CONCEPTOS BÁSICOS DEL LED Y CARACTERÍSTICAS - CUADERNO TÉCNICO
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ANILED COMITÉ TÉCNICO DE ANILED: CARLOS BESGA – AIRIS MIGUEL CACHEDA – EBV Elektronics VIRGINIA VALLS – EBV Elektronics PABLO HUERTAS – HILED ALEJANDRO GONZÁLEZ – LITA LIGHTING El presente documento ha sido elaborado por ANILED Se prohíbe la difusión no autorizada directa o indirecta de la información que se presenta en este informe. Igualmente se prohíbe realizar copia parcial o total, salvo autorización expresa de ANILED 01 de Junio de 2013 1
ANILED ÍNDICE 1. DEFINICIÓN DE LED 2. FUNCIONAMIENTO DEL LED 3. COMPOSICIÓN DEL LED 4. CARACTERÍSTICAS DEL LED / TEMPERATURA DE COLOR 5. CARACTERÍSTICAS DEL LED / BINNING 2
ANILED 1. DEFINICIÓN DE LED Un LED, cuyas siglas en inglés provienen de Light-Emitting 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. Se puede observar la conducción del led en la imagen inferior. 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). 3
ANILED El LED funciona con corriente constante (Icc). El flujo luminoso es acorde a la curva de funcionamiento específica para cada led. Se puede observar la respuesta del led CREE XPG en el gráfico inferior. Compuestos con los que se fabrican los leds Frecuencia Color Material 940 Infrarrojo GaAs 890 Infrarrojo GaAlAs 700 Rojo profundo GaP 660 Rojo profundo GaAlAs 640 Rojo AlInGaP 630 Rojo GaAsP/GaP 626 Rojo AlInGaP 615 Rojo – Naranja AlInGaP 610 Naranja GaAsP/GaP 590 Amarillo GaAsP/GaP 590 Amarillo AlInGaP 565 Verde GaP 555 Verde GaP 525 Verde InGaN 525 Verde GaN 505 Verde turquesa InGaN/Zafiro 498 Verde turquesa InGaN/Zafiro 480 Azul SiC 450 Azul InGaN/Zafiro 430 Azul GaN 425 Azul InGaN/Zafiro 370 Ultravioleta GaN 4
ANILED 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. Distribución espectral de LED CREE XM-L Se puede observar en la distribución espectral de este led como se emite en todo el espectro visible consiguiendo un buen índice de reproducción cromática. 5
ANILED 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 d. Durabilidad a. Eficiencia 6
ANILED 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. 7
ANILED 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. 8
ANILED Las tecnologías anteriores, solían ir íntimamente ligadas a una temperatura de color la cual las caracterizaba con estos valores aproximados: Tecnología Temperatura de color Color de la luz asociado Vapor de Sodio 2.000 – 2.800 Naranja Incandescencia 2700 Naranja Vapor de Mercurio 3.000 – 4.000 Amarillo Halogenuros Metálicos 3.000 – 6.000 Blanco 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 el banco o bien se mezclan 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 amoldarse 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 300K. Este hecho es común para las distintas tipologías de led. 9
ANILED 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 realiza 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 10
ANILED selección de productos, ya que de otra forma pueden observar variaciones en luminosidad y temperatura de color entre unos productos y otros. Clasificación de lotes para led Xlamp CREE 11
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