodos led individuales.[121] De normal móntense nel interior d'una cortil hermética al que se-y da una forma similar a la de les llámpares que sustitúin (en forma de bombilla, por casu) y rellénense con un gas inerte como nitróxenu o dióxidu de carbonu pa esaniciar el calor de forma eficiente. Los principales tipos de ledes son: miniatura, dispositivos d'alta potencia y diseños habituales como los alfanuméricos o los multicolor.[122]

Considerancies d'usu[editar | editar la fonte]

Fuentes d'alimentación[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Circuitu con led

Circuitu básicu pal encendíu d'un Led. Componer d'un led, una resistencia limitadora de corriente y una fonte d'alimentación de tensión continuo.
Curva característica d'un diodu led coles sos zones de polarización directa ya inversa

La curva característica corriente-tensión d'un led ye similar a la d'otros diodos, nos que la intensidá de corriente (o de volao, corriente) crez exponencialmente cola tensión (ver la ecuación de Shockley). Esto significa qu'un pequenu cambéu na tensión puede provocar un gran cambéu na corriente.[123] Si la tensión aplicao devasa la cayida de la tensión estragal en polarización directa del led, nuna pequena cantidá, la llende de corriente que'l diodu puede soportar puede superase llargamente, pudiendo estropiar o destruyir el led. La solución que puede adoptase pa evitalo consiste n'utilizar fontes d'alimentación d'intensidá de corriente constante (de volao, fonte de corriente constante[124]) capaces de caltener la corriente per debaxo del valor máximu de la corriente que puede travesar el led o, a lo menos, si usa una fonte de tensión constante convencional o batería, añedir nel circuitu de llume del Led una resistencia limitadora en serie col Led. Cuidao que les fontes normales d'alimentación (bateríes, rede eléctrica) son de normal fontes de tensión constante, la mayoría de los aparatos led tienen d'incluyir un convertidor de potencia o, siquier, una resistencia limitadora de corriente. Sicasí, l'alta resistencia de les piles de botón de tres voltios combinada cola alta resistencia diferencial de los ledes derivaos de nitruros fai posible alimentar tales ledes con una pila de botón ensin necesidá d'incorporar una resistencia esterna.

Polaridá eléctrica[editar | editar la fonte]

Artículu principal: Polaridad eléctrica de los Ledes

Al igual qu'asocede con tolos diodos, la corriente flúi fácilmente del material de tipu p al material de tipu n.[125] Sicasí, si aplícase un voltaxe pequenu nel sentíu inversu la corriente nun flúi y nun s'emite lluz. Si'l voltaxe inversu crez lo suficiente como pa entepasar la tensión de rotura, flúi una corriente elevada y el led puede quedar estropiáu. Si la corriente inversa ta lo suficientemente llindada como pa evitar daños, el led de conducción inversa pue ser utilizáu como un diodo avalancha.

Salú y seguridá[editar | editar la fonte]

La inmensa mayoría de los dispositivos que contienen ledes son "seguros en condiciones d'usu normal", y polo tanto clasifíquense como "Productu de riesgu 1 RG1 (riesgu baxo)" / "LED Class 1". Na actualidá, solo unos pocos ledes -los ledes desaxeradamente lluminosos que presenten un ángulu de visión bien pequenu d'una apertura de 8° o menos- podríen, en teoría, causar una ceguera temporal y, poro, clasifíquense como de "Riesgu 2 RG2 (riesgu moderao)".[126] La opinión de l'Axencia Francesa de Seguridá Alimentaria, Medioambiental y de Salú y Seguridá Ocupacional (ANSES) al encetar en 2010 les cuestiones sanitaries rellacionaes colos ledes, suxurió prohibir l'usu públicu de les llámpares que s'atopaben nel Grupu 2 o de Riesgu Moderao, especialmente aquelles con un altu componente azul, nos llugares frecuentaos polos neños.[127]

Polo xeneral, los reglamentos de seguridá nel usu de la lluz laser[128][129] —y los dispositivos de Riesgu 1, Riesgu 2, etc.— son tamién aplicables a los ledes.[130]

Según los ledes presenten la ventaya, sobre les llámpares fluorescentes, de que nun contienen mercuriu, sicasí, pueden contener otros metales peligrosos tales como chombu y arsénicu. Tocantes a la tosicidá de los ledes cuando se traten como borrafes, un estudiu publicáu en 2011 declaró: "Acordies con les normes federales, los ledes nun son peligrosos, sacante los ledes coloraos de baxa intensidá, yá que de primeres de la so comercialización conteníen Pb (chombu) en concentraciones cimeres a les llendes reglamentaries (186 mg/L; llende reglamentaria: 5). Sicasí, acordies con les reglamentaciones de California, los niveles escesivos de cobre (hasta 3892 mg/kg; llende: 2500), chombu (hasta 8103 mg/kg, llende: 1000), níquel (hasta 4797 mg/kg, llende: 2000), o plata (hasta 721 mg/kg, llende: 500) causen que tolos ledes, sacante los mariellos de baxa intensidá, sían peligrosos ".[131]

