Fundamentos del LED de alto brillo
Los LED aprovechan la característica de una unión semiconductora PN de diodos, en la que la electroluminiscencia emite fotones cuando los electrones se recombinan con «huecos» de electrones atravesando la banda prohibida del semiconductor con la polarización directa de la unión. El nivel de dopaje del semiconductor afecta al tamaño de la banda prohibida, lo que a su vez afecta a la energía y por tanto a la frecuencia o color percibido de los fotones emitidos.
Los LEDs de alto brillo modernos consisten habitualmente en un emisor azul de alta potencia detrás de un material compuesto transparente que ha sido impregnado con un fósforo de granate de itrio y aluminio dopado con cerio (Ce3+:YAG), que emite luz amarilla. De la combinación de azul y amarillo resulta blanco con una buena reproducción cromática. El material semiconductor y los avances en el encapsulado para un mejor rendimiento térmico han dado como resultado LED de alto brillo que pueden producir más de 100 lúmenes/W.
Otras combinaciones de fósforo para LED ofrecen incluso mejores características de color (aunque con menor eficiencia), y el blanco también puede derivarse de tres LED por separado, rojo, verde y azul (si bien con una peor estabilidad cromática en relación con la temperatura y el tiempo). No obstante, estos sistemas (llamados RGB) son muy útiles cuando se requieren cambios dinámicos de colores, en aplicaciones como la iluminación ambiental o de escenarios.
Retos pendientes para los LEDs de alto brillo
Los LEDs de alto brillo no son necesariamente la solución categórica para cualquier aplicación de iluminación. Son más eficientes que los sistemas incandescentes y convierten 6 veces más potencia eléctrica en luz, además de tener una vida útil 25 veces más larga, pero son unas 20 veces más caros. Los fluorescentes tienen aproximadamente la misma eficiencia y longevidad, pero cuestan como una cuarta parte de sus equivalentes de estado sólido. Ahora bien, existen otros factores que deben considerarse, como los costes de colocación/sustitución, la capacidad de atenuación, la robustez mecánica y la huella de carbono, además de los costes de eliminación.
Y la eficiencia no siempre supone un problema: si una lámpara incandescente está en una estancia que necesita calefacción, la potencia disipada como calor se aprovecha de todos modos. Si se reduce la tensión en un pequeño porcentaje, la vida útil también se alarga notablemente. Por ejemplo, una reducción del 10% reduce la intensidad luminosa en alrededor del 30%, el umbral a partir del cual se vuelve perceptible, pero la vida útil se alarga aproximadamente en un factor del 4,5 (aunque la temperatura del color también cambia).
Los LEDs de alto brillo pueden imponerse en la mayoría de las aplicaciones siempre que se alcance su vida útil prevista, lo que lleva a una gestión térmica eficiente. Los LEDs raramente fallan repentinamente en condiciones normales, pero pierden brillo debido a la propagación de defectos en la red o «perturbaciones». En la figura 1 se muestra un gráfico típico de vida útil frente a la temperatura del chip de LED de alto brillo. Un valor aceptado para la atenuación con tiempo es el valor ‘L70’, o cuando el flujo de lúmenes se ha reducido al 70% del valor inicial. El gráfico muestra que puede ser desde 20000 hasta 70000 horas con una diferencia de temperatura de unión de solo 20 °C.
![Figura 1: reducción de lúmenes en el tiempo a diferentes temperaturas de chip de LED de alto brillo [adaptada de los datos de Philips Luxeon K2, cuando se alimenta a la corriente nominal máxima].](https://www.diarioelectronicohoy.com/imagenes/2020/06/MRA241Fig1.jpg)
