Todo sobre los LEDs


LED, es decir Diodo emisor de luz (Light Emitting Diode en inglés)

El LED emite luz incoherente de espectro reducido como consecuencia de la corriente eléctrica que circula por la unión PN. Este efecto es la electroluminiscencia. En práctica el LED es una pieza electrónica de tamaño reducido que consta de un chip y una óptica.

El color de la luz emitida depende de la materia prima y de la calidad del semiconductor empleado en el diodo, puede ser de ultravioleta o infrarrojo.


El descubrimiento del LED y su historia
  • A principios de los años 1900 Henry Round, profesional de Marconi Labs descubrió el fenómeno de la electroluminiscencia.
  • A mediados de los años 1920 Oleg Vladimirovich Lossew, de nacionalidad rusa, investigador independiente desarrolló el primer LED. Los resultados de sus investigaciones fueron publicados en revistas especializadas alemanas, rusas e inglesas, sin embargo el mundo científico de entonces no reconoció su obra ya que la intensidad de la luz emitida fue bastante escasa.
  • En 1955 Rubin Braunstein en Radio Corporación de América construyó el primer LED experimental que emitía luz infrarroja construida de la materia prima de Arseniuro de galio (GaAs).
  • En 1961, en la compañía americana Texas Instruments, Bob Biard y Gary Pittman siguió los experimentos con diodos construidos de Arseniuro de galio que emitían luz de color infrarrojo (invisible). Biard y Pittman reconocieron la importancia de su trabajo e hicieron patentar el LED que emitía luz infrarroja.
  • En 1962 Jr. Nick Holonyak, ingeniero de la General Electric desarrolló el primer LED que emitía en el espectro visible.
  • En 1971 Dr. M. George Craford que fue estudiante de Holonyak construyó el primer LED amarillo que ya se podía utilizar en práctica. Poco tiempo después lanzaron al mercado los LEDs rojos y rojos-naranjos que tenían una luz 10 veces más intensa que el LED amarillo.
  • En 1972 el descubrimiento del LED azul suponía un gran rompimiento cuya primera versión se debe a Jacques Pankove, profesional de los RCA Laboratories.
  • En 1993 el LED azul adquirió un aumento de intensidad de luz chocante gracias a la obra de Shuji Nakamura, investigador de la Nichia Corporation. Desde aquel entonces hasta hoy día varias grandes compañías fabrican LED chips con tecnología perfeccionada, sin embargo los principios básicos no han cambiado desde 1993.
  • En 1999 la Philips Lumileds fabricó el primer LED de 1 W de funcionamiento continuo. Este LED llegó a ser mucho más grande que sus compañeros tradicionales por su tamaño. Estos LEDs sólo pueden ser utilizados montados en radiadores y así empezó la utilización de los LEDs para iluminar.

El funcionamiento del LED

Como cualquier diodo normal, el LED también incluye un chip semiconductor en que se encuentra una unión PN. El flujo de carga sólo es posible en una dirección entre los electrones y los huecos. La anchura de la banda prohibida define el voltaje necesario para mantener el proceso. Cuando un electrón pasa a ocupar un hueco, su llegada hace que otro electrón suba a un nivel energético superior. Este proceso libera energía y el átomo emite un fotón. La longitud de onda y así el color de la luz emitida depende de la energía de impacto del electrón, es decir del tamaño de la banda prohibida.