Ventayes[editar | editar la fonte]

  • Eficiencia: los ledes emiten más lúmenes por vatiu que les bombilles incandescentes.[132] La eficiencia de los aparatos de llume led nun se ve afectada pola forma y el tamañu d'estos a diferencia de les bombilles o tubos fluorescentes.
  • Color: los ledes pueden emitir lluz de cualesquier color, ensin usar nengún filtru de color como los que se precisen nos métodos de llume tradicional. Esta propiedá apúrre-yos una mayor eficiencia y dexa amenorgar los costos.
  • Tamañu: los ledes pueden ser bien pequenos (menos de 2 mm2[133]) y pollo pueden conectase fácilmente a les plaques de los circuitos impresos.
  • Tiempu de calentamientu: los ledes enciéndense bien rápido. Un indicador led colloráu típicu va algamar el rellumu máximu en menos d'un microsegundo.[134] Los ledes utilizaos nos dispositivos de comunicaciones pueden presentar tiempos de respuesta entá más curtios.
  • Ciclos: los ledes son ideales nes aplicaciones suxetes a frecuentes ciclos d'encendíu y apagaos, a diferencia de les llámpares incandescentes y fluorescentes que fallen cuando s'usen nesta opción, o como les lámpara d'alta intensidá de descarga (llámpares HID) que riquen enforma tiempu d'espera antes de reiniciase l'encendíu.
  • Escurecimientu: los ledes pueden escurecese fácilmente por modulación per anchu de pulsos o por amenorgamientu de la corriente directa.[135] La modulación del anchu de los pulsos ye la razón pola cual les lluces ledsobremanera los faros de los automóviles paecen tar ceguñando cuando son vistos al traviés d'una cámara o por delles persones. Ye un casu d'efectu estroboscópico.
  • Lluz frío: a diferencia de la mayoría de fontes de lluz, los ledes irradien bien pocu calor en forma de radiación infrarroxo la cual puede estropiar oxetos o texíos sensibles. La enerxía perdida sume en forma de calor na base del led.
  • Gastadura lenta: la mayoría de los ledes van estropiándose amodo col tiempu, a diferencia de les bombilles incandescentes que se deterioren de forma abrupta.
  • Vida útil: los ledes pueden tener una vida útil relativamente llarga. Un informe envalora qu'ente 35.000 y 50.000 hores de vida útil, anque'l tiempu de normal trescurríu hasta que'l productu dexa de funcionar dafechu suel ser mayor.[136] Los tubos fluorescentes tienen una vida útil envalorada de 10.000 a 15.000 hores, dependiendo en parte de les condiciones d'usu, y les bombilles incandescentes de 1000 a 2000 hores. Delles manifestaciones delDOE demostraron que más que l'aforru d'enerxía, l'amenorgamientu de los costos de caltenimientu mientres esta vida útil tan estendida, constitúi'l factor principal pa la determinación del periodu de recuperación de la inversión pa un productu led.[137]
  • Resistencia a los golpes: los ledes son componentes d'estáu sólidu y, por tanto, son difíciles d'estropiar con golpes esternos, a diferencia de les llámpares fluorescentes y incandescentes, que son fráxiles.
  • Enfoque: un sistema de ledes puede diseñase pa poder enfocar la lluz. Les fontes incandescentes y fluorescentes riquen, de cutiu, un reflector esternu pa recoyer la lluz y dirixila d'una forma apropiada. Nos sistemes de ledes más grandes, les lentes de reflexón interna total (TIR) suélense usar pa consiguir el mesmu efectu. Sicasí cuando se precisen grandes cantidaes de lluz, suélense esplegar munches fontes de lluz, que son difíciles d'enfocar o colimar escontra'l mesmu llugar.

Inconvenientes[editar | editar la fonte]

