LED (DIODO EMISOR DE LUZ)

Los LED son actualmente la fuente de luz más eficiente, muy pequeña, inastillable y no destructiva (cuando se utiliza correctamente) y ahora se utilizan prácticamente en todas partes en muchas potencias y tamaños diferentes.

Convencional frente a HI-CRI

El índice CRI se refiere a la calidad de la luz, es decir, a la fidelidad con que muestra los colores de los objetos iluminados. Oscila entre 0 y 100. Los LED convencionales tienen un CRI de. 70, los LED HI-CRI suelen tener un índice de al menos 90. Al mismo tiempo, tienen una potencia luminosa ligeramente inferior. Son adecuados para el trabajo, actividades específicas, para las personas con problemas de visión, pero por supuesto no sólo para ellos.

Lista de LED que utilizamos actualmente

• LED CREE XP-L2 - los LEDs más eficientes en tamaño 3x3mm, alcanzando hasta 220lm/W. Utilizamos un modelo con una temperatura de color de 4500K o 4000K (blanco neutro) y casquillos T6, W2 y W3. Esta serie de LED es más eficiente que las populares y utilizadas Cree XP-G3 o Cree XM-L2 y XM-L3.
• Samsung LH351D: utilizamos una variante con una temperatura de color de 5000K y un índice CRI de 93. Tienen sólo un 12% menos de potencia luminosa que las XP-L2, T6, pero producen un resplandor absolutamente blanco como la nieve, sin matices y con un color preciso. En la misma óptica TIR producen un centro más estrecho y definido que las Cree XP-L2, por lo que suelen combinarse con ópticas más anchas.

Muchas variaciones diferentes

Los elementos LED son producidos por varios grandes fabricantes, además de Cree, también Osram, Nichia, Lumileds (Phillips), LG, Samsung y Seoul Semiconductor. Hay grandes chips de circuito impreso y pequeños chips, blancos y de colores, débiles y los más potentes en tamaños de 1x1mm a 25x25mm. Desde luego no significa que un LED más grande sea mejor o que brille más. Cada uno tiene una aplicación diferente.

Los chips LED cuadrados de tamaños 3-5mm son adecuados para fuentes de alimentación pequeñas. Los reflectores o las ópticas TIR siguen siendo suficientemente pequeños para estos LED. Los chips LED más grandes necesitan elementos ópticos más grandes. Para los LED más grandes ya es un gran problema dirigir la luz hacia un haz suficientemente estrecho que no cree artefactos (círculos, transiciones bruscas).

Vida útil de los LED

CREE, cuyos LED de la serie XP-L2 utilizamos en nuestros faros, especifica una vida útil de 50.000 horas de funcionamiento, tras las cuales el flujo luminoso original desciende al 70%. Este tiempo está calculado y estimado según una metodología basada en una muestra de 6000h y se refiere a una corriente de paso de 3A, para corrientes inferiores la vida útil es aún mayor. Es decir, si alguien con un faro alumbrara durante una hora todos los días, esta reducción de la luminosidad se produciría al cabo de aproximadamente 99 años. Así que ni usted ni nosotros tenemos que preocuparnos por esto. Los LED, si están bien refrigerados, durarán para siempre.

Es posible que haya tenido una mala experiencia anterior con tiras de LED en su cocina, en la que dejaron de funcionar gradualmente una a una antes de que todas dejaran de brillar. Eso es algo completamente distinto a los LED de los faros. Las tiras suelen tener chips de mala calidad, la corriente de paso está ajustada a un valor demasiado alto, la propia tira tiene grandes transitorios térmicos y está mal refrigerada. Los LED se degradan gradualmente con el calor y se apagan al cabo de uno. Con los faros no hay que preocuparse por eso.

Eficacia de los LED

La eficacia de un LED, es decir, cuánto brilla, depende principalmente de la corriente que se le suministre. Cuantos más lúmenes necesite, peor será su eficiencia (su capacidad para convertir la energía que pasa en luz).

Por ejemplo, si se hace pasar una corriente de 100 mA a través de un LED Cree XM-L2, bin T6, éste produce una salida de lúmenes con una eficiencia de energía a luz de 180 lm/W. Pero a 1A sólo 145 lm/W. Pero a 1 A, sólo 145 lm/W y a la corriente máxima de 3 A, sólo 102 lm/W. La gama más alta de LED es la serie XP-L2, que utilizamos en todas nuestras luminarias. Éstos alcanzan eficiencias récord de hasta 200 lm/W a baja corriente.

Desde este punto de vista, resulta muy ventajoso contar con más chips LED en la luz que no funcionen al límite. Exactamente para que su eficiencia sea máxima.

El segundo factor, menos importante, es la temperatura del LED. Cuanto menor sea la temperatura del LED (= mejor se disipa el calor), más eficiente será su funcionamiento.

Esta es una pantalla impresa de un LED XP-L2 del sitio web pct.cree.com, donde se puede ver fácilmente el voltaje, los lúmenes y la eficiencia (lm/w) de este LED a diferentes corrientes y temperatura del chip.

