CONCEPTOS BÁSICOS DEL LED Y CARACTERÍSTICAS - CUADERNO TÉCNICO
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CONCEPTOS BÁSICOS DEL LED
Y CARACTERÍSTICAS
CUADERNO TÉCNICO
1 de Junio de 2013
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
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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
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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).
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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
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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