  • Preciu inicial: los ledes son anguaño un pocu más caros (preciu por lúmen) qu'otres tecnoloxíes de llume. En marzu de 2014 un fabricante afirmó algamar yá'l preciu d'un dólar por kilolumen.[138] El gastu adicional provien en parte d'una emisión de lluz relativamente baxo, de los circuitos de accionamiento y de les fontes d'alimentación que se riquir.
  • Dependencia de la temperatura: el rendimientu del led depende en gran midida de la temperatura ambiente de la redolada, o de los procedimientos utilizaos pa la xestión térmica. La sobrecarga d'un led nun ambiente de temperatura elevao puede dar llugar a un sobrecalentamientu del conxuntu de los ledes, y a un fallu del dispositivu de llume. Ye necesariu utilizar un disipador de calor fayadizu p'asegurar una vida útil llarga. Esto ye especialmente importante nes aplicaciones automotoras, médiques y militares onde los dispositivos tienen d'operar dientro d'una amplia gama de temperatures, y con unos baxos índices d'erru. Toshiba fabricó ledes con un marxe de temperatura d'operación de -40 a 100 ºC, que s'afai tantu pa facilitar el so usu n'interiores como n'esteriores y n'aplicaciones tales como llámpares, lluces de techu, lluces de cai y focos.
  • Sensibilidá cola tensión: los ledes tienen de ser suministraos pa trabayar con una tensión cimero a la so voltaxe estragal y con una corriente per debaxo del so valor nominal. Tanto la corriente como la vida útil camuden de manera importante con un pequenu cambéu na tensión aplicao. Poro, riquen una corriente de suministru regulada (polo xeneral basta con una resistencia en serie pa'l indicadores con ledes).[139]
  • Reproducción d'el color: la mayoría de los ledes de color blancu fríu presenten espectros que difieren significativamente del espectru de irradiación del cuerpu negru como son el Sol o una llámpara incandescente. El picu a 460nm y la depresión a 500nm pueden faer qu'el color de los oxetos percibir de forma distinta sol llume d'un led de color blancu fríu que so la lluz solar o les fontes de lluz incandescentes, debíu al metamerismo.[140] Los ledes de blancu fríu basaos en fósforos reproducen especialmente mal les superficies coloraes.
  • Área acomuñada a la fonte de lluz: los ledes individuales nun s'averen a una fonte puntual de lluz qu'apurre una distribución de lluz esférico, sinón más bien una distribución lambertiana. Los ledes aplicar con dificultá a los casos onde son necesarios campos de lluz esféricu, sicasí, los campos lluminosos pueden ser manipoliaos por aciu l'aplicación de distintos procedimientos ópticos o de “lentes”. Los ledes nun pueden apurrir diverxencies per debaxo d'unos pocos graos. Otra manera, los láseres pueden emitir fexes con diverxencies de 0,2 graos o menos.[141]
  • Polaridá eléctrica: a diferencia de les bombilles incandescentes, que s'allumen independientemente de la polaridá eléctrica, los ledes solo van encendese emplegando la polaridá eléctrica correcta. P'afaer automáticamente la polaridá de la fonte d'alimentación delos dispositivos led, pueden utilizase rectificadores.
  • Peligru del azul: esiste la esmolición de que los ledes azules y los ledes de color blancu fríu sían capaces de superar les llendes de seguridá establecíos por aciu el llamáu peligru de la lluz azul según defínese nes especificaciones de seguridá ocular como la norma IEC 62471.[142][143][144]
  • Contaminación llumínica n'esteriores: los ledes blancos, especialmente los que presenten una elevada temperatura de color, emiten lluz de llargor d'onda muncho más corta que les fontes de lluz convencional al campu, como leslámpara de vapor de sodiu d'alta presión. Per otru llau, hai que tener en cuenta amás la mayor sensibilidá de la nuesa visión al azul y al verde en visión escotópica y, por tanto, movida nel espectru visible escontra colores 'fríos' falsiando , poro, l'apreciación d'el colores 'templaos' (escontra'l naranxa y el colloráu) . De resultes, los ledes blancos utilizaos nos llumes d'esteriores provoquen, en visión escotópica, más rellumada nocherniego del cielu y collo xeneren más contaminación llumínica.[145][146][147][148][149][150] L'Asociación Médica Americana alvirtió sobre l'usu de ledes blancos d'altu conteníu d'azul nel llume público, por cuenta del so mayor impactu na salú humana y el mediu ambiente, en comparanza coles fontes de lluz de baxu conteníu azul (por casu, les de Sodiu d'Alta Presión, los ledes ambar d'el ordenadores y los ledes de baxa temperatura de color.[151]
  • Amenorgamientu de la eficiencia: la eficiencia de los ledes mengua a midida que aumenta la corriente eléctrica. El calentamientu tamién aumenta coles corrientes más elevaes, lo que compromete la vida útil de los ledes. Estos efectos imponen llendes práctiques a los valores de la corriente de los ledes nes aplicaciones d'alta potencia.[152]
  • Impactu nos insectos: los ledes son muncho más curiosos pa los insectos que les lluces de vapor de sodiu, lo que creó una esmolición pola posibilidá de provocar una perturbación de les sos redes alimenticies.[153][154]
  • Usu en condiciones ivernices: cuidao que los ledes nun emiten enforma calor en comparanza coles llámpares incandescentes, les lluces led utilizaes pal control de tráficu pueden permanecer cubiertes de nieve lo que les escurez, y puede llegar a provocar accidentes.[155][156]

