La óptica en el LED

La óptica se centra en el diseño y construcción de espejos, lentes y diversos elementos que ayudan a controlar la luz. A partir de esto, podemos entender que una fuente lumínica podría, o debería, echar mano de ésta para ser más eficiente. Un ejemplo claro del funcionamiento de la óptica son los faros que gracias a las propiedades físicas de los lentes de cristal, el haz de luz se “amplía” para intensificar su alcance y guiar a los barcos hacia el puerto.

Las ópticas ayudan a “poner la luz donde queremos”, aumentar la intensidad lumínica, protegernos de deslumbramientos, y en el caso del LED, cuidan al chip del contacto con el ambiente, entre otras ventajas.

Existen dos tipos básicos de óptica para LEDs: la primaria, que es la capa que protege a cada chip; y la secundaria, encargada de “moldear” la luz según el tipo de lente instalado; dichas lentes pueden ser divergentes, para ampliar el haz lumínico, o convergentes, para concentrar el haz luminoso en un punto concreto. Hay quienes consideran como un tercer tipo de óptica a los elementos externos, como la fibra óptica, por ayudar a dispersar y dirigir la luz.

En el caso del alumbrado público, por ejemplo, se utilizan ópticas asimétricas que dirigen el haz a zonas concretas para evitar pérdidas lumínicas, mientras que en proyectos de interiores es normal encontrar ópticas de diagramas simétricos. Debido a que la luz del LED se emite en una sola dirección, el control óptico se vuelve más fácil. Aun así, para el desarrollo de las ópticas se requiere de un amplio proceso de investigación mediante simuladores virtuales que provean la información necesaria para la manipulación del haz.

¿Cómo elegir la lente adecuada?

La mayoría de los elementos ópticos para iluminación están fabricados en policarbonato de grado óptico o acrílico para maximizar la transmisión lumínica. Existen opciones más baratas fabricadas en poliestireno pero suelen tener un rendimiento óptico menor, con un deterioro acelerado.

Además de los materiales de fabricación existen algunos parámetros a considerar:

FWHM (Full Widht at Half Maximum) es un valor que describe el rendimiento óptico, y se trata de la diferencia entre los dos puntos a cada lado de la máxima intensidad del pico y puede ser utilizada para caracterizar  su propagación.

Valor del 10%. Indica el ángulo en que la intensidad de la luz disminuye un 10% respecto al valor máximo. Es un parámetro útil al especificar los componentes ópticos de haz estrecho: cuanto más cerca esté el valor del 10% del FWHM habrá más luz concentrada y menos desperdicio.

cd/lm (candelas por lúmen) es factor para comparar el componente óptico con más luz en el ángulo o área necesaria para una aplicación, es decir el más eficiente. Sin embargo, el valor cd/lm debe ser visto en combinación con todos los factores de la óptica y analizarse con mucho cuidado pues es muy fácil encontrar ejemplos en los que se cuenta con un pico alto al centro, pero la forma de la curva es de baja calidad o con una baja eficiencia para todo el sistema.

Existen técnicas muy desarrolladas para la evaluación del rendimiento de la lente. Los archivos IES o EULUMDAT ofrecen una representación digital de la curva de distribución, con la representación de todos los datos de la óptica: FWHM, valor del 10% y cd/lm, y están disponibles para la mayoría de las ópticas LED. Los componentes ópticos para el LED juegan un papel importante para el éxito de una lámpara, y hay bastantes parámetros a considerar para cada aplicación y nuevo proyecto, que deben ser comparados entre las diferentes soluciones ópticas con mucho cuidado.