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Bombillas con filamentos de LEDS

Zafiro, LED e iluminación retrofit

Desde tiempos inmemorables, el ser humano ha sentido una profunda fascinación por las piedras preciosas. Las miles que hay nos ofrecen un sinfín de propiedades que van de la mano con su naturaleza extraordinaria y con el buen hacer del artesano, cuyas manos son depositarias de la técnica que convierte una gris piedra en un perfecto sistema refractivo que convierte la luz en un espectáculo ante nuestros ojos. El todopoderoso Diamante, conocido por su belleza y dureza; el milenario Jade, presente en culturas milenarias y codiciado por Oriente; el intenso Rubí, valorado en joyería y omnipresente en la mecánica relojera, y que tiene un primo/hermano, el Zafiro, que solo es superado en dureza por el diamante, ofreciéndonos una interminable lista de aplicaciones tecnológicas.

Ingan SapphireEl Zafiro no es ni más ni menos que óxido de Aluminio, pero cuyas moléculas están ordenadas en una estructura cristalina trigonal. Es habitual de las minas de Bauxita, mineral del que se extrae el Aluminio. Hace ya más de un siglo, el ser humano logró producirlo de forma artificial abriendo la puerta a muchas aplicaciones industriales, muchas de ellas en el desarrollo y optimización de semiconductores como el que nos ocupa en este blog: el LED.

Una de las vías en las que se está desarrollando la iluminación de estado sólido, es el denominado ‘micro-LED‘ montado en cristales de Zafiro. Tiene algunas variantes, como los filamentos, que están compuestos por un ingente número de LEDs dispuestos en serie e integrados en una diminuta placa de Zafiro, que le da ese típico aspecto de filamento que ya tenían las lámparas corrientes de tungsteno. Hay distintas vías de desarrollo, como los sistemas multicapa que actualmente están en el mercado, en el que el substrato que contiene los LED y el Zafiro está recubierto con los fósforos que modifican los componentes longitudinales del LED para convertir su luz azul en luz blanca. El proceso industrial para lograr este tipo de LED es una técnica de revelado de sustratos, en su base similar a la que se utiliza para hacer una fotografía, con elementos químicos sensibles a cierto tipo de luz que se desnaturalizan y posteriormente se remueven con algún tipo de disolvente. Cabe mencionar que es una técnica cuyo proceso industrial es bastante económico, generando un producto final bastante asequible.

En esta fotografía hecha en nuestro laboratorio podéis ver el citado filamento:

Otros investigadores se mueven hacia materiales más complejos aún, y han patentado materiales en los que los fósforos están integrados químicamente en los traslúcidos cristales. Como se puede apreciar en el vídeo, un cristal transforma por completo una radiación monocromática azul en una radiación con mayor longitud de onda.

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Como ejemplo, podéis ver esta sencilla lámpara ornamental que tenemos en nuestra exposición, que posee 10 espectaculares lámparas filamento LED E27 de 3,5W y con una eficiencia real de 125 Lm/W. Impecables.

Lámpara de techo con bombillas filamento
Lámpara de techo con bombillas filamento

Si alzamos un poco la mirada, podemos ver que por el horizonte se acercan rápidamente aplicaciones de alta potencia basadas en filamento de Zafiro, que en un futuro muy cercano puede que sustituyan a las lámparas LED tipo “corn”, que son las actuales aplicaciones retrofit que sustituyen a las obsoletas y contaminantes lámparas de presión que se utilizan en iluminación pública. Actualmente hay prototipos que están por pulir, sobre todo en lo relacionado con la potencia, aspecto en el que la iluminación pública es bastante exigente. Sin embargo, los prototipos actuales ya sobrepasan (sin despeinarse) los 150 Lm/W, eficiencia muy prometedora para una tecnología que prácticamente acaba de estrenarse a nivel comercial.

Bombilla tubular de filamento de LEDPodemos pensar que el obstáculo de la potencia se solucionaría simplemente con poner más filamentos, lo cual es cierto, pero nos encontraríamos de lleno con otro problema: la disipación térmica. En esa vía, hay quienes proponen desarrollar micro-LEDs más eficientes aún para que la necesidad de disipación desaparezca, y hay otros que tímidamente exponen prototipos en las ferias tecnológicas consistentes en filamentos rodeados por líquidos inertes y transparentes, que aíslen eléctricamente, pero que conduzcan el calor. Por ahora, son muy costosos, y la mayoría no se pueden comercializar en Europa, ya que sus composiciones químicas no pasan los ensayos para el certificado RoHS.

Seguiremos apostando por las soluciones retrofit para iluminación pública, porque tal y como nos esperábamos, el mercado nos está dando la razón: actualmente muy pocas administraciones se pueden permitir el renovar su parque lumínico con luminarias LED que oscilan entre los 700€ y 1.000€, que seguramente no se amortizarán antes de llegar al final de su vida útil, inclinándose por adaptar sus luminarias para que trabajen con lámparas LED retrofit.

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Sobre Michel Silva

Responsable del Dpto. Técnico e I+D en LED Y SPA S.L. Dirección del área de proyectos y ensayos luminotécnicos, desarrollo electrónico y laboratorio fotométrico.

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