Até há algum tempo os LEDs comuns eram fontes de luz de baixa intensidade, monocromáticas, utilizadas apenas em painéis, indicadores e outros dispositivos que não visavam especificamente iluminação.
No entanto, os avanços das tecnologias de fabricação de LEDs nos últimos anos, levaram a obtenção de componentes com altíssimo rendimento, capazes de fornecer luz com intensidade suficiente para aplicações e que envolvam iluminação.
Do LED vermelho primitivo, desenvolvido a partir dos tipos iniciais infravermelhos, os LEDs podem ser reunidos em chips capazes de produzir luz num largo espectro de freqüências, se comportando como fontes de iluminação convencionais e mais do que isso.
Pelo seu rendimento eles podem fornecer luz com muito maior rendimento, o que significa menor consumo de energia.
Mas, os maiores avanços ocorreram recentemente, com novas técnicas de dopagem que levaram os LEDs a apresentarem rendimentos até 20 vezes maiores do que até então.
Além disso, esses novos LEDs podiam produzir luz semelhante a do dia, ou qualquer cor do espectro.
LEDs Brancos na Iluminação
As diferenças básicas entre os LEDs comuns e as lâmpadas incandescentes são mais patentes quando se necessita de luz monocromática.
Os LEDs produzem diretamente essa luz com 100% de rendimento.
No caso de uma luz incandescente, ela preenche um amplo espectro e para se obter a cor desejada é preciso usar um filtro.
Com esse filtro, normalmente 90% da luz produzida é perdida sendo bloqueada pelo filtro e apenas 10% passa, conforme mostra a figura 1.
Além disso, a maior parte da energia numa lâmpada incandescente é convertida em calor e não em luz.
Sabemos também que além da baixa eficiência, a lâmpada é frágil, pois o vidro pode quebrar-se facilmente, o filamento é sensível a choques e vibrações e tem sua vida limitada por diversos fatores.
Os LEDs, por outro lado não mais robustos, mais eficientes e têm uma vida útil muito mais longa. Além disso, os LEDs são muito menores.
No início, os LEDs substituíam apenas as lâmpadas pequenas. No entanto, com as novas tecnologias disponíveis, os LEDs podem ser encontrados numa ampla gama de tamanhos e potências, para aplicações em iluminação.
Os LEDs comuns são dispositivos monocromáticos com uma faixa de emissão muito estreita, conforme mostra a figura 2.
A cor do LED é dada pela freqüência de emissão que depende dos níveis de energia dos materiais usados, ou seja, da dopagem e do tipo de material.
Assim, os LEDs comuns podem ser obtidos em comprimentos de onda que vão desde o infravermelho entre 830 ou 940 nanômetros, até os de menor comprimento de ondas na faixa dos 700 aos 400 nm que correspondem as cores do espectro do vermelho ao azul.
Colocando LEDs de cores diferentes, por exemplo, RGB, podemos combinar a intensidade de emissão de cada um e assim obter qualquer cor do espectro, conforme mostra a figura 3.
Para chegar aos LEDs com todas as cores possíveis de emissão, a tecnologia de fabricação desses componentes passou por um lento processo de evolução.
Comparando os LEDs com as Lâmpadas Incandescentes
A primeira vantagem a ser ressaltada para os LEDs em relação às lâmpadas incandescentes é o consumo.
Os LEDs precisam de 80% a 90% menos energia que as lâmpadas incandescentes convencionais de filamento.
Além disso, a estrutura de estado sólido é muito mais robusta, tornando-os muito menos sensíveis a choques, vibrações ou outros esforços mecânicos, o que não ocorre com as lâmpadas comuns.
Também temos a vida muito mais longa, que pode chegar a 100 000 horas.
Numa lâmpada incandescente comum a luz é produzida pelo aquecimento de um filamento de tungstênio no interior de um bulbo de vidro.
A radiação branca consiste num espectro muito largo de radiação eletromagnética, uma estrutura bastante frágil, conforme já vimos, o que não ocorre com os LEDs.
