Guía de longitud de onda LED: tabla de colores, fórmula y clasificación.

Al igual que la distancia entre las crestas de las olas, la longitud de onda describe una distancia que se repite. La luz es una onda electromagnética, y un nanómetro equivale a una milmillonésima parte de un metro. Los valores de longitud de onda en las especificaciones de los LED normalmente se refieren a la luz en el aire o en el vacío.

Un LED de color tiene un pico espectral y un ancho de banda finito, en lugar de emitir una única longitud de onda. Su color percibido depende de todo el espectro y de la respuesta del ojo, por lo que una simple etiqueta de longitud de onda no especifica completamente su apariencia.

Las distintas bandas espectrales se adaptan a diferentes tareas: la luz visible produce colores en las pantallas, mientras que la ultravioleta y la infrarroja permiten procesos y sensores especializados. Ni un haz invisible ni un color en particular son automáticamente seguros o eficaces para una aplicación determinada.

La relación clave es la energía del fotón:

• Las longitudes de onda más cortas, como el violeta y el azul, transportan más energía por fotón.
• Las longitudes de onda más largas, como el rojo, transportan menos energía por fotón.

Esto no significa que un LED azul necesariamente consuma más electricidad o produzca mayor potencia óptica total.

Un LED rojo de 625 nm requiere una tolerancia y una declaración que indique si 625 nm es la longitud de onda pico o dominante. La siguiente ilustración muestra las regiones de color aproximadas; sus límites son descriptivos, no especificaciones de compra.

Los nombres de los colores tienen límites aproximados y, en ocasiones, se superponen. Los rangos visibles más amplios que se muestran a continuación describen los colores; los ejemplos más específicos describen los productos LED. No sustituya uno por otro al comparar proveedores.

1. Luz visible: Incluye violeta, azul, verde, amarillo, naranja y rojo. Las pantallas RGB mezclan luz roja, verde y azul para producir muchos colores.
2. Radiación invisible: La luz ultravioleta se encuentra más allá del extremo de longitud de onda corta de la luz visible; la luz infrarroja se encuentra más allá del extremo de longitud de onda larga.

RGB significa rojo, verde y azul: los colores primarios aditivos que utilizan las pantallas LED a todo color. Cada canal aporta su propio espectro. Modificar sus salidas relativas crea colores mezclados, incluido el blanco; no los convierte en un nuevo emisor de una sola longitud de onda.

Los LED rojos son comunes en indicadores, letreros y pantallas. Como ejemplo, la tabla de colores LUXEON Rebel de Lumileds incluye productos rojos con longitudes de onda de 620 a 645 nm y productos rojo intenso con longitudes de onda de 650 a 670 nm. Estas son gamas de productos, no definiciones universales ni pruebas de que el rojo sea siempre la opción más eficiente.

El rojo intenso, alrededor de los 660 nm, también se utiliza en la iluminación hortícola. Contribuye a la fotosíntesis, pero seleccionar solo esa longitud de onda no garantiza la floración ni un mayor rendimiento. Es necesario considerar el espectro completo, la cantidad de fotones que recibe el cultivo y el programa de iluminación.

Los LED azules son compatibles con pantallas RGB y muchos LED blancos con fósforo. Lumileds, por ejemplo, ofrece productos azules con longitudes de onda de 460 a 485 nm y azul real de 440 a 460 nm. En un LED blanco, un fósforo convierte parte de la luz de excitación en longitudes de onda más largas; el espectro resultante puede parecer blanco.

Otros usos: las fuentes violetas o azules pueden activar fotoiniciadores adecuados en sistemas de curado. Una fuente nominal de 415 nm se suele describir como violeta, pero no es una especificación de curado universal. Asegúrese de que la absorción, la irradiancia, el tiempo de exposición y la geometría del material coincidan con el proceso validado del proveedor del equipo.

Los LED verdes suelen funcionar cerca de los 520–540 nm; 455 nm es el azul. La respuesta fotópica estándar utilizada para la visión diurna alcanza su máximo cerca de los 555 nm en la región amarillo-verde. Consulte los datos de eficiencia espectral fotópica de la CIE.

