Los Ledes Consideraciones de uso
Fuentes de alimentación
La curva característica corriente-tensión de un led es similar a la de otros diodos, en los que la intensidad de corriente (o brevemente, corriente) crece exponencialmente con la tensión (ver la ecuación de Shockley). Esto significa que un pequeño cambio en la tensión puede provocar un gran cambio en la corriente.128 Si la tensión aplicada sobrepasa la caída de la tensión umbral en polarización directa del led, en una pequeña cantidad, el límite de corriente que el diodo puede soportar puede superarse ampliamente, pudiendo dañar o destruir el led. La solución que se puede adoptar para evitarlo consiste en utilizar fuentes de alimentación de intensidad de corriente constante (brevemente, fuente de corriente constante129) capaces de mantener la corriente por debajo del valor máximo de la corriente que puede atravesar el led o, por lo menos, si se usa una fuente de tensión constante convencional o batería, añadir en el circuito de iluminación del Led una resistencia limitadora en serie con el Led. Dado que las fuentes normales de alimentación (baterías, red eléctrica) son normalmente fuentes de tensión constante, la mayoría de los aparatos led deben incluir un convertidor de potencia o, al menos, una resistencia limitadora de corriente. Sin embargo, la alta resistencia de las pilas de botón de tres voltios combinada con la alta resistencia diferencial de los ledes derivados de nitruros hace posible alimentar tales ledes con una pila de botón sin necesidad de incorporar una resistencia externa.
Polaridad eléctrica
Al igual que sucede con todos los diodos, la corriente fluye fácilmente del material de tipo p al material de tipo n.130 Sin embargo, si se aplica un voltaje pequeño en el sentido inverso la corriente no fluye y no se emite luz. Si el voltaje inverso crece lo suficiente como para exceder la tensión de ruptura, fluye una corriente elevada y el led puede quedar dañado. Si la corriente inversa está lo suficientemente limitada como para evitar daños, el led de conducción inversa puede ser utilizado como un diodo avalancha.
Salud y seguridad
La inmensa mayoría de los dispositivos que contienen ledes son "seguros en condiciones de uso normal", y por lo tanto se clasifican como "Producto de riesgo 1 RG1 (riesgo bajo)" / "LED Class 1". En la actualidad, solo unos pocos ledes -los ledes extremadamente luminosos que presentan un ángulo de visión muy pequeño de una apertura de 8° o menos- podrían, en teoría, causar una ceguera temporal y, por lo tanto, se clasifican como de "Riesgo 2 RG2 (riesgo moderado)". La opinión de la Agencia Francesa de Seguridad Alimentaria, Medioambiental y de Salud y Seguridad Ocupacional (ANSES) al abordar en 2010 las cuestiones sanitarias relacionadas con los ledes, sugirió prohibir el uso público de las lámparas que se encontraban en el Grupo 2 o de Riesgo Moderado, especialmente aquellas con un alto componente azul, en los lugares frecuentados por los niños.
En general, los reglamentos de seguridad en la utilización de la luz laser —y los dispositivos de Riesgo 1, Riesgo 2, etc.— son también aplicables a los ledes.
Así como los ledes presentan la ventaja, sobre las lámparas fluorescentes, de que no contienen mercurio, sin embargo, pueden contener otros metales peligrosos tales como plomo y arsénico. En cuanto a la toxicidad de los ledes cuando se tratan como residuos, un estudio publicado en 2011 declaró: "De acuerdo con las normas federales, los ledes no son peligrosos, excepto los ledes rojos de baja intensidad, ya que al principio de su comercialización contenían Pb (plomo) en concentraciones superiores a los límites reglamentarios (186 mg/L; límite reglamentario: 5). Sin embargo, de acuerdo con las reglamentaciones de California, los niveles excesivos de cobre (hasta 3892 mg/kg; límite: 2500), plomo (hasta 8103 mg/kg, límite: 1000), níquel (hasta 4797 mg/kg, límite: 2000), o plata (hasta 721 mg/kg, límite: 500) ocasionan que todos los ledes, excepto los amarillos de baja intensidad, sean peligrosos ".
Ventajas
• Eficiencia: los ledes emiten más lúmenes por vatio que las bombillas incandescentes. La eficiencia de los aparatos de iluminación led no se ve afectada por la forma y el tamaño de estos a diferencia de las bombillas o tubos fluorescentes.
