¿qué es tecnicamente un led?catedraendesa.us.es/documentos/jor_led/presentacion_osram.pdf ·...

¿Qué estecnicamente unLED?D. Alfonso Canorea GarcíaJefe Dpto. Marketing OSRAM S.A.

Sevilla, 6 junio 2011 / Escuela Superior de Ingenieros de la Universidad de Sevilla 2

Índice

0.Introducción y evolución histórica.

1.Tecnología LED: Principio de funcionamiento.

2.Tipología y tecnologías básicos de LED.

3. Sistemas de alimentación de los LED.

4.Ventajas de la tecnología LED frente a fuentes de luz convencionales.

5. Aspectos técnicos generales:

Vida-Tª; Flujo –Tª; Eficiencia; Temperatura de color y Ra;


0.Introducción y evolución histórica.• 1962 Aparición del primer LED comercial; sólo emitía luz roja tenue(señalización o LED de funiconamiento dispositivos electrónicos).

• 1972 Se produce en masa el primer LED radial (División deSiemens Semiconductor)

•· Finales de los 80s y principios de los 90s:-1. además de los LED rojos, se desarrollan los LEDs amarillos,verdes, azules y por lo tanto los blancos.-2. se incrementa sustancialmente el rendimiento de los LED

•· En los 90s La tecnología LEDs conquista la industria del automóvily la industria de displays para dispositivos electrónicos (telefonía, etc…)

• 2000-2010 Se incrementa Exponencialmente el rendimiento de losLED blancos y se inicia la conquista de la industria de la iluminación


LED Aplicaciones en general

VisualizaciónIluminación

Sensing

LED-illuminatedHistorical Stone BridgeRegensburg, 2004



LED espectro visible Infrarojos OLED

LedEstandar

1-3W Alta potencia

MULTICHIP

Pointled

Chipled

Smartled

µ-Sideled

Multiled

Mini-

Power devices

Multichip-

packages

IR-SMTDual inline

Interrupter

µ-machinedsensor modules

cw-laser

Pulsed laser

Emitter /Sensors

Power-laser

Pictiva module

PM Display

Glass display

ORBEOS



Sensor de ángulo de giro de volante

Torque&Angle Sensor (TAS),Steer–by-wireSensor de estabilidad

Sensor de lluvia, sensor de luz ambiente,sensor túnel,

Espejos electrochromicos

Inmovilizador

Luz regulableautomático:- tablero- radio- aireacondicionado

Control de distancia,Adaptive Cruise Control

(ACC)

Sistema de visiónnocturna con IR

Sensor ocupacióndel silla

Ámbito de foco:

• Percepción• Iluminación• Visualización

Pre-crash sensorcon IR iluminación

Pantalla de LED para información/entretenimiento

Laser Head-up Display

Protección del peatón



LAMPARAS LED

MÓDULOS- MATRICES LED Y LUMINARIAS LED

APLICACIONES LED



Iluminaciónparaaplicacionesbajo perfil

Iluminaciónpara,señalización ybalizamiento

Iluminación derótulos ycontornos

Iluminacióndecorativa

Luminarias dediseño, vitrinas

Señalización derutas, luzindicadora

Iluminación defondo de anunciosy rótulos

Luz de efectos ynuevos acentosen fachadas einterior

IluminaciónGeneralInterior/Exterior

Iluminacióngeneral yalumbrado público



Placa circuito impreso

Soldaduras

Disipador primario

Chip

Carcasa plastica

Entrada de corriente

Sección transversal de un LED de ALTAPOTENCIA

Substrat(absorbierend

odertransparent)

Capa trnasparente

Capa dopada-p

Capa activa(generación deluz)

Capa dopada-n

+

-

Corte transversal de unLED



InGaN = Indio Galio,Nitruropara VERDE, AZUL,BLANCO

InGaAlP = Indio, Galio, Aluminio, FosfitoFor ROJO, NARAJA,AMARILLO

Colores

Blanco

Substrat(absorbierend

odertransparent)

Capa transparente

Capa dopada-p

Capa activa(generación deluz)

Capa dopada-n

+

-

Corte transversal de unLED



Yellow

Orange

Red

Orange Red (Amber)

Y = Yellow (InGaAlP) 587nm

O = Orange (InGaAlP) 605nm

A = Org. Red (InGaAlP) 617nm

S = Super-Red (InGaAlP) 630nm

H = Hyper-Red (GaAlAs) 645nm

Blue

Green

B = Blue (InGaN) 470nm

V = VerdeGreen 505nm

T = TrueGreen (InGaN) 525nm

P = PureGreen (InGaAlP) 560nm

G = Green (InGaAlP) 570nm

B = Blue (GaN) 466nm

White

W = White (GaN) (x=0.32/y=0.31)

W = White (InGaN) (x=0.32/y=0.31) InGaAlPInGaN/ GaN

Warm White

CW = Warm White (InGaN)(x=0.43/y=0.4)


Generación luz blanca

LED Blanco :

• Diodo AzulLongitud de ondaentre: 455 y465 nm

+• Convertidor

amarillo deposición fija en elespectro(con variasconcentracionesposibles)

1ª Forma 2ª Forma

LED Blanco :

• Diodo Azul+

• Diodo Rojo+

• Diodo Verde



MOVPE Conversion

Chip Design Package

350 400 450 500 550 600 650nm

chip phosphor premold. LF

single chip device emission spectrum

+ +

power package

micro packageSMT-TOPLED®

InGaAlP thinfilmInGaAlP highoptical power

2.Tipología y tecnologías básicas de LED.


