Retos para la iluminación en estado sólido

Por: Shuji Nakamura y Aurelien David*

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 funcional 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.

Empresas como Soraa han centrado sus esfuerzos en el desarrollo de una tecnología innovadora que desplaza los límites convencionales de la caída: se basa en el uso exclusivo de los sustratos de Nitruro de Galio nativos, un enfoque denominado GaN-en-GaN.

Gracias a un mejor comportamiento en la caída, los LED desarrollados por esta empresa pueden ser operados entre cinco y diez veces la densidad actual de la tecnología incumbente. Por su parte, la robustez de la plataforma GaN-en-GaN garantiza su funcionamiento.

Lo anterior aunado al diseño óptico, son las bases de la alta densidad y el control de haz superior de la compañía. Sin duda, conforme la tecnología GaN en- GaN madure, podemos esperar un progreso significativo en las fuentes luminosas de alto brillo en un futuro cercano.

*Shuji Nakamura es un investigador y catedrático japonés. En 2014 recibió el Premio Nobel de Física por la invención de los LED azules, que han hecho posible las fuentes de luz blanca y de bajo consumo./ Aurelien David es un investigador especializado en LED con 12 años de experiencia. Su área de investigación se enfoca en física de semiconductores.

Vencer la caída de eficiencia en los LED es uno de los principales retos que enfrentan los grandes actores de la industria.

Tomado de la edición Insights & Inspiration 2016 editado por ELA Expo Lighting America, el principal foro de negocios para la industria de iluminación profesional en México. Cada año reúne a los principales fabricantes y distribuidores de iluminación y tecnologías relacionadas. Este año se llevó a cabo del 28 de febrero al 2 de marzo en la Ciudad de México.