¿Qué son los LED y cómo funcionan?
Los LED, o diodos emisores de luz, han cambiado la forma en que pensamos sobre la iluminación porque ahorran energía, duran más y pueden usarse de muchas maneras diferentes.A diferencia de las bombillas a la antigua de moda que hacen luz al calentar un cable, los LED crean luz moviendo una corriente eléctrica a través de un material especial llamado semiconductor.Esta forma de hacer que la luz use mucha menos energía y no se pone tan caliente.Debido a estos beneficios, los LED se usan para todo, desde pequeñas luces en dispositivos hasta grandes sistemas de iluminación en edificios.Vienen en varios tipos y colores, cada uno adecuado para diferentes usos.Aprender cómo funcionan los LED y por qué son mejores que las luces tradicionales nos ayuda a ver por qué se están volviendo tan populares hoy en día.
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Figura 1: LED o diodos emisores de luz
Definición y operación básica
Los LED, o diodos emisores de luz, son dispositivos que emiten luz cuando una corriente eléctrica pasa a través de ellos.Cada LED se compone de dos materiales: un tipo P con muchos agujeros (portadores de carga positivos) y un tipo N con muchos electrones (portadores de carga negativa).Cuando se aplica un voltaje directo, los electrones de la región de tipo N obtienen energía y se mueven hacia la región de tipo P.En la unión P-N, los electrones llenan los agujeros, liberando la energía como luz.
A diferencia de las fuentes de luz tradicionales, como las bombillas incandescentes que convierten la energía eléctrica en calor y luego la luz, los LED convierten la energía eléctrica directamente en luz.Este proceso es mucho más eficiente, produce menos calor y usa menos energía.En consecuencia, se prefieren los LED por su eficiencia energética y su larga vida útil, lo que requiere reemplazos menos frecuentes y ofrece un rendimiento más resistente.
Tipos de LED
LED tipo lámpara (con plomo)
Figura 2: LED de tipo lámpara (con plomo)
Los LED de tipo de lámpara (con plomo) son un tipo básico de diodos de luz (LED) emisores de luz con patas de metal, también llamados cables, que conectan el LED a un circuito eléctrico.Estos LED generalmente están cubiertos por una pequeña bombilla de plástico de color.Esta bombilla tiene algunas funciones.Extiende la luz de manera más uniforme, por lo que no brilla en una sola dirección.También protege las pequeñas partes dentro del LED por daños y mantiene fuera del polvo y la humedad.
Los LED liderados tienen un diseño simple, lo que los hace muy útiles y fáciles de usar en muchos proyectos electrónicos.Debido a este diseño sencillo, a menudo se usan como luces indicadoras para mostrar si un dispositivo está encendido o apagado.También puede encontrarlos en pantallas digitales, como las de calculadoras y relojes, donde ayudan a mostrar números y otra información.
Para la iluminación decorativa, los LED con plomo son los favoritos porque son fáciles de configurar y se pueden usar para crear muchos patrones de iluminación diferentes.Las patas de metal hacen que sea fácil unirlas a las placas de circuito o conectarlas con tablas de pan para las pruebas.Esto los hace populares tanto entre los aficionados como entre los ingenieros profesionales.Vienen en muchos colores y tamaños, lo que aumenta su utilidad en las configuraciones de iluminación creativas y prácticas.
LED tipo chip (soporte de superficie)
Figura 3: LED tipo chip (soporte de superficie)
Los LED tipo chip (montaje en superficie) son una mejora moderna en la tecnología LED, hecha para conectarse directamente en las placas de circuito impreso (PCB).Son mucho más pequeños y más eficientes que los LED de tipo de lámpara tradicional, lo que los hace perfectos para pequeños dispositivos electrónicos como teléfonos inteligentes, tabletas y televisores LED.
