LED. Cambio de luz

2011/10/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Materialak
• Teknologia

Os diodos emisores de luz, as luces LED, ocuparon as rúas da CAPV en lugar das lámpadas convencionais, que se atopan sobre todo nos semáforos. O principal cambio produciuse nos dous últimos anos. En Bilbao, Vitoria e San Sebastián, por exemplo, en 2010 substituíronse as lámpadas tradicionais nos semáforos. Aínda hai algunhas, pero moi poucas. Prevalencia de LED. E os semáforos son só un exemplo. "A revolución está a producirse agora", afirma a enxeñeira do CEIT Gemma García.

E é que na iluminación pública os LED aínda teñen moito que colonizar. Como se pode observar en moitas cidades do mundo, si mantense a tendencia actual, en breve situaranse en farois, túneles, aparcadoiros públicos, etc. Os pequenos pobos foron grandes probadores deste tipo de instalacións. En Tolosa, por exemplo, atópase a rúa Pedro de Tolosa iluminada por LEDs.

Doutra banda, na maioría das grandes cidades europeas empezáronse a utilizar luces LED paira iluminar algunhas rúas: París, Londres, Berlín, Praga, Varsovia, Amsterdam e moitos máis. Nos Países Baixos iluminouse un tramo de sete quilómetros da autoestrada A44 mediante luces LED. E en Istambul, o camiño da ponte de Bosforo tamén está iluminado por LED. En Estados Unidos, a cidade de Raleigh, en Carolina do Norte, foi una das primeiras en facer a proba e, debido ao seu éxito, xa se ampliou a iluminación vía LED na rúa, como é o caso de Nova York e Washington. A lista é longa e os resultados en xeral son bos.

Antigo LED, novo heroe

Os LED están a converterse nunha práctica habitual na iluminación pública. Na actualidade, a iluminación especial da torre Eiffel, por exemplo, é por LED. Ed. © iStockphoto.com/TomCH

As luces LED consumen pouco e duran moito, por iso son tan exitosas. Aínda que non sexan baratos, o custo das instalacións amortízase durante uns anos. E ten outras vantaxes.

En certa medida, as vantaxes dos LED poden resumirse en negativas. Non xera calor, xa que converte a maior parte da enerxía que gasta en luz. Non ten pezas fráxiles como o fío fino das lámpadas. Non está formado por sustancias perigosas nin nocivas paira o medio ambiente. As vantaxes son notables.

E o invento é vello: O LED inventouse en 1927 e entrou na industria na década de 1960. Por que non se utilizaron antes? Hai que dicir que paira algunhas aplicacións empezouse a utilizar fai case 50 anos. Desde entón a luz vermella que indica que una máquina ou interruptor está aceso foi o LED. E tamén se utilizaron paira crear números electrónicos antigos de sete segmentos. En ambos os casos, con todo, os LED eran vermellos, e niso consiste a resposta á pregunta. Non se utilizaron anteriormente paira ningún outro uso xa que non había LED doutra cor. Os primeiros foron vermellos; logo, nos anos 70, desenvolveron LEDs verdes, laranxas e infravermellos; e o punto de inflexión na fabricación de LEDs remóntase á década de 1990, cando o investigador xaponés Shuji Nakamura conseguiu por primeira vez a fabricación de LEDs azuis. García lembra perfectamente aquela época: "Eu estaba a acabar a carreira naquela época e o profesor de Tecnoloxía Electrónica contóunolo. «Sacarán o LED azul!», dixo.

A clave era o material. Os LED (en inglés, Lixeiro Emiting Diode) son diodos, un dispositivo que actúa como interruptor, os electróns necesitan una tensión mínima paira superar un corte de enerxía, saltar dalgunha maneira e ter corrente no circuíto. Nos LED, os electróns emiten luz cando se combinan con cargas positivas ao final do salto. Nalgúns materiais o salto é maior que noutros. "En función do material que utilices, a combinación de electróns e cargas positivas emite una luz dunha lonxitude de onda ou outra", explica García. Canto máis salto, máis "azul" é a luz emitida. E o tamaño do salto depende do material do diodo. Por tanto, paira conseguir novas cores, os investigadores debían atopar materiais adecuados, e nesta exploración Nakamura foi o primeiro en atopar material paira elaborar o LED azul: nitruro de galio.

LED Branco

Ed. © iStockphoto.com/DEMARCO-MEDIA

A cor do nacedero é azul. Ademais de desenvolver o LED azul, tamén traballou co láser azul, que foi a base da tecnoloxía Blue-Ray (e do antigo HD-DVD). Con todo, na historia da tecnoloxía o nome de Nakamura asociarase principalmente ao desenvolvemento do LED azul. Tamén desenvolveu un LED ultravioleta --de enerxía aínda máis alta que o azul, como o utilizado paira desinfectar a auga, pero con menos eco que o azul. De feito, o LED azul é necesario paira a xeración de luz branca, o que abriu todas as portas da industria de fontes de luz á tecnoloxía LED.

