LED. Cambio de luz
2011/10/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
Los diodos emisores de luz, las luces LED, han ocupado las calles de la CAPV en lugar de las bombillas convencionales, que se encuentran sobre todo en los semáforos. El principal cambio se ha producido en los dos últimos años. En Bilbao, Vitoria y San Sebastián, por ejemplo, en 2010 se han sustituido las bombillas tradicionales en los semáforos. Todavía hay algunas, pero muy pocas. Prevalencia de LED. Y los semáforos son sólo un ejemplo. "La revolución se está produciendo ahora", afirma la ingeniera del CEIT Gemma García.
Y es que en el alumbrado público los LED todavía tienen mucho que colonizar. Como se puede observar en muchas ciudades del mundo, si se mantiene la tendencia actual, en breve se ubicarán en farolas, túneles, aparcamientos públicos, etc. Los pequeños pueblos han sido grandes probadores de este tipo de instalaciones. En Tolosa, por ejemplo, se encuentra la calle Pedro de Tolosa iluminada por LEDs.
Por otro lado, en la mayoría de las grandes ciudades europeas se han empezado a utilizar luces LED para iluminar algunas calles: París, Londres, Berlín, Praga, Varsovia, Amsterdam y muchos más. En los Países Bajos se ha iluminado un tramo de siete kilómetros de la autopista A44 mediante luces LED. Y en Estambul, el camino del puente de Bosforo también está iluminado por LED. En Estados Unidos, la ciudad de Raleigh, en Carolina del Norte, fue una de las primeras en hacer la prueba y, debido a su éxito, ya se ha ampliado la iluminación vía LED en la calle, como es el caso de Nueva York y Washington. La lista es larga y los resultados en general son buenos.
Antiguo LED, nuevo héroe
Las luces LED consumen poco y duran mucho, por eso son tan exitosas. Aunque no sean baratos, el coste de las instalaciones se amortiza durante unos años. Y tiene otras ventajas.
En cierta medida, las ventajas de los LED pueden resumirse en negativas. No genera calor, ya que convierte la mayor parte de la energía que gasta en luz. No tiene piezas frágiles como el hilo fino de las bombillas. No está formado por sustancias peligrosas ni nocivas para el medio ambiente. Las ventajas son notables.
Y el invento es viejo: El LED se inventó en 1927 y entró en la industria en la década de 1960. ¿Por qué no se han utilizado antes? Hay que decir que para algunas aplicaciones se empezó a utilizar hace casi 50 años. Desde entonces la luz roja que indica que una máquina o interruptor está encendido ha sido el LED. Y también se han utilizado para crear números electrónicos antiguos de siete segmentos. En ambos casos, sin embargo, los LED eran rojos, y en eso consiste la respuesta a la pregunta. No se han utilizado anteriormente para ningún otro uso ya que no había LED de otro color. Los primeros fueron rojos; luego, en los años 70, desarrollaron LEDs verdes, naranjas e infrarrojos; y el punto de inflexión en la fabricación de LEDs se remonta a la década de 1990, cuando el investigador japonés Shuji Nakamura consiguió por primera vez la fabricación de LEDs azules. García recuerda perfectamente aquella época: "Yo estaba acabando la carrera en aquella época y el profesor de Tecnología Electrónica nos lo contó. «¡Sacarán el LED azul!», dijo.
La clave era el material. Los LED (en inglés, Light Emiting Diode) son diodos, un dispositivo que actúa como interruptor, los electrones necesitan una tensión mínima para superar un corte de energía, saltar de alguna manera y tener corriente en el circuito. En los LED, los electrones emiten luz cuando se combinan con cargas positivas al final del salto. En algunos materiales el salto es mayor que en otros. "En función del material que utilices, la combinación de electrones y cargas positivas emite una luz de una longitud de onda u otra", explica García. Cuanto más salto, más "azul" es la luz emitida. Y el tamaño del salto depende del material del diodo. Por lo tanto, para conseguir nuevos colores, los investigadores debían encontrar materiales adecuados, y en esta exploración Nakamura fue el primero en encontrar material para elaborar el LED azul: nitruro de galio.
LED Blanco
El color del nacedero es azul. Además de desarrollar el LED azul, también ha trabajado con el láser azul, que ha sido la base de la tecnología Blue-Ray (y del antiguo HD-DVD). Sin embargo, en la historia de la tecnología el nombre de Nakamura se asociará principalmente al desarrollo del LED azul. También desarrolló un LED ultravioleta --de energía aún más alta que el azul, como el utilizado para desinfectar el agua, pero con menos eco que el azul. De hecho, el LED azul es necesario para la generación de luz blanca, lo que ha abierto todas las puertas de la industria de fuentes de luz a la tecnología LED.