El principal beneficio de los LED tipo chip es su pequeño tamaño y eficiencia.Debido a que son compactos, se pueden colocar muy juntos en PCB.Esto permite la creación de diseños electrónicos complejos que hacen muchas cosas diferentes.Esta ubicación cercana es muy útil para dispositivos modernos que necesitan funcionar bien dentro de un espacio pequeño.Los LED tipo chip también usan mejor energía.Convierten más electricidad en luz con menos calor, lo que los hace durar más y usan menos energía.Esto es especialmente útil en dispositivos que funcionan con baterías, donde ahorrar energía es muy importante.
La tecnología de montaje de superficie (SMT) utilizada para LED de tipo chip permite que las máquinas las coloquen de manera rápida y precisa en las placas de circuito.Esto acelera el proceso de fabricación y reduce los costos de producción.Además, este método asegura que los LED se coloquen de manera consistente y confiable, lo cual es importante para que los dispositivos funcionen correctamente y duren mucho tiempo.
Ambos tipos de LED funcionan con el mismo principio básico: producir luz cuando una corriente eléctrica pasa a través de un material especial dentro de ellos.La elección entre los LED de tipo de lámpara y tipo de chip depende de los requisitos del proyecto, como el tamaño, la eficiencia y la facilidad de integración.
Longitud de onda y color
El color de un LED está determinado por los materiales utilizados para hacerlo, que emiten diferentes colores de luz cuando la electricidad fluye a través de ellos.Dos factores principales influyen en el color de un LED:
Longitud de onda máxima (λp)
Figura 4: Gráfico que muestra la longitud de onda máxima (λp) de un LED
La longitud de onda máxima (λp) es la longitud de onda a la que un LED emite la mayor luz.Por ejemplo, un LED rojo generalmente brilla más brillante en alrededor de 630 nanómetros.Esto significa que el LED produce su luz roja más fuerte en esta longitud de onda. Conocer la longitud de onda máxima es muy útil para diferentes aplicaciones.Determina el color y el brillo de la luz LED.Para encontrar la longitud de onda máxima, medimos el espectro de luz del LED y localizamos el punto donde la luz es la más intensa.Por ejemplo, en la tecnología de pantalla, la longitud de onda máxima exacta ayuda a producir los colores correctos.En las luces de la planta, la longitud de onda máxima debe coincidir con las longitudes de onda que las plantas absorben mejor para ayudarlas a crecer mejor.
La longitud de onda máxima también afecta cómo se hacen los LED.Los ingenieros pueden cambiar los materiales y el diseño del LED para obtener la longitud de onda máxima deseada, lo que hace que el LED funcione mejor para usos específicos.Esto implica elegir los materiales semiconductores correctos porque estos materiales determinan la energía y la longitud de onda de la luz emitida.
Longitud de onda dominante (λd)
Figura 5: Una tabla que muestra la longitud de onda dominante (λd) de un LED
La longitud de onda dominante (λd) es una idea básica en el estudio del color, especialmente cuando comprende cómo los ojos humanos ven la luz de los LED y otras fuentes de luz.La longitud de onda dominante es el color que las personas ven más claramente cuando miran una fuente de luz, incluso si esa luz está compuesta por varios colores diferentes.Esta medición es importante porque la visión humana combina estos múltiples colores en un color principal que percibimos.Cuando un LED emite luz, generalmente lo hace en una gama de colores.Estos colores individuales se mezclan, y la longitud de onda dominante es el color que se destaca más al ojo humano.Encontrar este color no siempre es fácil porque depende de la mezcla específica y la fuerza de los diferentes colores.Este proceso implica cálculos detallados que consideran cuán sensibles son los ojos humanos a diferentes partes del espectro de luz.
Para encontrar la longitud de onda dominante, se utiliza un dispositivo llamado espectrómetro para estudiar la luz del LED.Los datos recopilados muestran cuán fuerte es la luz en cada color.Esta información se traza en un diagrama de cromaticidad, que es un gráfico que representa los colores basados en la visión humana.La longitud de onda dominante se encuentra dibujando una línea desde un punto blanco central en el diagrama a través de las coordenadas de la fuente de luz y extendiéndola al borde de la tabla.El punto donde esta línea se encuentra con el borde es la longitud de onda dominante.