• Color: los ledes pueden emitir luz de cualquier color, sin usar ningún filtro de color como los que se necesitan en los métodos de iluminación tradicional. Esta propiedad les proporciona una mayor eficiencia y permite reducir los costes.
• Tamaño: los ledes pueden ser muy pequeños (menos de 2 mm2138) y por ello pueden conectarse fácilmente a las placas de los circuitos impresos.
• Tiempo de calentamiento: los ledes se encienden muy rápidamente. Un indicador led rojo típico alcanzará el brillo máximo en menos de un microsegundo. Los ledes utilizados en los dispositivos de comunicaciones pueden presentar tiempos de respuesta aun más cortos.
• Ciclos: los ledes son ideales en las aplicaciones sujetas a frecuentes ciclos de encendido y apagados, a diferencia de las lámparas incandescentes y fluorescentes que fallan cuando se usan en esta opción, o como las lámparas de alta intensidad de descarga (lámparas HID) que requieren mucho tiempo de espera antes de reiniciarse el encendido.
• Oscurecimiento: los ledes pueden oscurecerse fácilmente por modulación por ancho de pulsos o por disminución de la corriente directa. La modulación del ancho de los pulsos es la razón por la cual las luces led, en particular los faros de los automóviles parecen estar parpadeando cuando son vistos a través de una cámara o por algunas personas. Es un caso de efecto estroboscópico.
• Luz fría: a diferencia de la mayoría de fuentes de luz, los ledes irradian muy poco calor en forma de radiación infrarroja la cual puede dañar objetos o tejidos sensibles. La energía perdida desaparece en forma de calor en la base del led.
• Desgaste lento: la mayoría de los ledes se van dañando lentamente con el tiempo, a diferencia de las bombillas incandescentes que se deterioran de forma abrupta.
• Vida útil: los ledes pueden tener una vida útil relativamente larga. Un informe estima que entre 35.000 y 50.000 horas de vida útil, aunque el tiempo normalmente transcurrido hasta que el producto deja de funcionar completamente suele ser mayor. Los tubos fluorescentes tienen una vida útil estimada de 10.000 a 15.000 horas, dependiendo en parte de las condiciones de uso, y las bombillas incandescentes de 1000 a 2000 horas. Varias manifestaciones delDOE han demostrado que más que el ahorro de energía, la reducción de los costes de mantenimiento durante esta vida útil tan extendida, constituye el factor principal para la determinación del periodo de recuperación de la inversión para un producto led.
• Resistencia a los golpes: los ledes son componentes de estado sólido y, por tanto, son difíciles de dañar con golpes externos, a diferencia de las lámparas fluorescentes e incandescentes, que son frágiles.
• Enfoque: un sistema de ledes se puede diseñar para poder enfocar la luz. Las fuentes incandescentes y fluorescentes requieren, a menudo, un reflector externo para recoger la luz y dirigirla de una forma apropiada. En los sistemas de ledes más grandes, las lentes de reflexión interna total (TIR) se suelen usar para conseguir el mismo efecto. Sin embargo cuando se necesitan grandes cantidades de luz, se suelen desplegar muchas fuentes de luz, que son difíciles de enfocar o colimar hacia el mismo lugar.
Inconvenientes
• Precio inicial: los ledes son actualmente un poco más caros (precio por lumen) que otras tecnologías de iluminación. En marzo de 2014 un fabricante afirmó haber alcanzado ya el precio de un dólar por kilolumen. El gasto adicional proviene en parte de una emisión de luz relativamente baja, de los circuitos de accionamiento y de las fuentes de alimentación que se requieren.
• Dependencia de la temperatura: el rendimiento del led depende en gran medida de la temperatura ambiente del entorno, o de los procedimientos utilizados para la gestión térmica. La sobrecarga de un led en un ambiente de temperatura elevada puede dar lugar a un sobrecalentamiento del conjunto de los ledes, y a un fallo del dispositivo de iluminación. Es necesario utilizar un disipador de calor adecuado para asegurar una vida útil larga. Esto es especialmente importante en las aplicaciones automotoras, médicas y militares donde los dispositivos deben operar dentro de una amplia gama de temperaturas, y con unos bajos índices de error. Toshiba ha fabricado ledes con un margen de temperatura de operación de -40 a 100 °C, que se adapta tanto para facilitar su uso en interiores como en exteriores y en aplicaciones tales como lámparas, luces de techo, luces de calle y focos.