El blanco se obtiene combinando la luz roja, verde y azul, pero los LEDs blancos, en la práctica, no se realizan mediante la combinación de tres LED. Cubren el LED azul con fósforo amarillo y así consiguen emitir luz blanca, ya que el amarillo es una combinación de verde y rojo.
El nitruro de galio, primero, y posteriormente el nitruro de indio-galio, han permitido que el LED blanco se extienda a todas partes: al alumbrado público de calle, al alumbrado de casas, al alumbrado de coches, al alumbrado de barcas (la mención de la luz LED se ha extendido en Internet entre los aficionados a los veleros, por ejemplo) y a muchas otras aplicaciones. Una de las características de los LED es su escasa luminosidad. Pueden instalarse prácticamente en cualquier lugar y si van a sustituir una gran bombilla, es posible instalar muchos LED juntos. Así son las bombillas LED y las de semáforos.
Bajo consumo
Pero hay una preocupación: Cantidad de luz que proporcionan los LED. En algunas pruebas realizadas con iluminación callejera se ha observado que los LED proporcionan poca luz respecto a la obtenida con la utilización de farolas convencionales --vapor de sodio a alta presión-. Pero en este sentido se están produciendo grandes avances, en la actualidad se consigue la misma luminosidad a través de los LED y además con un bajo consumo. Las farolas convencionales proporcionan 85 lúmenes por cada vatio que consumen (el pluma es la unidad de medida del flujo luminoso); las actuales luces LED proporcionan 150 lúmenes por vatio, casi el doble. Esto significa que tienen un menor consumo para conseguir la misma luz.
No obstante, esta iluminación deberá ser abonada. Los LED son caros. Es posible que dentro de unos años los LED se rebajen mucho, pero no se sabe cuánto se van a comercializar. "En este momento amortizas una lámpara de calle en tres o cuatro años", calcula García.
Aquí también la lucha de investigadores está en el mundo de los materiales. Uno de los factores que encarece la fabricación de LEDs es la base física bajo el material semiconductor (por ejemplo, el material que sujeta el nitruro de galio), que también es un semiconductor y que además debe ser transparente para no molestar la luz que se genera. Por ejemplo, no se puede utilizar el semiconductor más barato, ya que el silicio es un material opaco. La base de los LED blancos debe ser de zafiro o de carburo de silicio, ambos son materiales caros. Se están realizando ensayos de acondicionamiento de silicio común y los resultados indican que van por buen camino y que el desarrollo de esta metodología permitirá obtener el LED blanco a precios muy bajos. La empresa Bridgelux asegura que dentro de dos años empezarán a fabricar LEDs blancos de silicio.
OLED, luz flexible
Los LED baratos no son el único producto que quieren ofrecer los fabricantes. La siguiente generación de esta tecnología es OLED, LEDs basados en material orgánico. En ellos el material semiconductor es orgánico, polímeros o moléculas orgánicas pequeñas.
Son LEDs muy finos con los que se pueden construir pantallas flexibles. Si la tecnología LED ha revolucionado la industria de la luz, la OLED va a revolucionar aún más, como se cree. La propia ropa puede convertirse, por ejemplo, en una fuente de luz o pantalla; la iluminación de una habitación puede estar en las cortinas. Es el futuro.
Es el futuro, aunque la tecnología ya está desarrollada. Pero todavía tienen que mejorar, porque tienen un gran problema: al estar fabricados con materia orgánica, los DAP se degradan muy rápido. Son caros y se degradan rápidamente, por lo que las tecnologías a través de OLEDs (la más habitual es AMOLED) todavía no son muy tentadoras para el comprador.
Sin embargo, ya están en el mercado teléfonos móviles con pantalla táctil vía OLED, por ejemplo. Samsung acaba de sacar uno. No hay revolución, pero se han lanzado los primeros productos.
La luz ha cambiado gracias a los LED y todavía va a cambiar más de la mano de OLEDs. "En Europa, OLED está muy de moda", dice García. "La gente ve que ahí hay negocio". Y, por tanto, otorgan grandes subvenciones para la investigación de las OLEDs.
Y cabe destacar que esta última revolución proviene de moléculas orgánicas, el mundo del carbono. Al igual que ocurre con el grafeno en electrónica, la industria ha recurrido nuevamente a los átomos de carbono en busca de nuevos materiales. Y es una idea muy interesante teniendo en cuenta cuál era la base de la primera bombilla de Edison: utilizaba el filamento de carbono (posteriormente se expandieron los de wolframio). Las OLEDs devolverán el carbono a la industria de la fuente de luz. El ciclo se está cerrando.
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