Productos del LED para la vida diaria:

Los diodos emisores de luz (LED) desempeñan un papel importante en nuestra vida. Hay muchos productos equipados con el LED, a pesar de que la mayoría de la gente lo ignora. Por ejemplo, los semáforos del tráfico que controlan el vaivén del trafico con seguridad, las contraluces para teléfonos móviles y cámaras digitales, etc. Aunque no son vistos ni reconocidos por la gente, se arraigan con firmeza en nuestra vida cotidiana.

Aplicaciones del producto diodo emisor de luz (LED).

LED es un producto sumamente ecológico, ya que nos ofrece alta funcionalidad con larga vida, alta confiabilidad, buena visibilidad, ahorro de energía, ahorro de espacio, etc. Por sus características antes mencionadas, se utilizan los LED en diversos lugares de manera diferente. LED es el acrónimo de unas palabras inglesas, que traducidas significan: "Diodo Emisor de Luz".

Esto nos da las primeras pistas:

- Es un diodo, es decir un componente electrónico semiconductor, con polaridad.
- Emite luz, por lo que se usará en funciones de señalización, estética y, actualmente, iluminación.

Los LED estan considerados ahora como "el invento más importante en la iluminación desde que Edison inventó la bombilla en 1879." Los LED están reemplazando rápidamente a las bombillas convencionales en gran variedad de aplicaciones de alta confiabilidad, como semáforos, luces de freno y señales de salidas de emergencia.

Los LED se fabrican con chips diminutos de estado sólido, similares a los que se utilizan en las computadoras. Estos chips convierten la electricidad en luz sin necesidad de un filamento o bombilla de vidrio. En lugar de ello, los chips se encapsulan en plástico sólido que puede tener diferentes formas y tamaños. Las diferencias básicas entre las bombillas convencionales de luz y los LED se describen a continuación:

Como los LED no tienen filamentos, no hay nada que se queme y no se necesita una bombilla que pueda romperse. Al no existir un filamento que arde, se genera muy poco calor.

El principio operativo de los LED se puede entender fácilmente. Un LED es un tipo especial de diodo y es similar a un transistor. Los diodos y los transistores son dispositivos de “estado sólido” fabricados con semiconductores, como silicio. El semiconductor se fabrica de manera que contenga dos tipos de impurezas especiales. El primer tipo de impureza, llamada “N” por negativa, es un material con exceso de electrones. El otro tipo de impureza, llamada “P” por positiva, tiene una deficiencia de electrones en “huecos”. Estas dos clases de impurezas están dispersas en el semiconductor en distintas partes, de manera que se forme una “unión P-N” o una capa activa en el borde

.Los semiconductores no conducen la electricidad libremente, como sucede en materiales como el cobre. Sólo pueden conducir electricidad en ciertas condiciones. Para los diodos y los transistores, es necesario conectar energía eléctrica a la unión para hacer el lado “P” más positivo y el lado “N” más negativo. Cuando esto ocurre, la electricidad fluye por la “unión P-N” y los electrones llenan los huecos. Las leyes de la física describen la energía entre los electrones y los huecos y muestran que esta energía es una cantidad fija que depende de los materiales. Los LED difieren de los diodos comunes en que los materiales “P” y “N” toman esta energía y la convierten en fotones o luz. Como la cantidad de energía es fija, la luz que resulta sólo tiene una longitud de onda o color. Al utilizar distintos materiales para las impurezas "P" y "N" es posible fabricar LED que emitan luz de distintos colores.

El dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de mayor resistencia que las de cristal que usualmente se emplean en las bombillas. Aunque el plástico puede estar coloreado es sólo por razones estéticas ya que ello no influye en el color de la luz emitida. Usualmente la cubierta tiene una cara plana que indica el cátodo K(- negativo) que además es más corto que el ánodo A(+ positivo).

En la actualidad se fabrican led con gran variedad de tamaños y voltajes, con iluminación mucho más brillante y en una gran gama de colores que incluyen los colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y blanco.

Un diodo luminoso se compone de varias capas de material semiconductor. Un LED emite al contrario de las lámparas incandescentes un color definido. El color de la luz depende del material del sistema que se utiliza (AllnGaP e InGaN) y va desde el amarillo, naranja, rojo hasta verde y azul. La luz blanca se consigue mediante la conversión luminiscente: la luz azul del diodo excita la fluorescencia la cual emite un color amarillo, consiguiendo así una luz blanca. La eficiencia de los LED ha subido claramente en los últimos años. Hoy en día se consigue, según color, hasta 20 lm/W más y en algunos casos se sobrepasan. La tensión de paso depende del color y varía de dos hasta cuatro voltios con una corriente de paso de hasta 70 mA. La mayor luminosidad se consigue con una fuente de corriente continua. En base a su variedad en colores, sus pequeñas dimensiones y su flexibilidad los módulos abren una infinidad de posibilidades e ideas en la creación de nuevos campos de aplicación. Pueden iluminar fondos de estructuras complejas, iluminar caminos y señalizar, mostrar efectos de color en edificios grises y ofrecer mayor seguridad en el tráfico urbano. Estos son tan sólo algunos ejemplos de aplicación de los módulos LED.Igualmente hay led que emiten en la parte no visible del espectro luminoso, tanto en infrarrojo como en ultravioleta, que tienen muchas aplicaciones en señalización y detección.