Conos de luz y opciones de enfoque de la luz

El LED produce un cono de luz de 125°. Esto es muy grande, por lo que la luz debe dirigirse a través de una óptica o un reflector. Con ambos, se puede conseguir una anchura de cono razonable y, al mismo tiempo, mejorar enormemente el alcance en la distancia. Una iluminación más amplia ayuda a orientarse en el espacio, y un gran alcance es útil para circular con seguridad a velocidades más altas. Los reflectores convencionales suelen tener una capa reflectante de aluminio con una eficacia de alrededor del 70%. El cristal de cubierta, dependiendo del material y del número y composición de las capas antirreflectantes, también transmite sólo entre el 92% y el 96%. Una opción mejor es utilizar ópticas TIR, que tienen una eficacia de hasta el 93% y no necesitan ningún cristal de recubrimiento adicional delante. Las ópticas TIR están hechas de PMMA, que es bastante duro. El cono de estas ópticas es mucho más suave desde el centro hacia los bordes y no tiene transiciones bruscas. Muchas luces actuales -incluso de marca- utilizan reflectores, y aunque el cono de luz resultante llega lejos, no tiene la iluminación periférica necesaria.

Elegimos la óptica TIR, que proporciona un cono con transiciones suaves y sin artefactos. La eficacia y el tamaño son superiores a los de los reflectores, en los que hay pérdidas adicionales en el recubrimiento. En los faros combinamos varios dispersores diferentes para conseguir una iluminación perfecta tanto de los bordes como de largo alcance. Al mismo tiempo, no utilizamos cubreobjetos adicionales y, aun así, los faros son impermeables. Esto es posible gracias a nuestro know-how, que ni siquiera llamamos con locos nombres ingleses. Nuestra solución es ideal para uso deportivo y recreativo y el cono de luz resultante es genial.

El color de la luz

El color (temperatura) de la luz es otra cosa importante. Los fabricantes producen varios de los llamados tintes, es decir, las tonalidades de color de los diodos. Los diodos más eficientes son siempre de color azul o verde (6500K o más) y por eso también muchas linternas baratas brillan de color azulado. Los diodos con un tono de color neutro salen al mercado con la misma eficiencia mucho más tarde. Sin embargo, la temperatura de color de la luz afecta drásticamente a la capacidad de discernir formas y colores reales. Esto permite distinguir rocas, ramas y otros obstáculos cuando se circula en bicicleta o se corre por el campo.

Actualmente utilizamos LED XP-L2 de la empresa estadounidense Cree con una temperatura de color de 4500K en nuestras linternas frontales. Consideramos que son completamente neutros en cuanto al color, con una gran calidad de visualización, y los comentarios de nuestros clientes así lo confirman. También hemos utilizado LED de 4000K y 5000K en el pasado, y consideramos que los actuales son los mejores.

Reproducción cromática - CRI (Índice de reproducción cromática)

Un problema habitual de los LED es un índice de reproducción cromática (IRC) bajo. El CRI toma valores de 0 a 100 y define la fidelidad con la que la luz reproduce los colores. Una bombilla tiene un CRI de 100. Los LED tienen un CRI entre 65 y 95, y los que superan 90 se denominan HiCRI. Para fotografía o filmación, se utilizan exclusivamente luces con un CRI superior a 90. La siguiente figura muestra las diferencias entre los distintos valores de CRI.

Figura 4: Imagen tomada de https://ledspots.org/color-rendering-index/

La visualización inferior de algunos colores se debe a que el LED no genera luz en todas las longitudes de onda con la misma intensidad. El ojo humano puede percibir longitudes de onda de 390 nm a 700 nm, por lo que es poco probable que los extremos de este espectro afecten a la reproducción cromática. Sin embargo, el problema es la disminución de la emisión en torno a 480 nm (azul) y la irregularidad de todo el espectro.

Figura 5: Imagen extraída de la ficha técnica de Cree XM-L2.

Los diodos convencionales de un chip (XP-L2, XM-L2, XP-G2, etc.) tienen este índice de 70-75 a una temperatura de color de 5000K. Los tonos más fríos pueden tener hasta 65 y esto es bajo y causa lavado de color (desaturación). Los fabricantes son capaces de producir LEDs con alto índice de reproducción cromática (Cree produce con CRI 90), pero por desgracia no tan potente. Por ejemplo. XM-L2 con una temperatura de color de 3000K y HiCRI (CRI=90) brilla con 1/3 menos de intensidad que la variante de 5000K.

En nuestro faro Lucifer utilizamos los diodos XP-L2 más potentes de Cree. Ahora utilizamos una temperatura de color de 4500K, que consideramos un bonito color blanco neutro con un índice CRI de 70. Antes ofrecíamos diodos con un CRI90, pero ya no. Eso se debe a que los actuales son simplemente geniales y brillan muy bien. No descartamos volver a ofrecer una opción con CRI90 en el futuro y vigilaremos los nuevos diodos que aparezcan.

Sin embargo, el índice CRI Ra adolece de imperfecciones, se calcula basándose únicamente en un desplazamiento de 8 colores pastel. Así que no tiene en cuenta, por ejemplo, el color rojo intenso R9, que es importante en la filmación, la fotografía, el arte o la medicina. Por eso se han ido desarrollando gradualmente otros índices de calidad del color, como el CRI2012 o el CQS. El CRI2012 se calcula a partir de 17 colores saturados. El CQS (Color Quality Score) calcula su índice Qa a partir de 15 colores.

Aquí puede ver una medición espectroscópica típica de un LED Cree XP-L2, 4000K, CRI90, bin U5.

Los LED se dividen en varios niveles de rendimiento, en función de la cantidad de luz que producen con una corriente determinada. En la actualidad, utilizamos la gama más alta disponible, la V6. Por supuesto, se pueden conseguir las gamas V5 y V4, mucho más baratas y con un 93% y un 85% de potencia luminosa respectivamente, pero no queremos hacerlo. Siempre intentamos vender faros con la última tecnología, aunque cueste algo.