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Lámparas de Led en México



Un led (LED: Light-Emitting Diode: ‘diodo emisor de luz’) es un dispositivo semiconductor (diodo) que emite luz incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN del mismo y circula por él una corriente eléctrica. Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia. El color, depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo y puede variar desde el ultravioleta, pasando por el visible, hasta el infrarrojo. Los diodos emisores de luz que emiten luz ultravioleta también reciben el nombre de led UV (ultraviolet light: ‘luz ultravioleta’) y los que emiten luz infrarroja se llaman IRED (Infrared-Emitting Diode: ‘diodo emisor de infrarrojos.’

LED es la abreviatura en ingles para Light Emitting Diode, que en su traducción al español correspondería a Diodo Emisores de Luz.

Un LED consiste en un dispositivo que en su interior contiene un material semiconductor que al aplicarle una pequeña corriente eléctrica produce luz. La luz emitida por este dispositivo es de un determinado color que no produce calor, por lo tanto, no se presenta aumento de temperatura como si ocurre con muchos de los dispositivos comunes emisores de luz.

El color que adquiera la luz emitida por este dispositivo dependerá de los materiales utilizados en la fabricación de este. En realidad dependerá del material semiconductor, que dará una luz que puede ir entre el ultravioleta y el infrarrojo, incluyendo en el medio toda la gama de colores visibles al ojo humano.

En el año 1962 fue creado el primer dispositivo LED, su creador fue Nick Holonyak, uno de los ingenieros de General Electric. Sin embargo, este tipo de dispositivo no tiene una gran popularidad hasta hace solo unos años atrás, cuando el científico japonés, Shuji Nakamura, descubre, en 1993, una fórmula más económica para crear luz azul utilizando Nitruro de Galio y Nitruro de Indio.

La importancia de este descubrimiento radica en que la fabricación de luz roja y verde, a pesar de ser fácil y barata, no bastaba para la creación de la necesaria luz blanca que utilizamos para, por ejemplo, poder ver la pantalla de este computador. Para la fabricación de luz blanca es necesario mezclar partes iguales de luz roja, verde y azul. De este modo, si nos acercamos a la pantalla y observamos con mucho detalle, veremos que ésta se encuentra formada por miles y diminutos puntos de estos tres colores.

Como se dijo anteriormente, los dipositivos LED pueden emitir luz de una amplia gama de colores, sin embargo, aquellos que emiten luz infrarroja, son denominados IRED (Infra Red Emitting Diode). Estos dispositivos son ampliamente utilizados en aparatos de uso cotidiano de nuestros hogares, como por ejemplo señaladores de controles en aparatos domesticios ,eléctricos, pantallas , radios.

Muchas son las ventajas de la utilización de diodos LED, entre las que encontramos su reducido tamaño en comparación a una ampolleta común, dando ambas la misma luminosidad. Por otra parte, su duración es considerablemente mayor, ya que un diodo LED tiene la capacidad de mantenerse encendido por 50.000 horas, es decir, por 6 años en continuo. LED es la abreviatura en lengua inglesa para Light Emitting Diode, que en su traducción al español correspondería a Diodo Emisor de Luz.

Un LED consiste en un dispositivo que en su interior contiene un material semiconductor que al aplicarle una pequeña corriente eléctrica produce luz. La luz emitida por este dispositivo es de un determinado color que no produce calor, por lo tanto, no se presenta aumento de temperatura como si ocurre con muchos de los dispositivos comunes emisores de luz.

El color que adquiera la luz emitida por este dispositivo dependerá de los materiales utilizados en la fabricación de este. En realidad dependerá del material semiconductor, que dará una luz que puede ir entre el ultravioleta y el infrarrojo, incluyendo en el medio toda la gama de colores visibles al ojo humano.

La importancia de este descubrimiento radica en que la fabricación de luz roja y verde, a pesar de ser fácil y barata, no bastaba para la creación de la necesaria luz blanca que utilizamos para, por ejemplo, poder ver la pantalla de este computador. Para la fabricación de luz blanca es necesario mezclar partes iguales de luz roja, verde y azul. De este modo, si nos acercamos a la pantalla y observamos con mucho detalle, veremos que ésta se encuentra formada por miles y diminutos puntos de estos tres colores.

Como se dijo anteriormente, los dipositivos LED pueden emitir luz de una amplia gama de colores, sin embargo, aquellos que emiten luz infrarroja, son denominados IRED (Infra Red Emitting Diode). Estos dispositivos son ampliamente utilizados en aparatos de uso cotidiano de nuestros hogares, como por ejemplo en equipos de sonido y todo tipo de controles remoto.

Muchas son las ventajas de la utilización de diodos LED, entre las que encontramos su reducido tamaño en comparación a una ampolleta común, dando ambas la misma luminosidad. Por otra parte, su duración es considerablemente mayor, ya que un diodo LED tiene la capacidad de mantenerse encendido por 50.000 horas, es decir, por 6 años en continuo. Sin embargo, su alto precio hace que estos dispositivos aún no sean de uso común en nuestros hogares, pero comienzan a ganar terreno y una gran importancia en nuestras calles con los semáforos, alumbrado publico y poco a poco en las industrias que buscan reducir el costo en gastos de luz y energía.