Aplicaciones[editar | editar la fonte]

Indicadores y llámpares de señales[editar | editar la fonte]

Ilustración d'un semáforu con ledes coloráu, mariellu y verde

El so consumu d'enerxía, la poca necesidá de caltenimientu y el tamañu pequenu de los ledes favoreció'l so usu como indicadores d'estáu y visualización nuna gran variedá d'equipos ya instalaciones. Les pantalles led de gran superficie utilizar pa retresmitir el xuegu nos estadios, como pantalles decoratives dinámiques y como señales de mensaxes dinámicos nes autopistes. Les pantalles llixeru y delgáu con mensaxes utilizar nos aeropuertos y estaciones de ferrocarril y como paneles d'información de destinos nos trenes, autobuses, tranvíes y tresbordadores.

Les lluces d'un solu color son afeches pa los semáforos, les señales de tráficu, los lletreros de salida, el llume d'emerxencia de los vehículos, les lluces de saléu, los faro (los índices estándar de cromaticidad y de luminancia fueron establecíos nel Conveniu Internacional de Prevención de Choques nel Mar de 1972 Anexu 1 y pola Comisión Internacional de Llume o CIE) y les lluces de Navidá compuestes de ledes. En rexones de climes fríos, los semáforos led pueden permanecer cubiertos de nieve.[157] Úsense ledes coloraos o mariellos n'indicadores y pantalles alfanuméricas, n'ambientes onde se debe caltener una visión nocherniega: cabines d'aviones, pontes submarines y de buques, observatorios astronómicos y nel campu por casu pa la observación d'animales mientres la nueche y aplicaciones militares del campu.

Dada la so llarga vida útil, los sos tiempos de conmutación rápidos y la so capacidá pa ser vistos a plena lluz del día por cuenta de la so alta intensidá y concentración, dende va dalgún tiempu viénense utilizáu ledes pa les lluces de frenu d'automóviles, camiones y autobuses, y nes señales de cambéu de dirección; munchos vehículos usen anguaño los ledes nos sos conxuntos de lluminoses traseres. L'usu nos frenos ameyora la seguridá por cuenta del gran amenorgamientu nel tiempu riquíu pa un encendíu completu, ye dicir pol fechu de presentar un tiempu de xubida más curtiu, hasta 0.5 segundos más rápidu qu'una bombilla incandescente. Esto apurre más tiempu de reacción pa'l conductores de tras. Nun circuitu de dos intensidad (lluces de posición traseres y frenos) si los ledes nun son remanaos con una frecuencia abondo rápida, pueden crear una matriz pantasma, onde les imaxes pantasma del led van apaecer si los güeyos muévense rápido pola disposición de lluces. Los faros provistos de ledes blancos tán empezando a utilizase. L'usu de los ledes tien ventayes d'estilu porque pueden formar fexes de lluz muncho más delgáu que les llámpares incandescentes provistes de reflectores parabólicos.

Los ledes de baxa potencia resulten relativamente bien económicos y dexen el so usu n'oxetos lluminosos de vida curtia como son los autoadhesivos lluminosos, los oxetos d'usar y tirar y el texíu fotónico Lumalive. Los artistes tamién usen los ledes pal llamáu arte led. El receptores de radiu meteorolóxicos y de socorru con mensaxes d'área codificados (SAME) disponen de trés ledes: colloráu p'alarmes, naranxa p'atención y mariellu p'avisos, indicaciones ya informes.

Llume[editar | editar la fonte]

P'afalar el cambéu a les llámpares de ledes, el Departamentu d'Enerxía de los Estaos Xuníos creó'l premiu L. La bombilla led Philips Lighting North America ganó'l primer premiu'l 3 d'agostu de 2011 dempués de completar con ésitu 18 meses de pruebes intensives de campu, llaboratoriu y productu.[158]

Los ledes utilícense como lluces de la cai y en llume arquitectónico. La robustez mecánica y la vida útil llarga utilizar na llume automotriz nos coches, les motocicletes y les lluces de la bicicleta. La emisión de lluz led puede controlase conducentemente por aciu l'usu d'principios ópticos de non imaxe.

En 2007, el pueblu italianu de Torraca foi'l primer llugar en convertir tol so sistema de llume en led.[159] Los ledes utilícense tamién na aviación, Airbus utilizó'l llume led nel so Airbus A320 dende 2007, y Boeing utiliza'l llume led nel 787. Los ledes tamién s'utilicen agora nel aeropuertu y el llume del helipuertu. Los aparatos d'aeropuertu de ledes inclúin anguaño lluces de pista de media intensidá, lluces na llinia central de la pista, na llinia central de la cai de rodaxe y lluces nel cantu.

