Cuaderno técnico de ANILED: conceptos básicos de la tecnología LED

El Comité Técnico de la Asociación Española de la Industria del LED ha realizado este interesante artículo sobre el LED que reproducimos a continuación. El comité está formado por Carlos Besga (Airis), Miguel Cacheda (EBV Elektronics), Virginia Vallas (EBV Elektronics), Pablo Huertas (HILED), Alejandro González (Lita Lighting).

1. Definición del LED
Un LED, cuyas siglas en inglés provienen de Light-E mitting Diode (diodo emisor de luz) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz policromática, es decir, con diferentes longitudes de onda, cuando se polariza en directa y circula corriente eléctrica.

2. Funcionamiento del LED
El diodo LED emite luz en corriente continua (cc) al superarse la tensión de umbral que lo polariza en directo. Todos los diodos emiten cierta cantidad de radiación cuando los pares electrón-hueco se recombinan; es decir, cuando los electrones caen desde la banda de conducción (de mayor energía) a la banda de valencia (de menor energía) emitiendo fotones en el proceso. El color dependerá de la altura de la banda prohibida (diferencias de energía entre las bandas de conducción y valencia).

El LED funciona con corriente constante (Icc). El flujo luminoso es acorde a la curva de funcionamiento específica para cada LED.

El color base depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo, pudiendo variar desde el ultravioleta, pasando por el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo, recibiendo éstos últimos la denominación de IRED (Infra-Red Emitting Diode).

Posteriormente mediante el proceso de encapsulado dotamos al LED del tono deseado.

3. Características del LED
Cuando se selecciona un LED para configurar una fuente de luz se deben considerar los siguientes parámetros:

A.Eficiencia
B.Punto de funcionamiento
C.Diseño térmico
La corriente máxima de funcionamiento depende de la resistencia térmica entre la temperatura de unión del LED y la temperatura ambiente. O lo que es lo mismo del buen sistema disipador que hayamos diseñado para evacuar el calor que genera el LED en el punto de funcionamiento que hemos diseñado.
D.Durabilidad
Cada fabricante de LED realiza un estudio de mantenimiento de flujo luminosos a lo largo de su vida. El ensayo normalizado es el LM80/ TM-21 L70. Estos valores se analizan para diferentes temperaturas ambientes.

4. Características del LED / Temperatura de color
Podemos definir la temperatura de color, expresada en Kelvin (K), como la comparación del color de una fuente de luz, dentro del espectro luminoso, con el de la luz que emitiría un cuerpo negro calentado a una temperatura determinada.

El concepto de temperatura de color, aunque existente desde hace mucho tiempo, ha cobrado relevancia a raíz de la aparición de los productos LED dentro del campo de la iluminación.

Con la tecnología LED mediante la elección del color primario y el recubrimiento adecuado, podemos elegir la la temperatura de color deseada.

La llegada de la tecnología LED, mediante la superposición de diferentes materiales semiconductores en el recubrimiento del diodo emisor de luz permite un avance más, la obtención de colores saturados sin necesidad de usar filtros.

El compuesto nitruro de Galio e Indio (InGaN) emite luz de color azul, mientras que luz verde y roja pueden ser emitidas utilizando fosfuro de Galio y arseniuro fosfuro de Galio.

Para conseguir el blanco o bien se imezclan los tres colores principales verde, rojo y azul, o se utiliza un recubrimiento de fosforo amarillos sobre el LED azul.

Además de esto, las reducidas dimensiones del diodo permiten la posibilidad de albergar, en espacios pequeños 3 diodos, rojo, verde y azul, a través de los cuales mediante una regulación del flujo luminoso de los mismos podremos obtener cualquier color del espectro visible al ojo humano.

En resumen un mismo producto de iluminación LED puede ser susceptible de ser elegido en diferentes temperaturas de color, pudiendo así a moldarse a las necesidades de los clientes.

Más allá del criterio estético que la temperatura de color supone, también existen ciertos parámetros técnicos que se ven alterados en función de este dato. Estos parámetros son el flujo luminoso y el IRC.

A medida que la temperatura de color se va haciendo más cálida, la emisión de flujo luminoso disminuye, esto se debe a la necesidad de una mayor superposición de capas de semiconductores para conseguir temperaturas de color de 2700 o 3000 K. Este hecho es común para las distintas tipologías de LED.

5. Características del LED / Binning
Es un procedimiento directo donde los LEDs se miden de manera individual y se agrupan conforme a las características del flujo de luz emitida, lo cual permite que los fabricantes de luminarias seleccionen el grupo de LEDs adecuado a las necesidades que tienen de flujo luminoso.

El agrupamiento por temperatura de color se realizas por áreas (x1:y1;x2:y2) acordes a las coordenadas X, Y en el diagrama de cromaticidad CIE 1931.

Los colores se ordenan en función de tres coordenadas, cuya relación entre si responde a la fórmula x+y+z=1. Con lo que se hace posible la definición del color mediante el empleo de dos coordenadas.

La zona central del triángulo es acromática, contando con un centro que corresponde al valor x=y=z=0,333, por lo que a medida que nos alejemos del punto central hacia los extremos, los colores serán más intensos/saturados.

Los fabricantes de LEDs presentan una clasificación de X,Y para homogeneizar sus prestaciones. Mientras más cerrados sean los grupos (binnes) de clasificación de LEDs, más homogéneo será el desempeño de los luminarios producidos con estos LEDs. De ahí la necesidad que los usuarios finales conozcan estos conceptos y los apliquen en la selección de productos, ya que de otra forma pueden observar variaciones en luminosidad y temperatura de color entre unos productos y otros.

Más información:
www.aniled.es