Conocer la longitud de onda dominante es muy útil en los campos donde se necesita un color preciso, como en la tecnología de visualización, el diseño de iluminación y cualquier área donde se requiera una coincidencia de color precisa.Al controlar la longitud de onda dominante, los fabricantes pueden crear LED que emiten colores específicos adecuados para diferentes propósitos, como ayudar a las plantas a crecer mejor con ciertos colores claros o producir colores brillantes y realistas en las pantallas.
Creando luz blanca con LED
Figura 6: Dos métodos para crear luz blanca con LED
Crear luz blanca con LED implica dos métodos principales, cada uno con sus propias ventajas y usos.
Un método implica la combinación de LED rojo, verde y azul (RGB).Al ajustar cuidadosamente la intensidad de estos tres colores primarios, se pueden mezclar para crear luz blanca.Esta técnica se usa comúnmente en dispositivos que necesitan un control de color preciso y una representación de color precisa, como pantallas LED a todo color e iluminación decorativa.Aunque este método ofrece un excelente control sobre la salida de color, es más complejo y costoso en comparación con el LED azul con un enfoque de fósforo amarillo.Requiere circuitos de control avanzados y calibración para garantizar que los colores se mezclen correctamente para producir luz blanca.
El otro método utiliza un LED azul emparejado con un recubrimiento de fósforo amarillo.Cuando se enciende el LED azul, excita el fósforo amarillo, lo que hace que emita luz amarilla.La combinación de la luz azul restante y la luz amarilla emitida produce luz blanca.Este método es popular porque es simple y rentable, lo que lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones de iluminación.Sin embargo, a veces puede dar como resultado una luz blanca con un ligero tinte azul o frío, que podría no ser ideal para cada situación.
Cada método se elige en función del equilibrio deseado entre costo, complejidad y calidad de color.El método LED RGB se selecciona para aplicaciones que requieren un ajuste de color preciso y una salida de luz de alta calidad, mientras que el LED azul con el método de fósforo amarillo a menudo se prefiere por su simplicidad y asequibilidad.
Eficiencia de iluminación LED
Los LED usan mucha menos energía que las bombillas incandescentes tradicionales, ahorrando hasta el 90% de la energía.Producen luz al pasar una corriente eléctrica a través de un pequeño chip, iluminando pequeñas fuentes de luz llamadas LED.A diferencia de las bombillas incandescentes, que producen luz al calentar un filamento hasta que brilla, los LED generan luz con mucha menos energía.
Los LED tienen piezas llamadas disipadores de calor que ayudan a lidiar con el calor que hacen.Estos disipadores de calor toman y extienden el calor para que los LED funcionen bien.La buena gestión del calor hace que los LED duren más y los mantenga brillantes.Si el calor no se maneja bien, los LED pueden desgastarse más rápido y convertirse en más atenuación.Cuánto tiempo duran los LED y qué tan bien funcionan dependen de lo buenos que son y qué tan bien funcionan sus disipadores de calor.
Vida útil y degradación
La vida útil y el desglose son los puntos principales para comprender el rendimiento de LED (diodo de emisión de luz).A diferencia de las bombillas normales, que generalmente se queman repentinamente, los LED lentamente se vuelven más atenuados con el tiempo.Este lento proceso de atenuación se llama depreciación de luz.
La depreciación de la luz ocurre porque los materiales dentro del LED se desgastan, lo que hace que produzca menos luz.Por lo general, medimos la vida de un LED por el punto en que su brillo ha caído al 70% de su nivel original.Por ejemplo, si un LED comienza en 1000 lúmenes, su vida útil se considera cuando su brillo cae a 700 lúmenes.
Varias cosas pueden causar la depreciación de la luz en los LED, como la temperatura, el estrés eléctrico y la calidad de los materiales utilizados para hacerlos.Las altas temperaturas pueden acelerar el uso de piezas LED, haciéndolas atenuadas más rápido.Del mismo modo, el estrés eléctrico, como demasiada corriente o voltaje, puede acortar la vida de un LED al causar daño adicional a sus partes internas.