Asi que ya está aquí la nueva tecnología LED para reducir los costes de operación de cualquier industria asi como también reducir hasta en 80% los gastos de recivos de cualquier lugar donde se usa corriente eléctrica.

Historia:

El primer led fue desarrollado en 1927 por Oleg Vladimirovich Losev, sin embargo no se usó en la industria hasta los años setenta. Solo se podían construir de color rojo, verde y amarillo con poca intensidad de luz y limitaba su utilización a mandos a distancia (controles remotos) y electrodomésticos para marcar el encendido y apagado. A finales del siglo XX se inventaron los ledes ultravioletas y azules, lo que dio paso al desarrollo del led blanco, que es un led de luz azul con recubrimiento de fósforo que produce una luz amarilla, la mezcla del azul y el amarillo produce una luz blanquecina denominada «luz de luna» consiguiendo alta luminosidad (7 lúmenes unidad) con lo cual se ha ampliado su utilización en sistemas de iluminación.

Funcionamiento:

El funcionamiento físico consiste en que, en los materiales semiconductores, un electrón al pasar de la banda de conducción a la de valencia, pierde energía; esta energía perdida se puede manifestar en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase aleatoria. El que esa energía perdida cuando pasa un electrón de la banda de conducción a la de valencia se manifieste como un fotón desprendido o como otra forma de energía (calor por ejemplo) va a depender principalmente del tipo de material semiconductor. Cuando un diodo semiconductor se polariza directamente, los huecos de la zona p se mueven hacia la zona n y los electrones de la zona n hacia la zona p; ambos desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo.

Si los electrones y huecos están en la misma región, pueden recombinarse, es decir, los electrones pueden pasar a "ocupar" los huecos, "cayendo" desde un nivel energético superior a otro inferior más estable. Este proceso emite con frecuencia un fotón en semiconductores de banda prohibida directa (direct bandgap) con la energía correspondiente a su banda prohibida. Esto no quiere decir que en los demás semiconductores (semiconductores de banda prohibida indirecta o indirect bandgap) no se produzcan emisiones en forma de fotones; sin embargo, estas emisiones son mucho más probables en los semiconductores de banda prohibida directa (como el nitruro de Galio) que en los semiconductores de banda prohibida indirecta (como el silicio).

La emisión espontánea, por tanto, no se produce de forma notable en todos los diodos y sólo es visible en diodos como los LEDes de luz visible, que tienen una disposición constructiva especial con el propósito de evitar que la radiación sea reabsorbida por el material circundante, y una energía de la banda prohibida coincidente con la correspondiente al espectro visible. En otros diodos, la energía se libera principalmente en forma de calor, radiación infrarroja o radiación ultravioleta. En el caso de que el diodo libere la energía en forma de radiación ultravioleta, se puede conseguir aprovechar esta radiación para producir radiación visible, mediante sustancias fluorescentes o fosforescentes que absorban la radiación ultravioleta emitida por el diodo y posteriormente emitan luz visible.

El dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente un led es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razón por la cual el patrón de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo.

Para obtener buena intensidad luminosa debe escogerse bien la corriente que atraviesa el led; para ello, hay que tener en cuenta que el voltaje de operación va desde 1,8 hasta 3,8 voltios aproximadamente (lo que está relacionado con el material de fabricación y el color de la luz que emite) y la gama de intensidades que debe circular por él varía según su aplicación. Valores típicos de corriente directa de polarización de un led corriente están comprendidos entre los 10 y los 40 mA. En general, los ledes suelen tener mejor eficiencia cuanto menor es la corriente que circula por ellos, con lo cual, en su operación de forma optimizada, se suele buscar un compromiso entre la intensidad luminosa que producen (mayor cuanto más grande es la intensidad que circula por ellos) y la eficiencia (mayor cuanto menor es la intensidad que circula por ellos). El primer led que emitía en el espectro visible fue desarrollado por el ingeniero de General Electric Nick Holonyak en 1962.

En corriente directa (CD), 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. Indudablemente, por ende, su color dependerá de la altura de la banda prohibida (diferencias de energía entre las bandas de conducción y valencia), es decir, de los materiales empleados. Los diodos convencionales, de silicio o germanio, emiten radiación infrarroja muy alejada del espectro visible. Sin embargo, con materiales especiales pueden conseguirse longitudes de onda visibles. Los ledes e IRED, además tienen geometrías especiales para evitar que la radiación emitida sea reabsorbida por el material circundante del propio diodo, lo que sucede en los convencionales.

