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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;
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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
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LED Aplicaciones en general
VisualizaciónIluminación
Sensing
LED-illuminatedHistorical Stone BridgeRegensburg, 2004
0.Introducción y evolución histórica.
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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
0.Introducción y evolución histórica.
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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
0.Introducción y evolución histórica.
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LAMPARAS LED
MÓDULOS- MATRICES LED Y LUMINARIAS LED
APLICACIONES LED
0.Introducción y evolución histórica.
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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
0.Introducción y evolución histórica.
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1.Tecnología LED: Principio de funcionamiento.
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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
1.Tecnología LED: Principio de funcionamiento.
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1.Tecnología LED: Principio de funcionamiento.
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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
1.Tecnología LED: Principio de funcionamiento.
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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)
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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
1.Tecnología LED: Principio de funcionamiento.
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1.Tecnología LED: Principio de funcionamiento.
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1.Tecnología LED: Principio de funcionamiento.
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1.Tecnología LED: Principio de funcionamiento.
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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.
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Montaje RADIAL
Montaje en superficie (SMT)
Componentes del montaje SMT
2.Tipología y tecnologías básicas de LED.
Base plástica Base cerámica
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- 2 V - 4 V
2.Tipología y tecnologías básicas de LED.
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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
2.Tipología y tecnologías básicas de LED.
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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.
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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,
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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
3.Sistemas de alimentación de los LED.
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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.
3.Sistemas de alimentación de los LED.
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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.
3.Sistemas de alimentación de los LED.
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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
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LED Vida
Humedad
Alta temperatura
Químicos
InfluenciaMecánica
Corriente Radiacion yLuz
Agentes externos que condicionanla vida de un LED.
5. Aspectos técnicos generales: VIDA
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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
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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
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5. Aspectos técnicos generales: FLUJO-Tª
EJEMPLO
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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
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5. Aspectos técnicos generales: Tolerancia de Color
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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
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Radiativerecombination
Non-radiativerecombinatior
absorption
totalreflection
contact shadowing
extraction
-> Potencial de mejora y desarrollo
5. Aspectos técnicos generales: EFICACIA LUMINOSA
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5. Aspectos técnicos generales: EFICACIA LUMINOSA