Introducción a la Tecnología LED

El primer LED fue desarrollado en 1962. Desde entonces, los LED han alcanzado tal fama que han sido escogidos como la mejor alternativa a las lámparas incandescentes, a la luz de neón y a los fluorescentes en muchas áreas. El futuro del ser humano será más brillante, ya que el empleo común de los LED supondrá un ahorro significativo en energía, costes y tiempo.

¿Qué es un LED?

Un LED o Diodo Emisor de Luz, como su propio nombre indica, es un diodo, un dispositivo electrónico semiconductor que, polarizado directamente entre el ánodo (positivo) y el cátodo (negativo), emite luz al producirse el fenómeno conocido como luminiscencia.

Los elementos semiconductores más usados en la electrónica son el silicio, el azufre y el germanio.

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

Para obtener una buena intensidad luminosa, debe escogerse bien la corriente que atraviesa el LED. Para ello, hay que tener en cuenta que la tensión eléctrica de operación va desde 1,6 V hasta 3,8 V aproximadamente, y la gama de intensidades que deben circular por él varía según su aplicación. Los valores típicos de corriente directa de polarización de un LED normal están comprendidos entre los 10 y los 40 mA. En general, los LED presentan una mejor eficiencia cuanto menor es la corriente que circula por ellos. Por lo tanto, en su operación optimizada, se busca un compromiso entre la intensidad luminosa que producen (que es mayor cuanto más corriente circula por ellos) y la eficiencia (que es mayor cuanto menos corriente circula).

A diferencia de otros sistemas, los LED no tienen filamentos u otras partes mecánicas sujetas a rotura ni a fallos por fundido. Tampoco existe un punto en que cesen de funcionar de forma abrupta, sino que su degradación es gradual a lo largo de su vida útil.

Se considera que aproximadamente a las 60.000 horas es cuando su flujo luminoso decae por debajo del 70% del inicial. Esto significa, por ejemplo, 6 años en una aplicación de 24 horas al día, 365 días al año.

¿Cómo funciona un LED?

A diferencia de las lámparas construidas para un voltaje de trabajo determinado, los LED están diseñados para una corriente determinada.

Por ello, los LED se conectan como se indica en el siguiente esquema:

Se alimentan con una fuente de corriente continua y a través de una resistencia en serie cuya función es limitar la corriente para lograr un adecuado funcionamiento.

El ánodo, o dicho de otro modo, la patilla positiva, se debe conectar al positivo de la fuente de alimentación (en este caso, al extremo de la resistencia), y el cátodo al negativo para polarizarlo en sentido directo y conseguir que el LED se ilumine.

Si conectamos el LED al revés, es decir, se polariza en inversa, no encenderá y, además, se corre el peligro de que sea destruido si la tensión de alimentación es muy elevada.

Conociendo los parámetros del LED y de la fuente de alimentación, se calcula la resistencia de limitación mediante la siguiente fórmula:

• Vdc: Tensión de la fuente de alimentación.
• Vf: Tensión característica del LED polarizado en sentido directo.
• If: Corriente de funcionamiento del LED.

Los LED poseen un comportamiento no óhmico, es decir, su tensión no aumenta al aumentar la corriente. Este es el motivo por el que se coloca la resistencia en serie que ajusta el valor de corriente de funcionamiento.

Tipos de LED

Se distinguen principalmente dos tipos de LED: los LED convencionales y los LED de alta luminosidad o de alta potencia.

LED Convencionales

Los diodos LED convencionales son más sencillos que los de alta luminosidad y presentan grandes limitaciones debido fundamentalmente a su muy limitada capacidad de disipación térmica, lo que restringe enormemente la corriente de funcionamiento y, por tanto, su capacidad lumínica.

LED de Alta Luminosidad (o Alta Potencia)

Los LED de alta luminosidad, mucho más complejos, poseen una mayor capacidad de disipación de calor debido a sus características constructivas, lo que les permite soportar mayor corriente, proporcionando un mayor flujo luminoso.

Ventajas de los LED frente a otras fuentes de luz

• Pequeño tamaño: Un LED puede ser sumamente pequeño y proporcionar un haz de luz de altas prestaciones lumínicas.
• Bajo consumo eléctrico: Los LED tienen un consumo de electricidad muy bajo. Generalmente, un LED está diseñado para funcionar con un voltaje de 2-3,6 V y una corriente de 0,02-0,03 A, lo que significa que no necesita más de 0,1 W para funcionar.
• Larga vida útil: Funcionando a una tensión nominal, con la corriente y el ambiente adecuados, los LED disfrutan de una larga vida útil de aproximadamente 100.000 horas.
• Alta eficacia luminosa y baja emisión de calor: Los LED pueden convertir casi toda la energía utilizada en luz y, por tanto, el rendimiento de los mismos se traduce en una muy alta eficacia luminosa y baja emisión de calor. Uno de los mejores LED en el mercado actual emite 32 lm/W, lo que supone una eficiencia dos veces mayor que la de una bombilla de filamento de tungsteno equivalente.
• Protección del medio ambiente: Los LED están fabricados con materiales no tóxicos, a diferencia de las lámparas fluorescentes que, debido al mercurio que contienen, plantean un peligro de contaminación. Además, los LED pueden ser totalmente reciclados.
• Resistencia y durabilidad: El dispositivo electroluminiscente de los LED está completamente encapsulado en una resina de epoxi, lo que los hace mucho más robustos que las lámparas incandescentes, tubos fluorescentes, etc.
• Rápida respuesta: Los LED presentan un encendido y apagado instantáneo, del orden de microsegundos, frente a los milisegundos que presentan las lámparas incandescentes tradicionales.