La calidad de los materiales utilizados para hacer LED también afecta en gran medida cuánto tiempo duran.Los LED realizados con mejores materiales y métodos de construcción tienden a durar más y se atenúan más lentamente.Por otro lado, los LED de menor calidad pueden atenuarse más rápidamente y tener una vida útil más corta.
La depreciación de la luz ocurre cuando los LED pierden brillo con el tiempo.Esto puede ser causado por varios factores principales:
• El calor excesivo puede dañar las partes internas del LED.Los disipadores de calor ayudan a controlar este calor, pero si no funcionan bien, las piezas LED pueden dañarse.
• Las altas corrientes y voltajes eléctricos pueden desgastar los componentes dentro del LED.Este desgaste puede hacer que el LED sea menos brillante.
• Los materiales utilizados en LED, especialmente los blancos, pueden degradarse con el tiempo.Este desglose material también conduce a una pérdida de brillo.
• Las condiciones ambientales como la humedad y el polvo pueden afectar los LED.La humedad puede hacer que las piezas se oxezcan o cortocircuitar, y el polvo puede bloquear la luz o interferir con la operación del LED.
Aplicaciones de LED
Los LED, o diodos emisores de luz, han cambiado mucho la industria de la iluminación porque son versátiles y eficientes.Se pueden usar de muchas maneras, desde bombillas regulares hasta accesorios incorporados.Uno de los principales beneficios de los LED es su pequeño tamaño, que permite diseños de iluminación creativos e innovadores.Esto hace que los LED sean perfectos para reemplazar las bombillas tradicionales y ser construidas en accesorios personalizados, proporcionando soluciones de iluminación de larga duración y ahorro de energía.
En las soluciones de iluminación híbrida, los LED se combinan con diseños de iluminación tradicionales.Estos sistemas a menudo tienen piezas LED reemplazables dentro de accesorios especialmente diseñados, lo que hace que sea fácil mantenerlas y actualizarlas.Esta combinación toma las mejores partes de las tecnologías de iluminación antiguas y nuevas, mejorando la experiencia general del usuario.
Los LED se pueden usar en muchos lugares diferentes, desde hogares hasta entornos industriales.Su eficiencia energética es una gran ventaja porque los LED usan menos energía en comparación con las luces tradicionales.Esto significa facturas de energía más bajas y un impacto menor en el medio ambiente.Además, los LED duran más, por lo que no necesitan ser reemplazados con tanta frecuencia, ahorrando tiempo y dinero.
Gestión térmica en LED
Figura 7: Gestión térmica en LED
La gestión adecuada del calor es muy útil para qué tan bien funcionan los LED y cuánto duran.Cuando se usan LED, producen calor.Si este calor no se maneja bien, puede dañar rápidamente los LED, haciéndolos menos eficientes y acortando su vida.
Una parte importante de la gestión del calor LED es el disipador de calor.Los disipadores de calor ayudan empapando y extendiendo el calor lejos de la conexión del chip LED con la placa de circuito, haciéndolo más fresco.Qué tan bien funciona un disipador de calor depende mucho de de qué está hecho y su diseño.
A menudo se usan materiales como el aluminio y el cobre para disipadores de calor porque pueden alejar el calor de manera eficiente.Además, el diseño de disipadores de calor generalmente incluye características como las aletas, que aumentan el área de superficie que puede liberar el calor.Esta superficie más grande ayuda al disipador de calor a extender el calor del LED, manteniendo el LED más frío y asegurándose de que funcione bien durante mucho tiempo.
Diferencias entre la iluminación LED y tradicional
Los LED ofrecen varias ventajas sobre la iluminación tradicional incandescente y CFL (lámpara fluorescente compacta), particularmente en la dirección de la luz y el rango de color:
• Iluminación direccional: los LED emiten luz en una dirección específica, ideal para necesidades de iluminación específicas, como lámparas de lectura o focos.En contraste, las bombillas incandescentes y CFL emiten luz y calor en todas las direcciones, que a menudo requieren reflectores o tonos para enfocar la luz, lo que resulta en un desperdicio de energía.
