filamento LED

Una bombilla LED de filamento es una lámpara LED diseñada para imitar una bombilla incandescente tradicional con filamentos visibles, tanto por motivos estéticos como de distribución de la luz, pero con la alta eficiencia de los diodos emisores de luz (LED). Su nombre proviene de sus cadenas de numerosos diodos conectados en serie y muy juntos, que se asemejan mucho más a los filamentos de las bombillas incandescentes que las bombillas anteriores con muchos LED. Se fabrican como sustitutos directos de las bombillas incandescentes convencionales, ya que tienen la misma forma, utilizan las mismas bases que se adaptan a los mismos casquillos y funcionan con el mismo voltaje de alimentación. Se pueden usar por su apariencia, similar a la de una bombilla incandescente transparente cuando están encendidas, o por su amplio ángulo de distribución de la luz, normalmente de 300°. Además, son más eficientes que muchas otras lámparas LED. ^{[ 1 ]}

Estructura de un filamento típico

Primer plano de un filamento al 5% de potencia, donde se aprecian los puntos de luz LED individuales.

En 2008, Ushio Lighting produjo una bombilla LED de filamento , ^{[ 2 ]} con la intención de imitar la apariencia de una bombilla estándar . ^{[ 1 ]} Las bombillas contemporáneas solían utilizar un único LED grande o una matriz de LEDs unidos a un disipador de calor grande . Como consecuencia, estas bombillas generalmente producían un haz de luz de solo 180 grados de ancho. ^{[ 1 ]} Hacia 2015, varios fabricantes habían introducido bombillas LED de filamento. Estos diseños utilizaban varios emisores de luz LED de filamento, similares en apariencia cuando estaban encendidos al filamento de una bombilla incandescente estándar transparente, ^{[ 1 ]} y muy similares en detalle a los múltiples filamentos de las primeras bombillas incandescentes Edison . ^{[ 1 ]}

Las bombillas LED de filamento fueron patentadas por Ushio y Sanyo en 2008. ^{[ 2 ]} Panasonic describió una disposición plana con módulos similares a filamentos en 2013. ^{[ 3 ]} Otras dos solicitudes de patente independientes fueron presentadas en 2014, pero nunca fueron concedidas. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Las primeras patentes presentadas incluían un disipador de calor debajo de los LED. En ese momento, la eficacia luminosa de los LED era inferior a 100 lm/W . A finales de la década de 2010, esta había aumentado a cerca de 160 lm/W. ^{[ 6 ]}

El filamento LED consta de múltiples LED conectados en serie sobre un sustrato transparente, denominado chip sobre vidrio (COG). Estos sustratos transparentes están hechos de vidrio o zafiro . Esta transparencia permite que la luz emitida se disperse de manera uniforme y sin interferencias. Un recubrimiento uniforme de fósforo amarillo en un aglutinante de resina de silicona convierte la luz azul generada por los LED en luz que se aproxima a la luz blanca con la temperatura de color deseada , típicamente 2700  K para igualar el blanco cálido de una bombilla incandescente. ^{[ 1 ]} La degradación del aglutinante de silicona y la fuga de luz azul son problemas de diseño en las luces de filamento LED.

Una ventaja del diseño de filamento es la mayor eficiencia potencial debido al uso de más emisores LED con corrientes de conducción más bajas. Una ventaja importante del diseño es la facilidad con la que se puede obtener una iluminación casi completa "global" (360°) a partir de matrices de filamentos, ^{[ 1 ]} pero aparecen dos zonas que emiten menos luz en diagonal al sustrato. ^{[ 7 ]}

La vida útil de los emisores LED se reduce por las altas temperaturas de funcionamiento. Las bombillas LED de filamento tienen muchos chips LED más pequeños y de menor potencia que otros tipos, lo que evita la necesidad de un disipador de calor, pero aún así deben prestar atención a la gestión térmica ; se necesitan múltiples vías de disipación de calor para un funcionamiento fiable. La lámpara puede contener una mezcla de gas de alta conductividad térmica ( helio ) para conducir mejor el calor del filamento LED a la bombilla de vidrio. ^{[ 1 ]} Los filamentos LED se pueden disponer para optimizar la disipación de calor. La esperanza de vida de los chips LED se correlaciona con la temperatura de la unión (Tj); la salida de luz cae más rápido con el tiempo a temperaturas de unión más altas. Lograr una esperanza de vida de 30 000 horas manteniendo el 90 % del flujo luminoso requiere que la temperatura de la unión se mantenga por debajo de 85  °C. ^{[ 1 ]} Los filamentos LED pueden quemarse rápidamente si el llenado de gas controlado se pierde alguna vez por cualquier motivo.

La fuente de alimentación en una bombilla transparente debe ser muy pequeña para caber en la base de la lámpara. ^{[ 8 ]} La gran cantidad de LED (típicamente 28 por filamento) simplifica la fuente de alimentación en comparación con otras lámparas LED, ya que el voltaje por LED azul está entre 2,48 y 3,7  voltios CC. Algunos tipos pueden usar adicionalmente LED rojos (1,63  V= a 2,03  V=). Dos filamentos con una mezcla de rojo y azul están cerca de 110  V=, y cuatro están cerca de 220–240  V=, en comparación con la reducción del voltaje de CA de la red a entre 3  V= y 12  V= necesaria para otras lámparas LED. Generalmente se usan cuatro filamentos, y la apariencia es similar a una lámpara de filamento de carbono sobreexpuesta. Por lo general, se usa una mezcla de fósforos para dar un índice de reproducción cromática más alto (a diferencia de la temperatura de color) que los primeros LED azules con fósforo amarillo. ^{[ 9 ]} Ocho filamentos a ~10 V y doce filamentos a ~15 utilizan condensadores para reducir la cantidad y aumentar la longevidad a 25 000 horas [oscuro]; estos modelos, fabricados por Philips , solo están disponibles en los Emiratos Árabes Unidos. ^{[ 10 ]}

El regulador lineal simple utilizado por algunas bombillas más baratas provocará un parpadeo al doble de la frecuencia de la corriente alterna de la red eléctrica, lo que puede ser difícil de detectar, ^{[ 8 ]} pero posiblemente contribuya a la fatiga visual y los dolores de cabeza.

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  Una bombilla LED de filamento con una carcasa de vidrio color ámbar y muchos filamentos para mejores efectos visuales.
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  Filamentos dispuestos en forma de cruz para reducir las sombras y proporcionar una iluminación más uniforme.
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  La misma bombilla de 4 filamentos vista desde arriba.

• Contenido multimedia relacionado con las lámparas LED de filamento en Wikimedia Commons.