Outra característica importante é o tamanho, já que os LEDs, não precisam de um volumoso bulbo de vidro e como o rendimento é muito maior, podem ser muito menores para uma mesma potência luminosa.
Relação Custo Benefício
Para se calcular as vantagens que um sistema de iluminação usando LEDs tem em relação às lâmpadas convencionais é preciso levar em conta diversos fatores.
Podemos dar como exemplo, o cálculo sugerido pela Lumiled, que evidentemente serve de exemplo para um caso comum, já que cada caso é um caso.
Inicialmente estabeleça o custo por hora do sistema que existe. Some a ele o custo de sua manutenção, também por hora.
O valor obtido está muito próximo da economia que se pode obter com um sistema usando LEDs num intervalo de aproximadamente 10 anos.
Uma fórmula pode ser usada para se fazer o cálculo, conforme se segue:
(M + L + O) x T x 35 = custo das lâmpadas convencionais por 10 anos
Onde:
M – custo do sistema por hora
L = custo de manutenção por hora
O = custo do trabalho do operador por hora
T = tempo médio para troca de uma lâmpada do sistema (tomado como 25 horas para lâmpadas incandescentes)
Efeitos da Temperatura Ambiente
Para se conseguir o máximo de longevidade de uma iluminação por LED é preciso considerar alguns fatores que influem nisso, dentre eles a temperatura.
Normalmente, ocorre uma alteração da intensidade e corrente da ordem de 0,3 mA para cada grau de aumento da corrente a partir de 25º C.
Assim, a corrente de um LED deve ser reduzida em 10 mA se ele operar em 55º C em relação à corrente nominal especificada para 25º C de temperatura.
Na prática isso pode ser compensado.
Assim, se sabemos que a temperatura de operação vai ser 30º C maior do que a especificada como nominal, projetamos o circuito para que o LED receba 10 mA a mais de corrente. A figura 4 ilustra o que ocorre.
Onde os LEDs Brancos Podem Ser Usados
Se bem que as finalidades de uma lâmpada incandescente e de LEDs usado em iluminação sejam as mesmas existem ainda algumas diferenças a ser consideradas nas aplicações práticas.
Existem casos em que os LEDs brancos não podem ser usados? Onde eles podem ser usados?
Para que possamos ter uma ideia de como os LEDs podem ser usados em iluminação é interessante ver como luz branca pode ser obtida desses componentes.
Existem para isso duas tecnologias possíveis.
A primeira consiste em se utilizar chips de LEDs nas cores básicas (RGB) num único invólucro ou cluster ainda fazer cobrir chips de LEDs azuis de Nitreto de Gálio com índio (InGaN) com fósforo.
Essa técnica é mais apropriada quando se necessita de cor única da luz emitida, como por exemplo, em painéis de elevadores.
Os LEDs desse tipo podem ser recobertos com fósforo de diversos tipos, que vão resultar no tipo de luz produzido.
Pode-se obter uma luz fria, luz branca pálida ou luz branca incandescente.
Nessa técnica a radiação de maior comprimento de onda da radiação azul é absorvida pelo fósforo e reemitida num espectro de frequências mais baixo que cobre a faixa visível, resultando em luz branca, conforme mostra a figura 5.
A técnica de se combinar LEDs RGB é muito mais interessante em certas aplicações, pois combinando a maneira como os LEDs são excitados, além do branco podemos criar centenas de cores diferentes.
Um ponto interessante a ser observado é que existe a falsa ideia de que um LED branco de InGaN pode ser usado para iluminar lentes ou materiais de qualquer cor. Isso é errado.
O que ocorre é que, por exemplo, a luz vermelha não é representativa num LED branco, de modo que o LED branco só pode ser usado por trás de superfícies ou lentes brancas.
Colocando um LED vermelho por trás de um painel ou lente vermelha a luz produzida será de cor rosa, enquanto que uma lente amarela transforma a luz em cor de limão e uma lente verde transforma a luz em esverdeado pálido.
Para manter cores brilhantes é preciso que a cor do LED se case exatamente com a cor da lente ou painel.