El primer diodo LED que emitía en el espectro visible fue desarrollado por el ingeniero de General Electric Nick Holonyak en 1962.

Tecnología LED

General Electric fabricó los primeras LED en 1962. Estos LED se hacían sólo en rojo, que corresponde al nivel de energía más bajo de todos los colores de la luz visible. En la década de 1970 aparecieron el amarillo y el verde, así como colores intermedios como el naranja. Sin embargo, luego, los materiales utilizados no eran eficientes y se generaba muy poca luz por cada vatio de electricidad. Las bombillas de luz convencionales también son ineficientes y en el menor de los casos convierten 6% de la energía eléctrica en luz. El resto de esta energía se convierte en calor, como uno nota rápidamente al tocar una bombilla encendida. Con los años, las mejoras en eficiencia, brillo y costo de los LED han evolucionado a la par de los adelantos en la tecnología de componentes para computadoras. Hoy en día, la eficiencia de energía de los LED supera la de una lámpara fluorescente y se vislumbra un aumento de eficiencia del 75% en un futuro cercano.

La durabilidad de los LED también ha evolucionado. En la actualidad, la duración de los LED no se especifica por el tiempo que tardan en fundirse, ya que estos períodos son demasiado largos para medirlos. En cambio, la durabilidad de los LED se especifica en función del momento en que se percibe una pérdida casi inapreciable de luz. Esta duración se calcula en alrededor de 100.000 horas o más de once años. Si el LED está apagado durante un tiempo, su durabilidad aumenta. Se calcula que las bombillas convencionales duran entre 1000 y 2000 horas antes de fundirse. Sin embargo, en esta estimación se considera que las bombillas de luz no se apagan y encienden y que no sufren ningún tipo de golpe. Cualquier persona familiarizada con las series de luces navideñas tiene experiencia de series fundidas.

Comparados con las bombillas incadescente, presentan las siguientes ventajas:
.- Son muy tenaces, ya que se fabrican con rexinas epoxy, muchísimo más resistentes que un cristal. Tampoco tienen un filamento que se pueda quemar con el uso. Los led soportan con facilidad golpes y vibraciones que estropearían cualquier bombilla.
.- Son mucho más eficientes, ya que las bombillas para emitir luz tienen que poner su filamento a temperaturas que lo vuelvan incandescente y se pierde mucha energía en alcanzar esa temperatura. Los led consumen sobre un 90% menos que una bombilla de igual luminosidad.
.- Debido a todas estas propiedades, los led son mucho más fiables que las bombillas y tienen una vida media que supera los 10 años.

Un led típico contiene un chip semiconductor, emisor de luz, y unos terminales donde apoyar el chip (por donde, a su vez, le llega la corriente).
Todo ello embebido y recubierto por un encapsulado de epoxy que sirve de protección y de lente para enfocar la luz.

Hay un hilo muy fino, entre el cátodo y el ánodo, que podría dar apariencia de fragilidad, pero no es así; y ello porque
1.- No tiene que ponerse incandescente (de hecho apenas se calienta).
2.- No está al aire, sino incrustado dentro del epoxy.

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

 

De continuar esta progresión, en el futuro será posible el empleo de diodos LED en la iluminación.

El comienzo del siglo XXI ha visto aparecer los diodos OLED (diodos LED 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 aquéllos, siendo además posibledepositar gran cantidad de diodos sobre cualquier superficie empleando técnicas de pintado para crear pantallas a color.

Formas y aplicaciones

Podemos encontrar varios tipos:
.- Estandar: Son los led clásicos de toda la vida. Con la forma cilíndrica, abovedada y que se presentan en tamaños de 3 y 5 mm de diametro. Se caracterizan por tener el encapsulado teñido del mismo color que la luz que emiten. Es frecuente encontrarlos en color rojo y verde, aunque también los hay amarillos.

Además pueden encontrarse con formas variadas (rectangular, triangular, de punto...) para adaptarlos a diferentes necesidades. Se usan principalmente como señalizadores para indicar el funcionamiento de algún dispositivo. Aunque también cumplen una función de adorno y estética.