Los ledes tamién s'utilicen como fonte de lluz pa proyeutores DLP y p'allumar les televisiones LCD (conocíos como televisiones led) y les pantalles pa ordenadores portátiles. Los ledes RGB alcen la gama de colores hasta nun 45%. Les pantalles pa TV y pantalles d'ordenador pueden ser más delgaes usando ledes para retroiluminación .[160] La falta de radiación infrarroxo o térmica fai que los ledes sían ideales para lluces d'escenariu con bancos de ledes RGB que pueden camudar fácilmente de color y menguar el calentamientu del llume, según el llume médico onde la radiación DIR puede ser dañible. Nel caltenimientu de la enerxía, hai una menor producción de calor al utilizar ledes.

Amás son pequenos, duraderos y precisen poca potencia, polo que s'utilicen en dispositivos portátiles como llinternes. Les lluces estroboscópicas led o los flaxes de la cámara funcionen a una tensión seguro y baxa, en llugar de los 250+ voltios que s'atopen comúnmente nel llume basáu en flax de xenón. Esto ye especialmente útil nes cámares de teléfonos móviles. Los ledes utilizar pal llume infrarroxo nos usos de la visión nocherniega incluyendo cámares de seguridá. Un aníu de ledes alredor d'una cámara de vídeu empobináu escontra alantre nun fondu retrorreflectante, dexa la codificación de croma en producciones de video.

Los ledes utilizar nes operaciones mineres, como llámpares de tapa p'apurrir lluz a los mineros. Realizáronse investigaciones p'ameyorar los ledes de la minería, amenorgar l'esllumamientu y aumentar el llume, amenorgando'l riesgu de mancadures a los mineros.[161]

Los ledes úsense agora comúnmente en toles árees de mercáu, dende l'usu comercial hasta l'usu domésticu: iluminación estándar, teatral, arquitectónicu , instalaciones públiques, y onde s'utilice lluz artificial.

Los ledes tán atopando cada vez más usos n'aplicaciones médiques y educatives, por casu como ameyora del estáu d'ánimu, y nueves tecnoloxíes tales como AmBX, esplotando la versatilidad del led. La NASA patrocinó inclusive la investigación pal usu de ledes pa promover salú pa los astronautes.[162]

Comunicaciones óptiques. Tresferencia de datos y otres comunicaciones[editar | editar la fonte]

Ver tamién: Lifi

La lluz puede utilizase pa tresmitir datos y señales analóxiques. Por casu, los ledes blancos pueden ser utilizaos en sistemes p'ayudar a la xente a empobinase n'espacios zarraos coles mires d'alcontrar disposiciones o oxetos.[163]

Los dispositivos d'audición asistida de munchos teatros y espacios similares utilicen matrices de ledes infrarroxos pa unviar el soníu a'l receptores d'el espectadores. Los ledes (y tamién los láseres de semiconductor) utilizar pa unviar datos al traviés de munchos tipos de cable de fibra óptica. Dende los cables TOSLINK pa la tresmisión d'audiu dixital hasta a los enllaces de fibra de anchu de banda bien eleváu que constitúin l'escayu dorsal de Internet. Mientres dalgún tiempu'l ordenadores tuvieron forníos con interfaces IrDA, que-yos dexaben unviar y recibir datos de los equipos próximos por aciu radiación infrarroxo.

Por cuenta de que los ledes pueden encender y apagase millones de vegaes per segundu, riquen disponer d'un anchu de banda bien alto pa la tresmisión de datos.[164][165]

Llume sostenible[editar | editar la fonte]

La eficiencia nel llume ye daqué necesariu pa la arquiteutura sostenible. En 2009, les pruebes realizaes con bombilles led pol Departamentu d'Enerxía de los Estaos Xuníos amosaben una eficiencia media dende 35 lm/W, per debaxo, por tanto, de la eficiencia de les LFC, hasta valores tan baxos como 9 lm/W, peores que les bombilles incandescentes. Una bombilla led típica de 13 vatios emitía de 450 a 650 lúmenes,[166] qu'equivalía a una bombilla incandescente estándar de 40 vatios.

Sía que non, en 2011 esistíen bombilles led con una eficiencia de 150 lm/W, ya inclusive los modelos de gama baxa llegaben a entepasar los 50 lm/W, polo qu'un led de 6 vatios podía algamar los mesmos resultaos qu'una bombilla incandescente estándar de 40 vatios. Estes postreres tienen una durabilidad de 1000 hores ente que un led puede siguir operando a una menor eficiencia mientres más de 50.000 hores.