Montaje RADIAL

Montaje en superficie (SMT)

Componentes del montaje SMT


Base plástica Base cerámica


- 2 V - 4 V



Mejor angulo para aplicaciones con reflectores color mixing light engines lumianrias extensivas o difusas

Mejor angulo para aplicaciones con lente luminarias intensivas

80-100° 120º-150°

Refracción máxima de luzen

Lentes de haz intensivo

Refracción máxima de luzen

Lentes de haz extensivo



LED sin lente (120º)

• High efficiency lm/W• Long Lifetime• Reflow solderbility

LED con lente primaria asimetrica Alta eficiencia

al no haber perdidas en lente secundaria.

Pre-shapedoval beam

pattern

+

Application Features

Luz dirigidaa la calzada

LED con lente asimetrica(80ºx120º)2.Tipología y tecnologías básicas de LED.


Los LED se alimentan con una fuente de corriente continuaa través de una resistencia en serie cuya finalidad es limitar lacorriente para lograr un adecuado funcionamiento.

Ya que un LED es un diodo, el ánodo se debe conectar alpositivo de la fuente y el cátodo al negativo, para polarizarlo ensentido directo y conseguir que el LED se ilumine. Siconectamos el LED al revés, se polariza en inversa, noencenderá.

Los LEDS poseen un comportamiento no-óhmico, no aumentando la tensión alaumentar la corriente. Este es el motivo por el que se coloca la resistenciaen serie que ajusta el valor de la corriente de funcionamiento.

IF

VF

+VDC

0V

R

R =IF

+VDC VF-

3.Sistemas de alimentación de los LED.

LED Estandar 2 -4 Vcon Intensidad hasta 70 mA,


Dependiendo del tipo del LED:

A) FUENTE DE ALIMENTACIÓN ATENSIÓN CONSTANTE:

Led o módulos led de baja potencia.

Tensión de salida típicas de 10 Vcc; 12 Vcc ; 24 Vcc

B) FUENTE DE ALIMENTACIÓN DEINTENSIDAD CONSTANTE:

Led o módulos led de alta potencia.Intensidad de salida típicas de 350 mA ; 500 mA;

750 mA y 1000 mA(1A)

230 V ACLN

1..10 V

+

_

+

_

L N

Ueff < 25 V



La tensión continua de salida debe estar muy estabilizada para mantener constante tantola potencia como la intensidad de los LEDs, garantizando su vida y correctofuncionamiento (ECE).

Un aumento de potencia puede provocar la destrucción del LED. Una disminuciónno es peligrosa, todos los LED son regulables desde la potencia nominal.



Hay que respetar aspectos claves en el diseño de una instalación LED:

• LIMITACIÓN DE CIRCUITO IMPRESO

• RADIOINTERFERENCIAS

• LIMITACIÓN LONGITUD DE CABLE DEL SECUNDARIO DE LA FUENTE: ya quepuede haber caídas de tensión.



Pequeñas dimensiones

Alta resistenciaa golpes

Larga vidaBajo mantenimiento

Alta eficienciade colores

No emite radiacionUV/ IR

Luz direccionable

Encendidos frecuentes

Flujo máx. abajas temperaturas

Amistoso con el Medio Ambiente

4.Ventajas de la tecnología LED frente a las fuentes de luzconvencionales


LED Vida

Humedad

Alta temperatura

Químicos

InfluenciaMecánica

Corriente Radiacion yLuz

Agentes externos que condicionanla vida de un LED.

5. Aspectos técnicos generales: VIDA


La temperatura de los LEDs depende básicamente de:

1) La temperatura de funcionamiento del propio diodo (T junction), que estanto mayor cuanto mayor sea la intensidad de corriente de funcionamientodel diodo y la calidad de los componentes del módulo.

2) La temperatura ambiente (Ta) que rodea al diodo,ya sea dentro de laluminaria o del hueco de la aplicaciónLED.

3) Disipación de calor necesaria para el correcto funcionamiento.

5. Aspectos técnicos generales: VIDA


6. Aspectos técnicos generales: VIDA –Tª(Se desarrolará con más detalle en el apartado Gestión térmica LED, Sr. Francesc Jordana)

Lifetime vs. Tc

0

20

40

60

80

100

120

15 25 35 45 55 65 75

Tc [°C]

Life

time

[thrs

]

EJEMPLO


5. Aspectos técnicos generales: FLUJO-Tª

EJEMPLO


En el proceso de fabricación de un LED puede habervariaciones de las características del mismo queafecten al color o la temperatura de color.

Un proceso posterior de selección agrupa los LED

según su tono: “BINNING”.

De esta forma, por la clasificación en códigos BIN, sepuede garantizar la uniformidad en el color o tonalidadde los distintos módulos LED.

5. Aspectos técnicos generales: Tolerancia de Color


5. Aspectos técnicos generales: Tolerancia de Color


La eficacia luminosa , indica el flujo que emitela misma por cada unidad de potencia eléctricaconsumida en su obtención.

Hasta 100 lm/W (LED comerciales garantíavida/ eficacia).

Reto futuro: Incrementar eficacia (>>140 lm/w)

5. Aspectos técnicos generales: EFICACIA LUMINOSA


Radiativerecombination

Non-radiativerecombinatior

absorption

totalreflection

contact shadowing

extraction

-> Potencial de mejora y desarrollo



¡Gracias por su atención !

¿qué es tecnicamente un led?catedraendesa.us.es/documentos/jor_led/presentacion_osram.pdf ·...

Documents