.- Ultralumínicos o "de alta luminosidad": Similares en tamaño y forma a los anteriores, se caracterizan porque su encapsulado es transparente (o levemente tintado). Además emiten mucha más luz que los anteriores, por lo que se usan para señalización en ambientes muy iluminados (donde los estandar apenas se harían notar); aunque sus aplicaciones se amplían hacia el campo de la iluminación y estética.
Se los puede encontrar en varias formas y tamaños.
Es habitual encontrarlos con forma cilíndrica, abovedada. En tamaños de 3 y 5 mm.
La gama de colores es más amplia, incorporando los azules, rojos, amarillos, anaranjados y verdes (con varias tonalidades según los fabricantes) y el blanco; entre otros colores.

En los últimos años están comenzando a aparecer nuevas variantes de led ultralumínicos: Con tamaños mayores, de hasta 10 mm. de diámetro.

Con encapsulados que evitan los terminales para soldar, en favor de conexiones a rosca o bayoneta, con usos que abarcan desde linternas a pilotos para bicicletas.

Los diodos LED se emplean con profusión en todo tipo de indicadores de estado (encendido/apagado) en dispositivos de señalización (de tráfico, de emergencia, etc.) y en paneles informativos. También se emplean en el alumbrado de pantallas de cristal líquido de teléfonos móviles, calculadoras, agendas electrónicas etc., así como en bicicletas y usos similares. Existen además impresoras LED.

El uso de lámparas LED en el ámbito de la iluminación (incluyendo la señalización de tráfico) es previsible que se incremente en el futuro, ya que aunque sus prestaciones son intermedias entre las lámpara incasdentes y los tubos fluorescentes, presenta indudables ventajas frente a ambos sistemas de iluminación particularmente su larga vida útil, y su menor fragilidad.

.- Otras agrupaciones: Los avances tecnológicos en torno a la fabricación de led, permiten utilizarlos como fuentes de luz en automoción, en el hogar, etc.
Para lograr una iluminación adecuada se emplean grupos de led, conectados en común, a los que se añaden otros componentes electrónicos y "enlatados" en casquillos estandar, que permiten conectarlos como si se tratase de bombillas corrientes.

.- Por último, no podemos dejar de mencionar los nuevos "monstruos" de esta gran familia.
Contienen hasta 4 chip en el mismo led y alcanzan intensidades luminosas, impensables haste hace unos pocos meses.

Y, ¡cómo no!, incluso estos pequeños artefactos tienen complementos y accesorios. Por un lado tenemos los embellecedores y reflectores, de plástico o metal.

Bien, ahora que ya conocemos algo más sobre los leds es tiempo de que echemos un vistazo a sus carácterísticas técnicas. Aunque esta es una guía para "no iniciados", supondremos que todos sabemos algo de lo que son las unidades de medida que se usan en lo relativo a electricidad .

Los led tienen polaridad y es preciso conectarlos en el sentido correcto. Así que lo primero que debemos saber es como conocer su polaridad. Antes que se me olvide recordad: El ánodo es el terminal que se debe conectar a la toma de corriente positiva (+). El cátodo es el terminal que debemos conectar a masa (-). Esto no es del todo exacto, en realidad el cátodo debe estar conectado a una tensión inferior que el ánodo. Pero para simplificar vamos a considerar que lo conectamos a masa.

Normalmente el chip del led se suele ubicar sobre el cátodo, que tiene forma de copa y es más grande que el ánodo.
Como esta regla no es 100% universal y, además, hay led con cubiertas bastante opacas en las que no se aprecia el interior; haríamos bien en buscar otra forma de reconocer los polos.
Si el led es nuevo tendrá los terminales de distinta longitud. El terminal más largo se corresponde con el ánodo (+).

Si el led tiene los terminales recortados, todavía podemos conocer su polaridad. En este caso hay que coger el led y fijarse en la base del encapsulado. En un lado de la circuferencia base veremos una zona plana (achaflanada). El terminal situado junto a esa zona será el correspondiente al cátodo (-) del led.

Y si tenemos un led cuadrado, sin muescas, y con los terminales recortados... ¡Fácil! Se coge una pila pequeña de 1,5V y se conecta el led mediante un par de cables. Si se ilumina ya tenemos la polaridad, (El terminal que esté conectado al polo positivo de la pila será el ánodo del led) y si no, pués damos la vuelta a la pila.

 

En el mundo del Belén los diodos son utilizados para diferentes usos, aunque los más habituales son: en hogueras, antorchas, iluminación de figuras y otros efectos luminosos...

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Última modificación realizada: 19 - ENERO - 2.007

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