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Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Un cambio tranquilo

Así lo definen diversos expertos internacionales porque piensan que se realizará pausadamente y no finalizará hasta dentro de unos 15 o 20 años, afectando a casi todos los aspectos de nuestra vida cotidiana.

Se trata de la aplicación de los dispositivos de estado sólido, los nuevos LED, en la iluminación. El que ya era un largo reinado de las lámparas incandescentes en el campo de la iluminación se vio alterado hace unos 35 años por la revolución que significó la aparición de las lámparas de descarga en vapor de sodio a alta presión, complementadas posteriormente por otros tipos de lámparas de descarga con características muy diversas así como por el desarrollo de todo tipo de lámparas fluorescentes. Han tenido que transcurrir tres décadas y media para que otra nueva tecnología permita contemplar un futuro luminoso muy diferente al hasta ahora conocido.

LED. El mundo se iluminará de forma diferente dentro de algunos años. No es ninguna extravagante fantasía imaginarnos ventanas que se iluminen de noche o paredes que al entrar en una habitación emitan luz ya que la iluminación de estado sólido pronto será una tecnología emergente que va a cambiar radicalmente la forma de iluminar nuestros hogares, las oficinas o las instalaciones industriales, merced a la aplicación de unas extrañas pero interesantes películas delgadas hechas de materiales orgánicos e inorgánicos.

Su precedente son los LED. Los LEDs fueron desarrollados en 1962 por la compañía General Electric. En 1968 empezaron a ser incorporados en diversos productos. Sin embargo, hasta 1985 sólo eran utilizados en aplicaciones muy limitadas. A partir de esta fecha, su potencia se vio aumentada y se abrieron nuevas vías de utilización. Se trata de dispositivos son duraderos, compactos y capaces de operar a bajas temperatura.

El término LED es la abreviatura (en inglés) de la expresión diodo electroluminiscente, un dispositivo conocido desde hace bastantes años, con una luminiscencia caracterizada por un flujo luminoso emitido muy escaso que le hace especialmente indicado para su utilización en señalamientos o balizamientos. Se basan en los cristales semiconductores que pueden conducir la electricidad y emitir luz. Un LED tradicional emite usualmente entre 3 y 5 lúmenes y se fabrica usando una pequeña pastilla o chip montado en una pieza de resina epoxídica de tipo óptico. Los LED coloreados forman ya parte de nuestra existencia, como constituyentes de los sistemas luminosos del control de tráfico, letreros indicadores, paneles con indicaciones cambiantes, etcétera.

El descubrimiento de la posible fabricación de LED de nitruro de galio posibilitó la obtención de luz blanca procedente de un semiconductor. Por otra parte, mientras que un LED normal es relativamente sencillo, los de alta luminosidad o potencia son muy complejos y requieren para su fabricación una serie de procesos como situar un sustrato semiconductor en una cámara de vacio a unos 1000ºC e introducir después ciertos gases que al fluir sobre el sustrato reaccionan para producir las capas del dispositivo. Estos gases deben romperse y dejar solamente el elemento deseado, por ejemplo el galio, sin ningún contaminante. Uno de estos LED puede tener hasta 40 capas e incluir un apilamiento de cinco a diez pozos en los que los electrones y los agujeros se combinan para producir luz. De este modo, mientras que un LED convencional emite de 3 a 5 lúmenes, el de alta intensidad puede decuplicar esa cantidad. Eso significa que con una superficie de un milímetro cuadrado de emisión sea usual que pueda tener una potencia de un vatio, funcionar a 350 miliamperios y generar 25 lúmenes o más.

VENTAJAS. La iluminación es responsable, en la actualidad, del 20 por ciento del consumo eléctrico. En una nación industrializada, el uso de la tecnología de estado sólido para esta tarea reduciría el consumo energético en un 10 por ciento ya que su eficiencia duplica la de los sistemas fluorecentes y es 10 veces mayor que la de las bombillas incandescentes. Así, en las señales de tráfico, consumen sólo una décima parte de lo que gastan las bombillas tradicionales, lo que permite que se paguen por sí mismos en el plazo aproximado de un año.

Otra ventaja es su larga vida útil, cercana a las cien mil horas, lo que hace a los LED prácticamente eternos en un uso normal. Como aprovechan mejor la energía y emiten menos calor permiten ahorrar sustancialmente en acondicionameiento de aire en edificios. En Estados Unidos, la Asociación de Desarrollo de la Industria Optoelectrónica calcula que el uso de LED en el año 2020 significará un ahorro de unos 100 mil millones de dólares anuales y una reducción de la emisiones de dióxido de carbono favorecedor del efecto invernadero, en una cuantía de una 28 millones de toneladas.

El principal problema es que las fuentes de luz basadas en LEDs son caras (en dos órdenes de magnitud respecto a las bombillas comerciales), por lo que no dgeneralizarán hasta que su coste se reduzca o aumente su eficiencia. Pero el camino está emprendido.

DESARROLLOS. Entre los desarrollos más interesantes recientes está la tecnología de los OLED (Organic Light Emitting Diodes), o diodos orgánicos emisores de luz. En su forma más simple, un OLED consiste en una capa de material orgánico luminiscente situado entre dos electrodos. Su obtención en forma de película permite que se aplique sobre las paredes, ventanas, o cualquier superficie como si fuera papel pintura. Esta tecnología, dotada de automatismos adecuados, posibilitará un notable ahorro de energía, un menor coste y una mayor comodidad. Siempre dispondremos de la luz justa para las necesidades que tengamos, sea cual sea el lugar cerrado en el que nos movamos.

Existen muchos grupos investigadores punteros en este campo. Citaremos al más destacado ubicado en los Laboratorios SANDIA, de Nuevo Mexico, en los que se desarrolló, en su día, la tecnología nuclear de las bombas atómicas, donde ahora trabajan decenas de investigadores en las técnicas de mejora de los LED (htpp://lighting.sandia.gov). Por ejemplo, han desarrollado el primer dispositivo de estado sólido, emisor de luz blanca, que utiliza puntos cuánticos que son nanopartículas con un tamaño aproximado de una milmillonésima de metro. Los puntos cuánticos semiconductores se encapsulan y adaptan sus superficies de manera que emitan luz visible de forma eficiente cuando son excitados por diodos LED emisores de luz en el ultravioleta cercano. Los puntos cuánticos absorben dicha luz de forma intensa y la reemiten en el rango visible, con un color determinado por su tamaño y química superficial.

Ello les confiere una gran versatilidad. Por ejemplo, variando sus dimensiones se obtienen cambios dramáticos en el color. Por otro lado, su tamaño tan diminuto provoca que más del 70 por ciento de sus átomos se hallen en posiciones de superficie, de manera que los cambios químicos en estos puntos permiten afinar sus propiedades, y con ello la emisión de múltiples colores. Lo mismo sucede con su encapsulación en epoxy o silicona, que facilita sus posibles múltiples aplicaciones posteriores.

Muchas de ellas se ofrecerán ya como realidades en la próxima 4ª Conferencia Mundial Sobre Iluminación en Estado Sólido que se celebrará del 2 al 6 de agosto próximos en Búfalo, Estados Unidos.