Como funciona un LED

LEDs más eficientes para el hogar

Las lámparas LED (Light Emitting Diode o Diodo Emisor de Luz) son la forma de iluminación más eficiente que existe en la actualidad. Son excelentes a baja potencia, como por ejemplo una linterna, una pantalla de celular o de TV. Si la corriente aumenta lo suficiente como para iluminar una habitación, su eficiencia tiende a disminuir. Esto se suele llamar LED drop, o caída LED, y es lo que por ahora detiene a las LED de masificarse y adoptarse para todos los usos. Para solucionar esto tenemos buena noticias, investigadores han descubierto la forma de mantener la eficiencia de las LED por más que aumente la corriente eléctrica!

Un LED consiste en una especie de sándwich en el que dos capas de semiconductores aprisionan a los electrodos de metal. Cuando se aplica voltaje entre los electrodos, los electrones cargados negativamente y las cargas positivas son empujadas hacia el medio y se combinan generando luz. El color de la luz depende del material del semiconductor, por ejemplo, el nitruro de galio e indio emite luz azul, el de fosfuro de galio emite verde, y arseniuro de fosfuro de galio emite roja. Para formar la luz blanca se combinan esos tres.

En las LED verdes y azules el material semiconductor genera si propio campo eléctrico cuando la corriente eléctrica que pasa por él aumenta. Ese campo molesta, ya que separa las cargas positivas y negativas, evitando así la combinación y la generación de luz. Como el verde y el azul es necesario para crear luz blanca, es una parte importante de las lámparas LED, pero es la causa de que la eficiencia de estas lámparas baje, ya que se debe gastar mucha más electricidad para producir luz, por culpa del desperdicio de los materiales semiconductores de las LED verdes y azules.

Pero el investigador Yuji Zhao y colegas, de la Universidad de California, Estados Unidos, han descubierto la forma de minimizar el campo extra que limita la eficiencia de las LED. El nitruro de galio del que hablábamos antes se suele formar con silicio, y la forma más fácil de hacerlo es polarizándolos, lo que tiene la culpa luego de generar ese campo que arruina la eficiencia de las LED. Lo que han conseguido Zhao y colegas es obtener un nitruro de galio de otra forma que previene la creación del campo. Así lograron mejorar muchísimo la eficiencia de una lámpara LED, si una de estas suele bajar la eficiencia en un 60%, cuando se aumenta la corriente eléctrica, la creada por Zaho y colegas sólo baja un 14%. El único problema, es que por ahora se trata de una prueba de laboratorio, y como tal, el sustrato creado por ellos resulta caro y difícil de conseguir, pero una vez que se masifique, gracias a la promesa de eficiencia, terminará abaratando los costos.

Sustentator lo explica: Iluminacion LED

Un LED (Light Emitting Diode) o Diodo Emisor de Luz es un dispositivo electrónico que transforma electricidad en luz, de acuerdo con la teoría del efecto fotoeléctricodesarrollada por Albert Einstein, la cual establece que, cuando ciertos materialessemiconductores son estimulados con energía eléctrica, se produce luz y calor.

El elemento principal del LED o “chip” se encuentra en el interior del capuchón plástico del diodo y está compuesto por dos capas de semiconductores unidas, una de ellas es capaz de emitir electrones (capa semiconductora conocida como “tipo n”) y la otra de aceptarlos (capa semiconductora conocida como “tipo p”), emitiendo luz (fotones) durante este proceso.

Los LEDs están compuestos por elementos como Boro, Carbono, Nitrógeno, Aluminio, Fósforo, Arsénico, Zinc y Silicio. El color de la luz emitida por el diodo depende únicamente de los semiconductores que lo constituyen. Por ejemplo, el compuesto nitruro de Galio e Indio (InGaN) emite luz azul, mientras que luz verde y roja pueden ser emitidas utilizando fosfuro de Galio y arseniuro fosfuro de Galio respectivamente. Otros LEDs son capaces de emitir luz ultravioleta o luz infrarroja, ambas invisibles al ojo humano, pero útiles determinadas aplicaciones.

La luz blanca resulta de la composición de todas las longitudes de onda del espectro visible. Puesto que un LED emite luz monocromática únicamente (azul, verde, rojo, etc.), la luz blanca debe ser creada de forma adicional. Tecnológicamente, esto se resuelve combinando tres diodos: azul, verde, y rojo. De forma alternativa, también se puede lograr luz blanca con un LED azul recubierto de fósforo blanco, o con un LED ultravioleta y fósforo tricolor.

Existen numerosas aplicaciones para los LEDs. Se aplican en televisores, celulares, indicadores de estado (stand by), controles remoto, señales de tránsito, procesos de esterilización (LEDs Ultravioleta), crecimiento artificial de plantas, y, desde hace algunos años, en iluminación hogareña y urbana.

La iluminación por LEDs o “iluminación de estado sólido” cuenta con características completamente diferentes a las de las lámparas convencionales ya conocidas. No calienta un filamento metálico, como en el caso de las lámparas incandescentes. Tampoco calienta un gas halógeno o vapor de mercurio como sí lo hacen las lámparas halógenas y las de bajo consumo (CFL).

Una lámpara LED está compuesta por muchos diodos que, por su naturaleza de funcionamiento, le confieren varias ventajas importantes:

1-Una eficiencia energética del 90%. Sólo el 10% de la energía que consumen se transforma en calor. Esta es una gran diferencia respecto a las incandescentes (10% de eficiencia) y las de bajo consumo (40% de eficiencia).

2-Una vida útil de 45000 horas, equivalente a 15 años, y un uso diario de 8 horas. En contraste, una lámpara incandescente ofrece 1500 horas y una CFL 10000.

3-Encienden instantáneamente y de forma irrestricta. Esta no es una característica de las incandescentes (se pueden “quemar”) ni de las CFL, que terminan acortando mucho su vida útil. De hecho, no son apropiadas para pasillos, baños, o lugares donde la luz se prenda y apague frecuentemente.

Además de poseer estas características, son también muy resistentes a  impactos y vibraciones, son reciclables, y algunos modelos especiales de lámparas permiten lograr, mediante control remoto, efectos de iluminación como atenuación de intensidad y cambio de color de forma manual o automática.

Las desventajas actuales respecto de las lámparas LED son principalmente dos. Por un lado, su eficiencia lumínica, medida en lúmenes por watt (el lumen es una medida de potencia lumínica percibida) ya que la tecnología actual ofrece en promedio 40 lm/W contra 10 lm/W de las incandescentes y 60 lm/W de las CFL. Si bien ya existen desarrollos de LED blancos que alcanzan 150 lm/W (valor típico de una lámpara de Sodio de alumbrado público), aún no se encuentran disponibles comercialmente. Este es por tanto, un punto a mejorar. Por otra parte, tienen un alto costo inicial en comparación con las demás alternativas, aunque, si se las piensa como inversión, pueden ser más que convenientes.

Para concluir, la iluminación de estado sólido es una tecnología con futuro . Una alternativa muy eficiente, convenientemente económica a largo plazo y, por sobre todo, más sustentable.

Fuentes: Wikipedia| Análisis sobre LEDs, Universidad Católica de Loja| Sustainable Energy Without The Hot Air-David MacKay