De Lumen a watio

La demanda de luz del hombre va aumentando cada vez más desde la aparición de los focos de luz que utilizan la corriente eléctrica. Los requisitos que tienen que cumplir las fuentes de luz artificiales que iluminan el lugar de trabajo y el espacio vital de la vivienda a falta de luz natural van creciendo. Siguiendo el modelo de las lámparas de antaño que quemaban materiales, se creó la iluminación basada en una bombilla, y en vez de ello ya se necesitaban fuentes de luz que iluminaran y llenaran el espacio de que se disponía más homogénea y confortable. Otra nueva demanda fue la fabricación de alumbrado económico a causa del aumento de los costes de la energía eléctrica a finales del siglo 20 en el que la producción del flujo luminoso necesita un rendimiento electrónico que va disminuyendo. Los focos de luz más recientes son los que se construyen con LED (diodo emisor de luz). La unidad de medida de la intensidad de luz del LED es la candela. La propiedad útil del foco de luz LED elemental es que emite la luz dirigida de un punto que su emisión de luz se produce de modo dirigido por eso en el caso de bombillas y tubos no hay que proyectar la luz con espejo o proyector a la dirección de la utilización del lado opuesto del espacio donde se permanece. Los LEDs se fabrican en versiones visibles desde ángulos de pocos grados hasta el ángulo de 120o. Los LEDs no sólo se pueden adquirir como focos de luz tipo bombilla - que por su sencillez nos atraen a cambiar los focos de luz existentes - sino en forma de tiras rígidas o flexibles con las que se puede crear una iluminación distribuida homogéneamente en el espacio. Los cuerpos luminosos construidos con LEDs son sensibles a dos cosas: una es la necesidad de suministro de tensión estabilizada y exacta, la otra es la temperatura de funcionamiento debajo de 80o C. Por suerte el precio de los focos de luz con LED se acerca cada vez más al de los tipos anteriores, pero hoy día todavía son de una categoría de precios relativamente más alta, sin embargo su aprovechamiento de luz sumamente bueno (necesidad de rendimiento eléctrico de 1-5 watios) añadido a su larga duración hacen posible una iluminación económica.


Aprovechamiento de la luz:

Razón entre el flujo luminoso y el rendimiento necesario para el funcionamiento del foco de luz.

Unidad de medida: lumen por vatio (lm/W)


Demanda de luz:

La medida de la iluminación necesaria para ejecutar cualquier tarea visual sin cansancio visual.


Fuente luminosa puntiforme:

Una fuente de luz cuyas dimensiones en el espacio son despreciables en cualquier dirección.


Fuente de luz LED:

Fuente de luz puntiforme pero sólo en un ángulo limitado del espacio, la fuente de luz LED básicamente es una fuente de luz de emisión dirigida (sin proyector separado).


Ángulo de emisión de luz del LED:

Es el ángulo en cuyo límite la intensidad de luz radiante es el 50% de la intensidad de luz nominal.


Candela:

Es la unidad de medida de la intensidad luminosa. La intensidad luminosa es la razón entre el flujo luminoso emitido por el emisor de luz (foco de luz) en un ángulo elemental del espacio y el ángulo del espacio.

Su símbolo: Iv
Su unidad de medida: candela (cd)

Una candela es la intensidad luminosa radiante que emite una radiación monocromática de frecuencia 540 x 1012 Hz (de 555,016 nm longitud de onda) con una intensidad radiada de 1/683 W/sr.


Lumen:

Es la unidad de medida del flujo luminoso.

Su símbolo: lm

Un lumen es el flujo luminoso en caso de considerar la radiación de una fuente luminosa puntiforme de 1 candela de intensidad en todas las direcciones y considerando su radiación en un ángulo del espacio de 1 sr.


Lux:

Es la unidad de medida de la iluminancia.

Su símbolo: lx

Un lux es la iluminancia que el flujo luminoso de 1 lumen produce distribuido homogéneamente sobre la superficie de un metro cuadrado.


Demanda de suministro:

Es la demanda de rendimiento (W) utilizado para producir el flujo luminoso nominal del foco de luz dado que se puede calcular como el producto del voltaje de la unión (U) por la corriente eléctrica (I) que corre por ella.


Voltaje de suministro estabilizado:

El voltaje de suministro estabilizado es producido por un suministro eléctrico de corriente que - entre los límites dados - no cambia el voltaje de salida ni a causa de las oscilaciones producidas por el voltaje de entrada (por ejemplo del voltaje de la red eléctrica de 230 V) ni a causa del cambio de la carga unida a la salida del suministro eléctrico tampoco.