Nueva LED de luz blanca más barata y eficiente

Aproximadamente el 20 por ciento de la electricidad consumida en todo el mundo se utiliza para alumbrar con luz a los hogares, empresas, así como otras entidades privadas y espacios públicos. Aunque este consumo representa un gran derroche de recursos, también presenta una gran oportunidad de ahorro. Mejorar la eficiencia de las bombillas comercialmente disponibles podría traducirse en un menor uso de energía si se aplican ampliamente.

En el último número del Journal of Applied Physics, publicado por el Instituto Americano de Física (AIP), un grupo de científicos e ingenieros de la Academia China de Ciencias, presentaron un paso importante hacia este objetivo, a través de su novedoso desarrollo sobre un nuevo tipo de diodo emisor de luz (LED) de bajo costo hecho de plástico y otros materiales orgánicos. Diseñado con una simplificación de la estructura “tándem”, puede producir el doble de luz que una LED convencional, emitiendo la clásica luz empleada en la iluminación del hogar y de la oficina.

“Este trabajo es importante porque es la realización de la más alta eficiencia en emisión de color blanco producida por una estructura en tándem”, decía Dongge Ma, director de la investigación en el Instituto Changchun de Química Aplicada de la Academia China de Ciencias.

Aplicado en todo, desde luces de freno de vehículos a monitores, los LED son más ecológicos y mucho más eficientes que otros tipos de bombillas. Por ejemplo, las bombillas incandescentes producen luz mediante el envío de electricidad a través de un delgado filamento de metal que brilla al rojo vivo, sin embargo, sólo un cinco por ciento de la energía se transforma en luz, el resto se pierde en forma calor. Las bombillas fluorescentes compactas, que envían electricidad a través de un gas dentro de un tubo, tienden a hacerlo mucho mejor, normalmente el 20 por ciento de la energía se transforma en luz, pero contienen pequeñas cantidades de vapor de mercurio, una toxina ambiental peligrosa.

Los LEDs por otro lado, están hechos de láminas delgadas de un material flanqueado por electrodos. Cuando una corriente eléctrica se envía a través de las obleas, este libera electrones desde los átomos en estos, dejando detrás vacantes o “huecos”. Cuando algunos de los electrones pasan recombinan los huecos, que crean un paquete de luz, o fotones. Estos fotones surgen desde el lado de la oblea como la luz visible. Esta vuelve de entre un 20 a un 50 por ciento, o incluso más, de la entrada de energía en luz. En el LED además, se concentran una gran cantidad de luz en un espacio muy pequeño.

La producción de LEDs que puedan competir con las bombillas tradicionales en costo y eficiencia es otro aspecto. Uno de los principales obstáculos para el uso generalizado de las luces LED es la luz misma. Los LEDs pueden ser fabricados para producir luz de un solo color (como el rojo) con aplicaciones tales como semáforos y luces de freno automático. La iluminación interior, sin embargo, requiere de luz blanca “natural”. Esta calidad se mide por el índice de rendimiento de color (CRI), que asigna un valor basado en la capacidad de la fuente de la luz para reproducir el verdadero color del objeto que se enciende. Para leer la luz, el valor de un CRI tiene que ser de 70 o más. El LED de luz blanca se puede producir mediante la combinación de una mezcla de luz azul, verde y roja, o mediante el envío de luz de colores a través de un filtro o una delgada capa de fósforos. Sin embargo, estas soluciones incrementan sustancialmente los costes. Para llegar a un mercado más amplio, los investigadores están trabajando para hacer un LED de bajo costo que pueda producir la luz blanca por su propia cuenta.

El equipo de ingenieros que participó este proyecto, realizaron un prototipo a partir de LEDs orgánicos, mediante materiales basados en carbono, como el plástico, en lugar de a partir de materiales semiconductores más caros como el galio, que también requieren procesos de fabricación más complicados. Como resultado, han demostrado por primera vez, una LED de luz blanca orgánica que opera en una sola capa activa, en lugar de varias. Por añadido, al poner dos de estos LEDs en una sola capa en una unidad de tándem, incluso se consiguió una mayor eficiencia, alcanzando una calificación de casi CRI 70. Ello otorga al progreso en este campo la promesa para una mayor reducción en los precios de los LEDs orgánicos.

Más información: Instituto Americano de Física