Compuestos empleados en la construcción de ledes CompuestoColorLong. de onda Arseniuro de galio (GaAs) Infrarrojo 940 nm Arseniuro de galio y aluminio (AlGaAs) Rojo e infrarrojo 890 nm Arseniuro fosfuro de galio (GaAsP) Rojo, anaranjado y amarillo 630 nm Fosfuro de galio (GaP) Verde 555 nm Nitruro de galio (GaN) Verde 525 nm Seleniuro de zinc (ZnSe) Azul Nitruro de galio e indio (InGaN) Azul 450 nm Carburo de silicio (SiC) Azul 480 nm Diamante (C) Ultravioleta Silicio (Si) En desarrollo

Los primeros diodos construidos fueron los diodos infrarrojos y de color rojo, permitiendo el desarrollo tecnológico posterior la construcción de diodos para longitudes de onda cada vez menores. En particular, los diodos azules fueron desarrollados a finales de los años noventa por Shuji Nakamura, añadiéndose a los rojos y verdes desarrollados con anterioridad, lo que permitió —por combinación de los mismos— la obtención de luz blanca. El diodo de seleniuro de zinc puede emitir también luz blanca si se mezcla la luz azul que emite con la roja y verde creada por fotoluminiscencia. La más reciente innovación en el ámbito de la tecnología led son los diodos ultravioleta, que se han empleado con éxito en la producción de luz negra para iluminar materiales fluorescentes.

Tanto los diodos azules como los ultravioletas son caros respecto de los más comunes (rojo, verde, amarillo e infrarrojo), siendo por ello menos empleados en las aplicaciones comerciales.

Los ledes comerciales típicos están diseñados para potencias del orden de los 30 a 60mW. En torno a 1999 se introdujeron en el mercado diodos capaces de trabajar con potencias de 1 vatio para uso continuo; estos diodos tienen matrices semiconductoras de dimensiones mucho mayores para poder soportar tales potencias e incorporan aletas metálicas para disipar el calor generado por efecto Joule.

Hoy en día, se están desarrollando y empezando a comercializar ledes con prestaciones muy superiores a las de hace unos años y con un futuro prometedor en diversos campos, incluso en aplicaciones generales de iluminación. Como ejemplo, se puede destacar que Nichia Corporation ha desarrollado ledes de luz blanca con una eficiencia luminosa de 150 lm/W, utilizando para ello una corriente de polarización directa de 20 mA. Esta eficiencia, comparada con otras fuentes de luz en términos de rendimiento sólo, es aproximadamente 1,7 veces superior a la de la lámpara fluorescente con prestaciones de color altas (90 lm/W) y aproximadamente 11,5 veces la de una lámpara incandescente (13 lm/W). Su eficiencia es incluso más alta que la de la lámpara de vapor de sodio de alta presión (132 lm/W), que está considerada como una de las fuentes de luz más eficientes.

El comienzo del siglo XXI ha visto aparecer los diodos OLED (ledes orgánicos), fabricados con materiales polímeros orgánicos semiconductores. Aunque la eficiencia lograda con estos dispositivos está lejos de la de los diodos inorgánicos, su fabricación promete ser considerablemente más barata que la de aquellos, siendo además posible depositar gran cantidad de diodos sobre cualquier superficie empleando técnicas de pintado para crear pantallas en color.

El OLED (organic light-emitting diode: ‘diodo orgánico de emisión de luz’) es un diodo basado en una capa electroluminiscente que está formada por una película de componentes orgánicos, y que reaccionan a una determinada estimulación eléctrica, generando y emitiendo luz por sí mismos.

No se puede hablar realmente de una tecnología OLED, sino más bien de tecnologías basadas en OLED, ya que son varias las que hay, dependiendo del soporte y finalidad a la que vayan destinados.

Su aplicación es realmente amplia, mucho más que, en el caso que nos ocupa (su aplicación en el mundo de la informática), cualquier otra tecnología existente.

Pero además, las tecnologías basadas en OLED no solo tienen una aplicación puramente como pantallas reproductoras de imagen, sino que su horizonte se amplía al campo de la iluminación, privacidad y otros múltiples usos que se le pueda dar.

Las ventajas de esta nueva tecnología son enormes, pero también tiene una serie de inconvenientes, aunque la mayoría de estos son totalmente circunstanciales, y desaparecerán en unos casos conforme se siga investigando en este campo y en otros conforme vaya aumentando su uso y producción.

Una solución tecnológica que pretende aprovechar las ventajas de la eficiencia alta de los ledes típicos (hechos con materiales inorgánicos principalmente) y los costos menores de los OLED (derivados del uso de materiales orgánicos) son los Sistemas de Iluminación Híbridos (Orgánicos/Inorgánicos) basados en diodos emisores de luz. Dos ejemplos de este tipo de solución tecnológica los está intentado comercializar la empresa Cyberlux con los nombres de HWL (Hybrid White Light: ‘luz blanca híbrida’) y HML (Hybrid Multicolor Light: ‘luz multicolor híbrida’), cuyo resultado puede producir sistemas de iluminación mucho más eficientes y con un costo menor que los actuales.

En México aun estamos muy atrás de China en el desarrollo en las tecnologías verdes, pero habemos personas que trabajamos día a día para que en México la tecnología de Led se desarrolle y genere tecnología de punta para exportar.

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