Que son y como funcionan los LED

Que son y como funcionan los LED

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¿Qué podría tener de especial un LED? - No es un led cualquiera, es un led azul, y no sé porqué es especial, pero el inventor se hizo rico. Tal vez valga la pena aprender más de esto.

Esta guía se trata de la importancia de los leds azules. ¿Qué importancia? Bueno, no sé muy bien, pero algo leí o escuché sobre una demanda ganada por el inventor de los leds azules.  ¿Qué podría tener de especial un LED? – No es un led cualquiera, es un led azul, y no sé porqué es especial, pero el inventor se hizo rico. Tal vez valga la pena aprender más de esto.

Introducción

Ayer, después de disfrutar de una amena comilona y un buen vinacho, Sirmax y el jefe de prensa de este humilde pasquín empezamos a conversar de una serie de incoherencias derivadas del vino y de la tranquilidad de no tener que hacer perro muerto a toda velocidad como otras veces, todo porque la reunión se celebró en mi humilde palacete. Entre los temas que salieron a colación uno me quedó dando vueltas y quería comentarlo con ustedes. Se trata de la importancia de los leds azules. ¿Qué importancia? Bueno, no sé muy bien, pero algo leí o escuché sobre una demanda ganada por el inventor de los leds azules. En ese momento intervino mi querida Lolita diciendo: – ¿Qué podría tener de especial un LED? – No es un led cualquiera, es un led azul, y no sé porqué es especial, pero el inventor se hizo rico. Mi mujer pensó un momento y luego dijo: – Para mí son solamente ampolletas, y el color que tengan se puede cambiar usando una mica. Definitivamente las mujeres son prácticas en todo aquello que no les interesa, y minuciosas en un montón de cosas inútiles. En ese momento, Sirmax intentó explicarle porqué un led no es una ampolleta, y eso es lo que a continuación pretendo contarles.

Distintos sistemas de iluminación convencionales

Una ampolleta es un filamento que se inflama con el paso de la corriente, emitiendo luz blanca (lo cual significa, luz en todo el espectro visible). Si se desea teñir esta luz con una pantalla, filtro o "mica", se estará dejando pasar un sólo color, reteniendo al resto. Este resto no puede sino transformarse en calor, por lo cual una ampolleta de color es una ampolleta ardiente. No olviden que junto con los colores que el filtro retiene, también hay un amplio espectro de luz no visible Infraroja y ultravioleta , que es puro calorcito.

Los leds emiten luz de un sólo color, a una frecuencia única del espectro visible, por lo cual no existe disipación de calor de frecuencias indeseadas. En rigor el led igual se calienta, porque no está hecho de conductores perfectos, pero para lo que nos importa, se calienta muchísimo menos.

De la misma manera, el hecho de emitir sólo el color que se desea hace que toda la luz que emite sea aprovechable, que gaste menos energía, que permita altas intensidades de luminosidad y que sea sencillo apuntar esa luz con precisión. Además, la vida útil de un led es casi 17 veces mayor que la de una ampolleta. (100000 hrs contra sólo 6000).

Estas características hacen del led una maravilla a la hora de usarlo en señales, porque así el funcionamiento de un sistema de tráfico es más barato por energía y por menor mantención.

Como comenté antes, una ampolleta es un filamento de tungsteno que se calienta con el paso de la corriente, adquiriendo lo que en los metales se llama incandescencia, por lo que su emisión de luz es como una pequeña fogata. El filamento no se derrite porque el tungsteno requiere temperaturas realmente altas para ello, y no se quema porque dentro de la ampolleta no hay oxígeno… o alguna vez intentaron encender una ampolleta con un hoyito?

Una ampolleta halógena es exactamente lo mismo, sólo que el relleno es un gas halógeno, que tiene la propiedad de combinarse con el tungsteno y es capaz de redepositar metal en el filamento cuando éste se evapora. Esto permite funcionar a temperaturas mucho mayores y por tanto emitir más luz. Implica también que las ampolletas halógenas están realmente hirviendo y por lo mismo no se usa vidrio sino cuarzo. Pregúntenle a las polillas si estoy mintiendo.

Los tubos fluorescentes son mucho más eficientes que una ampolleta. Funcionan con un relleno de algún gas inerte, un poco de mercurio y un recubrimiento fosfórico. Al imprimir una diferencia de potencial oscilante entre los extremos del tubo, el gas interior se polariza y empiezan a viajar electrones de un extremo a otro, en una especie de vaivén. El mercurio empieza a vaporizarse y el interior del tubo se convierte en una pista de "autos locos" entre electrones y átomos de mercurio.