Tabla comparativa de led-LFC-bombilla incandescente:

Led CFL Bombilla incandescente
Vida 50,000 hores 10,000 hores 1,200 hores
Vatios per bombilla 10 14 60
Costu per bombilla $2.00 $7.00 $1.25
kW consumíos en 50,000 hores 500 700 3000
Costu Eléctricu ($0.10/kW) $50 $70 $300
Bombilles necesaries pa completar 50.000 hores de lluz 1 5 42
Gastu en bombilles pa 50.000 hores de lluz $2.00 $35.00 $52.50
Costu total pa 50.000 hores de lluz $52.00 $105.00 $352.50

Consumu d'enerxía[editar | editar la fonte]

L'amenorgamientu nel consumu de enerxía eléctrica que se consigue con un llume basáu en led ye importante cuando se compara cola llume por incandescencia. Amás, esti amenorgamientu tamién se manifiesta como un notable amenorgamientu de dañu al mediu ambiente. Cada país presenta un panorama enerxéticu distintu y, por tanto, anque la repercusión nel consumu enerxéticu sía'l mesmu, la producción de gases nocivos pal mediu ambiente pue fluctuar daqué d'unos a otros. No que respecta al consumu puede tomase como amuesa una bombilla incandescente convencional de 40 vatios. Una producción lluminosa equivalente puede llograse con un sistema de ledes de 6 vatios de potencia. Utilizando, pos, el sistema de ledes en llugar de bombilles incandescentes, puede amenorgase el consumu enerxéticu en más d'un 85%. En cuanto al aforru nel impactu ambiental ye posible cuantificarlo pa cualquier país si conoz la producción de CO2 por cada kW per hora. Nel casu concretu d'España sábese qu'el mix enerxéticu de la rede eléctrica española produció unos 308 g de CO2/kWh en 2016. Suponer pal cálculu que tanto la bombilla como'l conxuntu led funcionaron mientres 10 hores al día a lo llargo de too l'añu 2016.[167] Les enerxíes consumíes fueron de 146 kW-hora per parte de la bombilla incandescente y de 21.6 kW-hora per parte del conxuntu led. La enerxía eléctrica consumida puede traducise a kg de CO2 producíos al añu. Nel primer casu llevóse a cabu la xeneración d'unos 45 kg de CO2 ente que nel segundu caso la producción de CO2 quedó amenorgada a 6.75 kg.

Fuentes de lluz pa sistemes de visión artificial[editar | editar la fonte]

Los sistemes de visión industriales suelen riquir un llume homoxéneo pa poder enfocar sobre rasgo de la imaxe d'interés. Este ye unu de los usos más frecuentes de les lluces led, y de xuru se caltenga asina faciendo baxar los precios de los sistemes basaos na señalización llumínica. Los escáneres de códigu de barres son l'exemplu más común de sistemes de visión, munchos d'estos productos de baxu costu utilicen ledes en cuenta de láseres.[168] Los mures d'ordenador ópticos tamién utilicen ledes pal so sistema de visión, yá que apurren una fonte de lluz uniforme sobre la superficie pa la cámara en miniatura dientro del mure. Ello ye que los ledes constitúin una fonte de lluz casi ideal pa los sistemes de visión polos siguiente motivos:

  • El tamañu del campu allumao sueli ser comparativamente pequeñu y los sistemes de visión artificial de cutiu son bastante caros, polo que'l costu de la fonte de lluz suel ser una esmolición menor. Sicasí, puede nun ser fácil reemplazar una fonte de lluz roto dientro d'una maquinaria complexa; nesti casu la llarga vida útil de los ledes ye un beneficiu.
  • Los componentes de los ledes tienden a ser pequenos y pueden asitiase con alta densidá sobre sustratos de superficies planes o uniformes (PCB, etc.) de cuenta que puedan diseñase fontes lluminoses y homoxénees que dirixen lluz dende direcciones controlaes de forma estricta en partes inspeccionaes. Esto de cutiu puede llograse con lentes pequenes y de baxu costu y con difusores, ayudando a llograr altes densidaes de lluz con control sobre los niveles de llume y homoxeneidá. Les fontes led pueden configurase de delles formes (focos pa llume reflectante, lluces d'aníu pa llume coaxial, lluces de fondu pa llume de contorna, montaxes llineales, paneles planos de gran formatu, fontes de domo pa llume omnidireccional difusa).
  • Los ledes pueden ser fácilmente estroboscópicos (nel rangu de microsegundos y per debaxo) y sincronizaos con imaxes. Los ledes d'alta potencia tán disponibles pa dexar imaxes bien allumaes, inclusive con pulsos de lluz bien curtiu. Esto utilízase con frecuencia pa llograr imaxes nítidas y nítidas de les partes que se mueven rápido.
  • Los ledes vienen en dellos colores y llargores d'onda, dexando l'usu fácil del meyor color pa cada necesidá, onde'l color distintu puede apurrir una meyor visibilidá de característiques del interés. Tener un espectru precisamente conocíu dexa utilizar filtros estrechamente empareyaos pa dixebrar l'anchu de banda informativu o p'amenorgar los efectos perturbadores de la lluz ambiente. Los ledes usualmente operen a temperatures de trabayu comparativamente baxes, simplificando'l manexu del calor y la disipación. Esto dexa l'usu de lentes de plásticu, filtros y difusores. Les unidaes impermeables tamién pueden diseñase fácilmente, dexando l'usu n'ambientes aspros o húmedos (alimentu, bebida, industries del aceite).