O branco obtense combinando a luz vermella, verde e azul, pero os LEDs brancos, na práctica, non se realizan mediante a combinación de tres LED. Cobren o LED azul con fósforo amarelo e así conseguen emitir luz branca, xa que o amarelo é una combinación de verde e vermello.

O nitruro de galio, primeiro, e posteriormente o nitruro de indio-galio, permitiron que o LED branco esténdase a todas partes: á iluminación pública de rúa, á iluminación de casas, á iluminación de coches, á iluminación de barcas (a mención da luz LED estendeuse en Internet entre os afeccionados aos veleiros, por exemplo) e a moitas outras aplicacións. Una das características dos LED é a súa escasa luminosidade. Poden instalarse practicamente en calquera lugar e si van substituír una gran lámpada, é posible instalar moitos LED xuntos. Así son as lámpadas LED e as de semáforos.

Baixo consumo

Pero hai una preocupación: Cantidade de luz que proporcionan os LED. Nalgunhas probas realizadas con iluminación rueira observouse que os LED proporcionan pouca luz respecto da obtida coa utilización de farois convencionais --vapor de sodio a alta presión-. Pero neste sentido están a producirse grandes avances, na actualidade conséguese a mesma luminosidade a través dos LED e ademais cun baixo consumo. Os farois convencionais proporcionan 85 lúmenes por cada watt que consumen (a pluma é a unidade de medida do fluxo luminoso); as actuais luces LED proporcionan 150 lúmenes por watt, case o dobre. Isto significa que teñen un menor consumo paira conseguir a mesma luz.

Números electrónicos de 7 segmentos. Ed. Guillermo Roia

No entanto, esta iluminación deberá ser abonada. Os LED son caros. É posible que dentro duns anos os LED rebáixense moito, pero non se sabe canto se van a comercializar. "Neste momento amortizas una lámpada de rúa en tres ou catro anos", calcula García.

Aquí tamén a loita de investigadores está no mundo dos materiais. Uno dos factores que encarece a fabricación de LEDs é a base física baixo o material semiconductor (por exemplo, o material que suxeita o nitruro de galio), que tamén é un semiconductor e que ademais debe ser transparente paira non molestar a luz que se xera. Por exemplo, non se pode utilizar o semiconductor máis barato, xa que o silicio é un material opaco. A base dos LED brancos debe ser de zafiro ou de carburo de silicio, ambos son materiais caros. Están a realizarse ensaios de acondicionamento de silicio común e os resultados indican que van por bo camiño e que o desenvolvemento desta metodoloxía permitirá obter o LED branco a prezos moi baixos. A empresa Bridgelux asegura que dentro de dous anos empezarán a fabricar LEDs brancos de silicio.

CHEIRADE, luz flexible

Os LED baratos non son o único produto que queren ofrecer os fabricantes. A seguinte xeración desta tecnoloxía é CHEIRADE, LEDs baseados en material orgánico. Neles o material semiconductor é orgánico, polímeros ou moléculas orgánicas pequenas.

Son LEDs moi finos cos que se poden construír pantallas flexibles. Se a tecnoloxía LED revolucionou a industria da luz, a CHEIRADE vai revolucionar aínda máis, como se cre. A propia roupa pode converterse, por exemplo, nunha fonte de luz ou pantalla; a iluminación dunha habitación pode estar nas cortinas. É o futuro.

A través das OLEDs pódense construír pantallas flexibles. Esta tecnoloxía xa está no mercado, pero paira ter éxito aínda ten que evolucionar moito, xa que está feita de materiais que se degradan rapidamente. Ed. Guillermo Roia

É o futuro, aínda que a tecnoloxía xa está desenvolvida. Pero aínda teñen que mellorar, porque teñen un gran problema: ao estar fabricados con materia orgánica, os DAP degrádanse moi rápido. Son caros e degrádanse rapidamente, polo que as tecnoloxías a través de OLEDs (a máis habitual é AMOLED) aínda non son moi tentadoras paira o comprador.

Con todo, xa están no mercado teléfonos móbiles con pantalla táctil vía CHEIRADE, por exemplo. Samsung acaba de sacar un. Non hai revolución, pero se lanzaron os primeiros produtos.

A luz cambiou grazas aos LED e aínda vai cambiar máis da man de OLEDs. "En Europa, CHEIRADE está moi de moda", di García. "A xente ve que aí hai negocio". E, por tanto, outorgan grandes subvencións paira a investigación das OLEDs.

E cabe destacar que esta última revolución provén de moléculas orgánicas, o mundo do carbono. Do mesmo xeito que ocorre co grafeno en electrónica, a industria recorreu novamente aos átomos de carbono en busca de novos materiais. E é una idea moi interesante tendo en conta cal era a base da primeira lámpada de Edison: utilizaba o filamento de carbono (posteriormente expandíronse os de wolframio). As OLEDs devolverán o carbono á industria da fonte de luz. O ciclo está a pecharse.