Brillo: Retos para la iluminación en estado sólido

Por Shuji Nakamura y Aurelien David

Shuji Nakamura es un investigador y catedrático japonés mundialmente reconocido por sus contribuciones al campo de iluminación. En 2014 recibió el Premio Nobel de Física, por la invención los LED azules, que han hecho posibles las fuentes de luz blanca y de bajo consumo.

Aurelien David es un investigador especializado en LED con doce años de experiencia en este campo. Su área de investigación está enfocada en física de semiconductores.

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En la carrera para mejorar el rendimiento del LED, el enfoque suele concentrarse en los lúmenes. Sin embargo, la generación de lúmenes es sólo una parte del reto: la luz debe colocarse en el lugar correcto. En la medida en que los LED tratan de conquistar el sector de la iluminación dirigida, resolverlo se torna cada vez más difícil. El desafío puede ser reducido a una palabra: brillo.

El brillo es la cantidad de luz emitida por una fuente lumínica o reflejada por una superficie en una dirección dada. Es una cantidad crucial porque, de acuerdo con las leyes de la óptica, el brillo no puede multiplicarse en un sistema óptico.

Lo anterior significa que la mejor manera de obtener un haz estrecho de alto brillo es empezar a partir de una fuente LED de alto brillo, en otras palabras, un pequeño LED que emita una gran cantidad de luz.

Uno puede creer que para aumentar el brillo bastaría con conducir más corriente eléctrica en los chips LED para hacerlos emitir más fotones, pero en la práctica esta estrategia se enfrenta a graves desafíos.

En primer lugar, la operación de alta corriente es difícil con los LED y pone en peligro su funcionamiento. En segundo lugar, los LED sufren de un fenómeno llamado “caída de eficiencia” que ha sido un reto para la comunidad científica durante la última década. Debido a este efecto, la eficiencia energética de un LED se reduce a medida que se conduce con una alta densidad de corriente, justo lo contrario de lo que necesitamos en los LED de alto brillo.

La consecuencia en los últimos años es que la mayoría de los fabricantes de LED, incapaces de evitar la caída, han fabricado diodos más grandes para emitir más luz y mantener su eficiencia, alentados principalmente por la reducción de costos en los chips LED.

Pero este truco no es aplicable para aplicaciones direccionales pues el brillo de estos emisores más grandes disminuye proporcionalmente. Esto se traduce en luminarios con grandes superficies que se esfuerzan para producir haces estrechos.

En la actualidad sabemos que esta estrategia tiene sus límites y los grandes actores de la industria LED reconocen que vencer la caída sigue siendo uno de sus principales objetivos. [Continuar leyendo]

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