Medicina y bioloxía[editar | editar la fonte]

La sanidá fíxose ecu de les ventayes de los ledes frente a otros tipos de llume ya incorporar nel so equipamientu d'última xeneración. Les ventayes ufiertaes polos ledes nel so estáu de desenvolvimientu actual favorecieron el so rápidu espardimientu nel mundu de la presea pal diagnósticu y sofitu nos procedimientos médicu y quirúrxicu. Les ventayes apreciaes polos profesionales de la medicina son les siguientes:

  • El tamañu pequenu de les fontes de lluz que, polo xeneral, pueden venir asociaes a guíes de lluz bien delgaes y flexibles lo que-yos dexa'l so desplazamientu pel interior decatéteres tamién delgaos.
  • La inesistencia de radiación infrarroxo acompañante, lo que dexa que se-yos acomuñar el calificativu de lluz frío. El calor desprendío por otru tipu de fontes lluminoses enzancaba a torgaba'l so usu en determinaes observaciones de diagnósticu o intervenciones quirúrxiques.
  • La tonalidá blanca que suel ser la predilecta pa les observaciones médiques. Tien De tratase d'un color blancu natural capaz de presentar toos el colores ensin problemes de metamerismo. El color natural de los texíos asina allumaos asina favorez el diagnósticu correctu del campu reparáu.
  • La intensidá lluminosa elevada algamable por estes fontes de lluz.

Diagnósticu y visión[editar | editar la fonte]

Con base nes idees anteriores, los endoscopios actuales tán dotaos de llume led. La técnica endoscópica abarca munches especialidaes médiques, por casu gastroscopia, colonoscopia, laringoscopia, otoscopia o artroscopia. Toes estes técniques dexen la observación d'órganos y sistemes del cuerpu humanu por aciu l'usu de cámares miniatura de video. Puédense tamién emplegar nes intervenciones quirúrxiques o pa efectuar diagnósticos. Los equipos tamién se conocen como videoscopios o videoendoscopios. Hai ríxidos o flexibles según les necesidaes. La fibra la óptica afacer a cada casu en particular. Per otru llau les lluminaries de los quirófanos y clíniquesodontolóxiques son anguaño de ledes. Satisfaen a la perfección toes los requerimientos técnicos y sanitarios pal so usu. Apréciase especialmente'l llogru d'un llume blanco, natural, brillosu (más de cientu cincuenta mil candeles a un metro de distancia del campu de la operación), ensin solombres y ensin emisiones infrarroxes o ultravioleta que podíen afectar tantu al paciente como al personal médico que participa na intervención.

Otru tantu asocede coles lámpara fronteres de los ciruxanos y odontólogos dotaes de ledes, coles llámpares pa exames médicos, pa esploraciones ya intervenciones oftalmolóxiques o par aciruxía menor colo que puede afirmase que los ledes llegaron a tomar toles especialidaes médiques. Les empreses óptiques dedicaes a la medicina incorporaron los ledes nos sos equipos d'observación, por casu nos microscopios, llogrando con ello munches ventayes pal estudiu d'imaxes emplegando les distintes técniques (campu claro, oldee, fluorescencia), lo que pon de manifiestu nos campos publicitario y comercial. Los ledes utilizar con ésitu como sensores en pulsímetros o tensiómetros d'osíxenu pa midir la saturación d'osíxenu.

Terapia[editar | editar la fonte]

La lluz led emplegar nuna técnica de tratamientu de la piel denomada fototerapia. Recordemos que la lluz emitida poles distintes aleaciones de semiconductores ye bien monocromática. A cada unu d'el colores (azul, mariellu, colloráu, etc.) atribúyese-y actividá prioritaria nun determináu procesu terapéuticu, por casu, favorecer la cicatrización (lluz azul), atacar a determinada cepa de bacteries (dellos colores), esclariar los llurdios dérmicos (lluz colorao), etc. Munchos materiales y sistemes biolóxicos son sensibles o dependientes de la lluz. Les lluces de crecedera empleguen ledes p'aumentar la fotosíntesis nes plantes. Les bacteries y los virus pueden esaniciase de l'agua y d'otres sustances por aciu una esterilización con ledes UV.