Brillo percibido: la misma potencia radiante en diferentes longitudes de onda no produce la misma luminosidad. La luz más cercana al pico de sensibilidad fotópica recibe mayor ponderación. La comparación con la misma potencia eléctrica es diferente, ya que la eficiencia de conversión de los LED también varía.

Gama de colores de la pantalla: el verde es uno de los tres colores primarios RGB. La cromaticidad de los tres canales, el punto blanco seleccionado y la calibración determinan la gama de colores utilizable; la longitud de onda del verde por sí sola no garantiza imágenes realistas.

Compare el brillo y la potencia a la temperatura de funcionamiento prevista, no por el nombre del color. El gráfico RGB que se muestra a continuación es ilustrativo: las curvas azul, verde y roja alcanzan su máximo aproximadamente a 450, 520 y 630 nm. Su eje vertical está en unidades arbitrarias (ua); la igualdad de alturas máximas no implica la misma potencia (vatios, lúmenes o eficiencia eléctrica).

El amarillo y el naranja pueden ser colores espectrales o mezclas. El púrpura es una mezcla, no una sola longitud de onda espectral, mientras que el blanco requiere una combinación de longitudes de onda. Estas distinciones evitan especificaciones engañosas.

1. LED amarillo: En la ilustración, el amarillo tiene una longitud de onda aproximada de 570–590 nm. Los productos de emisión directa y los que utilizan fósforo pueden tener espectros diferentes. Un chip azul con fósforo amarillo suele producir luz blanca cuando la luz azul permanece en la salida; sin embargo, esta característica por sí sola no define un LED amarillo. Verifique las coordenadas de color medidas.
2. LED naranja: En la ilustración, el color naranja tiene una longitud de onda aproximada de 590–610 nm, mientras que las etiquetas de productos adyacentes, de color ámbar y rojo anaranjado, varían según el fabricante. Los indicadores y la señalización deben especificarse mediante el color medido y los requisitos aplicables, en lugar de solo el nombre del color.
3. LED morado: La luz roja y azul mezclada puede parecer púrpura. No tiene una longitud de onda púrpura única. El violeta es un color espectral cercano al extremo de longitud de onda corta de la luz visible; 365 nm es ultravioleta, no luz visible púrpura. Un producto de apariencia púrpura debe describirse mediante su espectro de componentes o cromaticidad.
4. LED blanco: La conversión de fósforo o la mezcla aditiva de colores crea luz blanca. Especifique la temperatura de color correlacionada (CCT), la cromaticidad o el índice Duv y las medidas de reproducción cromática relevantes para la iluminación. Dos productos con la misma CCT pueden diferir en tonalidad, espectro y apariencia de los objetos iluminados.

Los LED ultravioleta e infrarrojos abarcan más allá de los colores visibles en pantalla. Especifique la banda espectral y la salida óptica requeridas, así como la compatibilidad con el detector, los límites de exposición y las pruebas de aplicación.

• UV: La región ultravioleta abarca aproximadamente entre 100 y 400 nm, pero esto no significa que los productos LED cubran todas las longitudes de onda. Las fuentes UVC se utilizan en sistemas de desinfección; la longitud de onda por sí sola no determina la dosis ni el resultado de la desinfección. Las directrices de la FDA advierten que la exposición a los rayos UVC puede dañar los ojos y la piel..
• IR: Los LED infrarrojos cercanos se utilizan en mandos a distancia, sensores e iluminación de cámaras. Es importante que el espectro del emisor coincida con la sensibilidad del receptor. No se debe considerar inofensiva la emisión invisible simplemente porque no sea visible a simple vista.

Dos hojas de datos pueden indicar valores nanométricos similares, pero describir mediciones diferentes. Confirme la definición de la longitud de onda antes de seleccionar los rangos de longitud de onda o aprobar un componente sustituto.

La longitud de onda pico y la longitud de onda dominante describen diferentes propiedades de un LED de color:

• Longitud de onda pico (λp): la longitud de onda en el máximo de su distribución de potencia espectral.
• Longitud de onda dominante (λd): una descripción colorimétrica derivada de la cromaticidad y un punto blanco de referencia, en lugar de la ubicación del pico espectral.