Estos choques generan luz ultravioleta, la cual hace brillar el recubrimiento fosfórico entregándonos la luz que ilumina nuestras cocinas. Este sistema aprovecha bien la energí­­a pero requiere de un mecanismo algo contundente (entre el partidor y otras maquinitas) por lo cual no permite demasiada miniaturización, emite una luz poco cálida que resulta menos atractiva que la luz de una ampolleta, tiene una vibración inherente mucho más desagradable que la del tungsteno. Osea, es un sistema eficiente pero no demasiado agradable.

En cambio el led… es otra cosa

El caso del led, en cambio, es distinto. Se trata de un diodo, que vendría siendo una válvula de corriente de una sóla dirección. Cuando la corriente pasa, se transfieren electrones del lado negativo al lado positivo. Como caso particular de los diodos, el led está hecho de un semiconductor que cuenta con la particularidad de que, cada vez que se produce transferencia de electrones entre sus moléculas completas y las otras con valencias libres, se libera un fotón. Dependiendo del semiconductor empleado, los fotones serán emitidos con una frecuencia natural que les dará un color único y característico. Los leds más comunes están hechos de Galio-Arsénico-Fósforo (GaAsP) y Galio-Fósforo (GaP). No me acuerdo de la denominación de las sales terciarias ni los residuos halogénicos así que si quieren me pueden ayudar con la nomenclatura. Estos semiconductores, dependiendo de la intensidad de corriente permiten emitir luces de colores verde, amarillo y rojo y, claramente, es imposible crear todos los colores del espectro con estos tres tipos de LED. En 1995, Nichia Corporation logró producir leds azules utilizando semiconductores de Indio-Galio-Nitrógeno y Aluminio-Galio-Nitrógeno. Me imagino que los de indio andan realmente indio. Lo más impresionante del caso fue que el team de investigadores de Nichia consistía en un ingeniero, Shuji Nakamura y tres asistentes… Los cuales se vieron en un momento sin pan ni pedazo por su descubrimiento. Esto fue considerado una gran injusticia por la comunidad científica mundial, sobretodo tomando en cuenta que Nakamura fue considerado para el Premio Nóbel de Física por su descubrimiento, y por un asunto de patentes y contratos, toda su pega quedó en manos de Nichia. Con el tiempo, la llegada de los leds azules revolucionó la tecnología por completar el espectro que faltaba, y fué la base para crear, en 1997 los leds blancos, que no son otra cosa que un led azul con una cobertura reactiva fosfórica. Los avances derivados del led azul van desde los celulares en colores hasta el rayo láser azul. Resulta que la longitud de onda de la luz azul es menor que la del rojo, por lo cual al combinarse con la tecnología láser, los leds azules permiten rayos de gran precisión… tanto así que en base a ellos se ha creado la nueva generación de grabadores ópticos, los cuales permitirán guardar 27GB en un CD común y corriente… o al menos eso es lo que se promete.

La venganza de Nakamura

El 30 de Enero del 2004 la corte del distrito de Tokio falló en favor de Nakamura concediéndole los 189 millones de dólares que exigía a Nichia Corporation por su invento. El año 2001 Nakamura demandó a Nichia reclamando que él desarrolló el LED azul por su cuenta y no por órdenes de la compañía, que había desahuciado ese proyecto. Al parecer la regulac
ión japonesa permite que cualquier cosa hecha por un empleado se entienda tácitamente como propiedad de la corporación en donde trabaja así que mucho cuidado con pegarse un revolcón en la oficina, porque tu hijo puede ser, como Truman, propiedad de la compañía. Nakamura exigió que le fuera entregada la patente de los leds, pero esta petición fué desestimada por la corte. Sin embargo, sí le reconocieron que tenía derecho a una tajada de los beneficios que Nichia obtuvo. Aunque Nichia ha apelado el fallo ante la corte suprema, existe acuerdo en la comunidad tecnológica mundial respecto a que hay que respetar más el trabajo de los investigadores, o éstos sencillamente se dedicarán a otra actividad más lucrativa como los reality shows y la creación de portales de Hardware con buscador de precios.

Atte: Amenadiel.

Links:

Noticia de Nakamura en Yahoo

Explicación sobre LEDs en Australian Photonics

Explicación didáctica sobre las ampolletas y otras cosas en How Stuff Works