Industria[editar | editar la fonte]

La industria afixo los modelos d'observación emplegaos en medicina pa les sos propies necesidaes y los equipos reciben el nome d'endoscopios industriales o tamién boroscopios, flexoscopios o videoendoscopios. Puede reparase con ellos l'interior de máquines, motores, conductos, cuévanos o armes ensin necesidá de desmontalos.

Otres aplicaciones[editar | editar la fonte]

La lluz de los ledes puede ser modulada bien rápido polo que s'utilicen enforma na fibra óptica y la comunicación óptica pel espaciu llibre. Esto inclúi los controles remotos utilizaos en televisiones, videograbadoras y ordenadores led. Los aisladores ópticos utilicen un led combináu con un fotodiodo o fototransistor p'apurrir una vía de señal con aislamientu eléctricu ente dos circuitos. Esto ye especialmente útil n'equipos médicos onde les señales d'un circuitu de sensores de baxa tensión (de normal alimentaos por bateríes) en contactu con un organismu vivu tienen de tar aisllaes eléctricamente de cualesquier posible fallu eléctricu nun dispositivu de monitorización que funcione a voltaxes potencialmente peligrosos. Un optoisolador tamién dexa que la información tresferir ente circuitos que nun comparten un potencial de tierra común.

Munchos sistemes de sensores dependen de la lluz como fonte de señal. Los ledes suelen ser ideales como una fonte de lluz por cuenta de los requisitos de los sensores. Los ledes utilícense como sensores de movimientu, por casu en mures ópticos d'ordenadores. La barra de sensores de la Nintendo Wii utiliza ledes infrarroxos. Los oxímetros de pulsu utilizar pa midir la saturación de osíxenu. Dellos escáneres de mesa utilicen matrices de led RGB en llugar de la típica llámpara fluorescente de cátodu fríu como fonte de lluz. Tener el control de forma independiente de trés colories allumaos dexa que l'escáner se calibre pa un balance de color más precisu y nun hai necesidá de calentamientu. Amás, los sos sensores solo precisen ser monocromáticos, yá que en cualquier momentu la páxina escaniada solo allúmase con un color de lluz. Cuidao que los LED tamién pueden utilizase como fotodiodos, pueden usase tamién pa la emisión de fotografíes o pa la detección. Esto podría ser utilizáu, por casu, nuna pantalla táctil que rexistra la lluz reflexada dende un deu o un estilete.[169] Munchos materiales y sistemes biolóxicos son sensibles o dependen de la lluz. Les lluces pa cultivu usen led p'aguiyar la fotosíntesis nes plantes,[170] y les bacteries y los virus pueden ser esaniciaos de l'agua y otres sustances qu'usen ledes UV pa la esterilización.

Los ledes tamién s'utilizaron como referencia de voltaxe calidable en circuitos electrónicos. En llugar d'un diodu Zener en reguladores de baxa tensión, puede usase la cayida de tensión directo (por casu, aprosimao 1,7 V pa un led coloráu normal). Los ledes coloraos tienen la curva I / V más plana. Anque la tensión directo del led ye muncho más dependiente de la corriente qu'un diodu Zener, los diodos Zener con tensiones de rotura per debaxo de 3 V nun tán llargamente disponibles.

La miniaturización progresiva de la tecnoloxía de llume de baxu voltaxe, como los ledes y los GOLÉI, afechos pa incorporase a materiales de baxa espesura, fomentó la esperimentación na combinación de fontes de lluz y superficies de revestimiento de parés interiores.[171] Les nueves posibilidaes ufiertaes por estos desenvolvimientos llevaron a dellos diseñadores y compañíes, como Meystyle,[172] Ingo Maurer,[173] Lomox[174] y Philips[175] a investigar y desenvolver tecnoloxíes propietaries de papel tapiz led, dalgunes de les cualos tán anguaño disponibles pa la compra comercial. Otres soluciones esisten principalmente como prototipos o tán en procesu de ser refinaes.

Notes[editar | editar la fonte]

  1. Hasta 2001, el términu escribir n'español como una sigla: con mayúscules y ensin plural (un LED, dos LED). Foi aceptáu como sustantivu común pola Asociación d'Academies de la Llingua Española nel Diccionariu de la llingua española). El so plural ye «ledes» (según el plural de «rede» ye «redes»).
    Nun s'escribe más como acrónimo (LED), de manera análoga a les palabres lexicalizadas láser (plural láseres) nun s'escribe más como'l acrónimo inglés LASER (light amplification by stimulated emission of radiation: ‘amplificación de lluz per emisión aguiyada de radiación’) o radar (plural radares) yá nun s'escribe más como'l acrónimo inglés RADAR (radio detection and ranging: detección y midida de distancies per radiu).

Ver tamién[editar | editar la fonte]

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