Luminus explica la distinción y por qué los LED blancos deberían usar CCT y Duv en lugar de la longitud de onda dominante.

Para comparar los colores de la pantalla, solicite información sobre la cromaticidad y la definición del rango cromático del proveedor. Para un detector, filtro o proceso fotoquímico, examine el espectro completo y el ancho de banda. Nunca asuma que los valores de longitud de onda pico y dominante son intercambiables.

La composición del semiconductor influye tanto en la emisión como en el comportamiento eléctrico, pero la tensión directa no es un indicador de longitud de onda. Los emisores rojos suelen tener una tensión directa menor que los azules o verdes; los valores reales dependen del componente, la corriente y la temperatura. Dimensionar el controlador se basa en el rango de tensión directa y los límites de corriente indicados en la hoja de datos, no en una regla basada en el color.

En aplicaciones biológicas, la longitud de onda es solo una parte de las especificaciones completas de exposición. La intensidad, la duración, la distancia y la evidencia del dispositivo o sistema de cultivo en sí son igualmente importantes.

• Tratamientos para la piel con luz azul: Algunos dispositivos tratan el acné inflamatorio, pero los resultados varían y la luz no trata todos los tipos de acné. Guía sobre el acné de la Academia Estadounidense de Dermatología describe estas limitaciones.
• Tratamientos con luz roja: La investigación incluye dispositivos rojos y de infrarrojo cercano para problemas de la piel, pero los resultados de un dispositivo o protocolo no establecen beneficios para todos los LED con una longitud de onda similar. Guía de semáforo en rojo de AAD señala las lagunas de evidencia restantes.

Elija un dispositivo con las indicaciones adecuadas y siga sus instrucciones y el consejo de un profesional. Las especificaciones de la pantalla LED no constituyen una prescripción médica.

Los sistemas hortícolas suelen combinar el azul y el rojo, a veces con blanco de amplio espectro u otras bandas.

• Azul alrededor de 450 nm: Contribuye a la fotosíntesis y al desarrollo de las plantas.
• Rojo alrededor de 660 nm: Contribuye a la fotosíntesis, y las respuestas dependen del conjunto de condiciones de iluminación.

La luz verde también contribuye al crecimiento de las plantas; no se desperdicia simplemente porque las hojas se vean verdes.

Evalúe la densidad de flujo de fotones fotosintéticos (PPFD), la integral de luz diaria (DLI), la uniformidad y el consumo de energía del dosel vegetal. Los experimentos con plántulas de la Universidad Estatal de Michigan ilustran por qué es fundamental evaluar conjuntamente el espectro y la respuesta del cultivo. Valide la fórmula con el cultivo y las condiciones de crecimiento reales antes de proyectar el rendimiento o el retorno de la inversión.

Un LED produce luz mediante electroluminiscencia : la inyección eléctrica permite que los electrones y los huecos se recombinen en la región activa de un semiconductor, liberando parte de su energía en forma de fotones.

La unión básica contiene:

1. Material de tipo N: donde los electrones son los portadores de carga mayoritarios.
2. Material tipo P: donde los huecos son los portadores de carga mayoritarios.

Con polarización directa, los portadores se inyectan hacia la región activa. Las estructuras LED modernas están diseñadas para favorecer la recombinación radiativa. No toda la energía eléctrica suministrada se convierte en luz; los procesos no radiativos y las pérdidas eléctricas también generan calor.

• La estructura de bandas del semiconductor influye en las energías de los fotones que pueden emitirse.
• Los fotones de mayor energía corresponden a longitudes de onda más cortas; los fotones de menor energía corresponden a longitudes de onda más largas.

La relación energía-fotón es E = hc/λ . Usando electronvoltios para la energía y nanómetros para la longitud de onda, se obtiene:

λ (nm) ≈ 1239.84 / E (eV)

Aquí, λ es la longitud de onda, E es la energía del fotón , h es la constante de Planck y c es la velocidad de la luz en el vacío. La conversión sigue las constantes fundamentales del NIST ; 1240 es un numerador redondeado conveniente.