• Sensibilidad con la tensión: los ledes deben ser suministrados para trabajar con una tensión superior a su voltaje umbral y con una corriente por debajo de su valor nominal. Tanto la corriente como la vida útil cambian de manera importante con un pequeño cambio en la tensión aplicada. Por lo tanto, requieren una corriente de suministro regulada (por lo general basta con una resistencia en serie para los indicadores con ledes)
• Reproducción del color: la mayoría de los ledes de color blanco frío presentan espectros que difieren significativamente del espectro de irradiación del cuerpo negro como son el Sol o una lámpara incandescente. El pico a 460nm y la depresión a 500nm pueden hacer que el color de los objetos se perciba de forma diferente bajo la iluminación de un led de color blanco frío que bajo la luz solar o las fuentes de luz incandescentes, debido al metamerismo. Los ledes de blanco frío basados en fósforos reproducen especialmente mal las superficies rojas.
• Área asociada a la fuente de luz: los ledes individuales no se aproximan a una fuente puntual de luz que proporciona una distribución de luz esférica, sino más bien una distribución lambertiana. Los ledes se aplican con dificultad a los casos donde son necesarios campos de luz esféricos, sin embargo, los campos luminosos pueden ser manipulados mediante la aplicación de diferentes procedimientos ópticos o de “lentes”. Los ledes no pueden proporcionar divergencias por debajo de unos pocos grados. Por el contrario, los láseres pueden emitir haces con divergencias de 0,2 grados o menos.
• Polaridad eléctrica: a diferencia de las bombillas incandescentes, que se iluminan independientemente de la polaridad eléctrica, los ledes solo se encenderán empleando la polaridad eléctrica correcta. Para ajustar automáticamente la polaridad de la fuente de alimentación delos dispositivos led, se pueden utilizar rectificadores.
• Peligro del azul: existe la preocupación de que los ledes azules y los ledes de color blanco frío sean capaces de superar los límites de seguridad establecidos mediante el llamado peligro de la luz azul según se define en las especificaciones de seguridad ocular como la norma IEC 62471.
• Contaminación lumínica en exteriores: los ledes blancos, especialmente los que presentan una elevada temperatura de color, emiten luz de longitud de onda mucho más corta que las fuentes de luz convencionales al aire libre, como las lámparas de vapor de sodio de alta presión. Por otro lado, hay que tener en cuenta además la mayor sensibilidad de nuestra visión al azul y al verde en visión escotópica y, por tanto, desplazada en el espectro visible hacia colores 'fríos' falseando , por tanto, la apreciación de los colores 'cálidos' (hacia el naranja y el rojo) . Como consecuencia, los ledes blancos utilizados en las iluminaciones de exteriores provocan, en visión escotópica, más resplandor nocturno del cielo y con ello generan más contaminación lumínica.150151152153154155 La Asociación Médica Americana advirtió sobre el uso de ledes blancos de alto contenido de azul en la iluminación pública, debido a su mayor impacto en la salud humana y el medio ambiente, en comparación con las fuentes de luz de bajo contenido azul (por ejemplo, las de Sodio de Alta Presión, los ledes ámbar de los ordenadores y los ledes de baja temperatura de color.
• Disminución de la eficiencia: la eficiencia de los ledes disminuye a medida que aumenta la corriente eléctrica. El calentamiento también aumenta con las corrientes más elevadas, lo que compromete la vida útil de los ledes. Estos efectos imponen límites prácticos a los valores de la corriente de los ledes en las aplicaciones de alta potencia.
• Impacto en los insectos: los ledes son mucho más atractivos para los insectos que las luces de vapor de sodio, lo que ha creado una preocupación por la posibilidad de provocar una perturbación de sus redes alimenticias.
• Uso en condiciones invernales: dado que los ledes no emiten mucho calor en comparación con las lámparas incandescentes, las luces led utilizadas para el control de tráfico pueden permanecer cubiertas de nieve lo que las oscurece, y puede llegar a provocar accidentes.