• Opciones de color: los LED proporcionan una amplia gama de colores, que incluyen ámbar, rojo, verde y azul.La luz blanca se puede crear mezclando LED de diferentes colores (por ejemplo, rojo, verde y azul) o usando LED recubiertos de fósforo que emiten luz blanca cuando la luz azul o ultravioleta pasa a través del fósforo.Esta amplia gama de colores permite que los LED satisfagan diversas necesidades de iluminación, desde iluminación cálida y acogedora hasta iluminación brillante, similar a la luz del día.
¿Cómo funcionan los LED?
Figura 8: Estructura de un LED
Los LED (diodos emisores de luz) funcionan como diodos y emiten la luz cuando están sesgados hacia adelante.En esta configuración, el lado negativo (cátodo) está conectado al terminal negativo de una fuente de alimentación, y el lado positivo (ánodo) está conectado al terminal positivo.Esta disposición permite que los electrones de la región n ganen energía y se muevan hacia la región p.Cuando estos electrones cruzan la unión y se encuentran con agujeros en la región P, liberan la energía como luz.
El color de la luz que emite un LED depende de los materiales semiconductores utilizados.Por ejemplo, el arsenuro de galio produce luz infrarroja, mientras que el fosfuro de galio puede producir luz verde o roja.Estas diferencias de color provienen de los diversos niveles de energía de los materiales, que deciden la longitud de onda de la luz emitida.
Un LED se construye con un marco de plomo, a menudo llamado yunque, que está conectado al terminal del cátodo.Este marco contiene el material semiconductor.La región P del semiconductor se coloca cerca de la superficie para asegurarse de que salga más luz del LED en lugar de quedar atrapado por dentro.Este diseño ayuda a aumentar el brillo y la efectividad del LED.
Conclusión
Los LED tienen muchas ventajas sobre las luces tradicionales.Utilizan menos energía, duran más y proporcionan una mejor calidad de luz.Los LED funcionan moviendo electrones a través de un semiconductor, convirtiendo directamente la energía eléctrica en luz con muy poco calor.Pueden producir diferentes colores basados en los materiales utilizados, y los diferentes diseños del tipo de lámpara y los LED tipo chip los hacen aún más útiles.A medida que la tecnología mejora, los LED siguen mejorando, ofreciendo más beneficios y utilizándose de más maneras.Al comprender cómo funcionan los LED y sus beneficios, está claro por qué se están convirtiendo en la opción preferida para la iluminación en nuestros hogares, oficinas y más allá.
Preguntas frecuentes [Preguntas frecuentes]
1. ¿Cómo funciona la pantalla LED?
Una pantalla LED funciona usando muchas luces pequeñas llamadas diodos emisores de luz (LED).Estas pequeñas luces brillan en diferentes colores para crear imágenes y texto.Los circuitos electrónicos controlan estas luces, encendiéndolas rápidamente para mostrar las imágenes y patrones deseados.
2. ¿Para qué se utilizan las dos cosas principales?
Los LED se utilizan principalmente para iluminación y pantallas.Para la iluminación, ofrecen luz brillante y de ahorro de energía para casas, calles y vehículos.Para las pantallas, se usan en pantallas para televisores, computadoras y vallas publicitarias.
3. ¿Cuál es el principio de LED y su trabajo?
El principio de un LED se basa en un proceso llamado electroluminiscencia.Cuando una corriente eléctrica fluye a través del material del LED, emite la luz.Esto sucede porque la energía eléctrica hace que los electrones se combinen con otras partículas, liberando la energía como luz.
4. ¿Por qué son importantes los LED?
Los LED son importantes porque ahorran energía, duran mucho tiempo y son buenos para el medio ambiente.Usan menos electricidad que las luces tradicionales y tienen una vida mucho más larga, por lo que no necesitan ser reemplazados con tanta frecuencia.
5. ¿Cuáles son las ventajas de los LED?
Las ventajas de los LED incluyen el uso de menos energía, tener una vida útil más larga, ser más duradero, ser más pequeño en tamaño y encender y apagar más rápido.También producen menos calor y vienen en muchos colores, haciéndolos útiles para diferentes propósitos.