Ejemplo: un fotón de 2.00 eV tiene una longitud de onda de aproximadamente 620 nm. Este cálculo convierte la energía de un fotón en longitud de onda; no predice el rango de producción exacto de un LED.

La banda prohibida de un semiconductor puede proporcionar una guía aproximada de la energía de emisión, pero la estructura del dispositivo y las condiciones de funcionamiento afectan al espectro medido. No introduzca directamente la tensión directa del LED en la fórmula de energía del fotón.

Los fabricantes utilizan diferentes aleaciones de semiconductores y diseños de regiones activas para obtener distintos colores. Al cambiar la composición, cambian las transiciones electrónicas disponibles.

• Nitruro de indio y galio (InGaN): Ampliamente utilizado para emisores azules y verdes.
• Fosfuro de aluminio, galio e indio (AlGaInP): Ampliamente utilizado para emisores rojos, naranjas y ámbar.

Los nombres de los materiales explican el método subyacente, pero la ficha técnica del componente y el espectro medido siguen siendo la base para la selección. Los fósforos pueden modificar aún más el espectro de salida final.

Un diagrama de distribución espectral de potencia (SPD) muestra cómo se distribuye la salida óptica en función de la longitud de onda. Revela el ancho de banda, las múltiples bandas de emisión y las diferencias que quedan ocultas tras una única longitud de onda nominal o etiqueta de color.

• Eje horizontal: longitud de onda, generalmente en nm.
• Eje vertical: Salida espectral, con unidades como W/nm o una escala relativa/normalizada. Lea la etiqueta.
• Pico y anchura: identificar el ancho máximo y, cuando se especifique, el ancho completo a media altura (FWHM).
• Luz blanca: Muchos LED con fósforo convertido muestran un pico azul además de una emisión más amplia de longitud de onda más larga.

• Precisión: Compare los espectros medidos bajo las condiciones de corriente y temperatura indicadas.
• Agrupación: Utilice las tablas de longitud de onda, cromaticidad y rango de salida del proveedor; una imagen SPD por sí sola no define los límites de aceptación.
• Concordancia de color: Los distintos espectros pueden producir coordenadas de color similares, pero comportarse de manera diferente con cámaras, filtros o materiales iluminados. Pruebe la aplicación completa.

1. Definir el objetivo: color de la pantalla, iluminación, sensores, iluminación de plantas o un tratamiento/proceso validado.
2. Especifique la apariencia correctamente: Utilice la cromaticidad y las tolerancias para la igualación de colores; añada criterios de temperatura de color correlacionada (CCT) y de tinte para la luz blanca.
3. Solicite la ficha técnica completa: Confirmar la longitud de onda pico frente a la dominante, SPD, ancho de banda, salida, corriente y temperatura de prueba.
4. Acordar una estrategia de contenedores: Seleccione tolerancias que se ajusten a las necesidades del proyecto y al plan de existencias de repuesto. No es necesario utilizar automáticamente el contenedor más ajustado disponible.
5. Compruebe la estabilidad de funcionamiento: Realizar pruebas a la temperatura y al nivel de funcionamiento previstos, incluyendo la atenuación y la estabilización térmica.
6. Establecer controles de aceptación de proveedores: Aprobar las muestras, registrar las referencias de los componentes/contenedores y verificar la uniformidad y calibración de la pantalla ensamblada.

La longitud de onda del LED es un punto de partida útil para especificar el color y el rendimiento espectral. Una selección fiable también requiere la definición correcta de la medición, las tolerancias, las condiciones de funcionamiento y las pruebas de aplicación. Compare las especificaciones completas en lugar de basarse en las promesas asociadas a un único valor en nanómetros.

En el caso de una pantalla, evalúe tanto la pantalla calibrada como sus componentes LED individuales.

Analice el tamaño de su pantalla, las condiciones de visualización, los objetivos de color y los requisitos de mantenimiento con EagerLEDPregunte qué datos de componentes y ejemplos de pruebas están disponibles para el sistema propuesto.

Pongase en contacto con el equipo de EagerLED equipo sobre su proyecto de pantalla LED y acordar criterios de aceptación medibles antes de la producción.