Significación de la calidad en LEDs Para ayudar a la penetración de la tecnología LED

Significación de la calidad en LEDs Para ayudar a la penetración de la tecnología LED Leonardo Assaf lassaf@herrera.unt.edu.ar

Departamento de Luminotecnia, Luz y Visión, Ing. Herberto C. Bühler Universidad Nacional de Tucumán Instituto de Luminotecnia y Visión Aplicada ILAV CONICET Av. Independencia 1800 San Miguel de Tucumán www.herrera.unt.edu.ar/dllyv

ɳ > 100 lm/w

Electric Lamps INCANDESCENT DISCHARGE LED Incandescents radiators Luminiscents radiators Electroluminisc. radiators GENERAL USE HALOGENS HIGH PRESSURE LOW PRESSURE INTEGRATED STRIP LOW PRESSURE SODIUM MERCURY (fluorescents) MERCURY HALIDE HIGH PRESSURE SODIUM TUBULAR COMPACT (CFL) MODULAR CFL ScrewBase CFL ELECTRODLES Fuorescent Lamp (induction lamp)

Tecnología de lámparas

Qué es calidad en LED s? Cómo se especifica? Cómo se evalúa? Protección al consumidor

Convencionales LED s

Manufactura de lámparas incandescentes: dominio físico-mecánico (mm)

Descargas: Dominio físico-químico (micrones)

LED s: Dominio atómico (nm)

Convencionales LED s Tecnología: techo de desarrollo Tecnología en maduración

20 nano metros

Cristal de cuarzo (Si) Amatista (SiO 2 Fe +3 ) Cristal de agua (H 2 O) Cristal de sal (NaCl)

La complejidad tecnológica en la fabricación de LED resulta en que los productos de la industria tengan muchas variaciones en su calidad (dispersión) Alta dispersión: Productos de una misma línea de fabricación pueden diferir mucho entre sí en términos de calidad La Calidad en LED s es difícil de especificar y evaluar

Dispersión de calidad entre espécimen de una línea de manufactura de LED y Lámparas convencionales Baja calidad Alta calidad

Procedimiento de Bining La gran dispersión de calidad y especificaciones de los LED s producidos en una misma línea de fabricación lleva a que los fabricantes deban controlar uno por uno los productos. Productos de un mismo desempeño son agrupados en un procedimiento denominado «bining» (del ingles bin, canasta) Eso introduce un gran costo adicional en el producto final enviado al mercado.

6.8.5.1 LED package An assembly of one or more LED dies that includes wire bond or other type of electrical connections, possibly with an optical element and thermal, mechanical, and electrical interfaces. 6.8.5.2 LED array or module An assembly of LED packages (components), or dies on a printed circuit board or substrate, possibly with optical elements and additional thermal, mechanical, and electrical interfaces that are intended to connect to the load side of a LED driver.

Paquete o pastilla Arreglo o Módulo

Motor de luz: conjunto integrado de paquetes o módulos con disipadores, óptica y driver, que puede conectarse directamente a la luminaria mediante un conector cualquiera no normalizado (IESNA, publicación LM-82-12) Lámpara: conjunto integrado de paquetes o módulos con disipadores, óptica y driver, que puede conectarse directamente a un zócalo o porta-lámpara de luminaria ya que posee casquillo normalizado (IESNA, publicación LM-82-12) Luminaria: conjunto integrado de paquetes o módulos con disipadores, óptica y driver, que puede conectarse directamente a un zócalo

PRODUCTOS LED s Lámparas Luminarias

Factores que inciden en el desempeño FACTORES GENÉTICOS CONDICIONES DE FUNCIONAMIENTO

Condiciones de funcionamiento que inciden en el desempeño

Qué es calidad en LED s? Cómo se especifica, cómo se evalúa? Protección al consumidor

Criterio de selección y evaluación de lámparas Vida, duración y mortandad Rendimiento luminoso Depreciación luminosa Reproducción de colores (Distribución espectral) Gama de potencias

Especifica calidad Criterio de selección de lámparas: Duración Estabilidad en flujo luminoso (Depreciación de lumen) Estabilidad en COLOR (Depreciación de color)

Efectos de la temperatura la temperatura de la juntura Tj tiene directa influencia sobre los parámetros más importante de los LEDs: Vida, Eficiencia y Depreciación Tj depende de la corriente de funcionamiento, de la temperatura ambiente y de la calidad del disipador

Vida de LEDs 100.000 horas? Qué significa? Alumbrado público: 25 años! Vivienda: 100 años! El criterio VIDA en LEDs se ha transformado en Depreciación Luminosa

Efectos de la temperatura la temperatura de la juntura Tj tiene directa influencia sobre los parámetros más importante de los LEDs: Vida, Eficiencia y Depreciación Tj depende de la corriente de funcionamiento, de la temperatura ambiente y de la calidad del disipador

Calidad en LED s Depreciación de flujo luminoso Depreciación de color Falla catastróficas (duración) Falla de driver Falla de Motor de luz

La depreciación como criterio de duración

Vida de LEDs Vida por mantenimiento nominal de flujo: el tiempo (horas) entre el encendido inicial y una depreciación del 30% (L70) o del 50% (L50) del flujo luminoso inicial. L70 (horas): Tiempo hasta que el flujo cae al 70% L50 (horas): Tiempo hasta que el flujo cae al 50%

Ensayos de Laboratorio

Días de ensayo de lámparas 1.000 horas 40 días 6.000 horas 240 días 10.000 horas 400 días 100.000 horas 4.000 días Ensayos de tiempo reducido

L70 (horas) tiempo de funcionamiento para que el LED pierda el 30% de su flujo luminoso inicial. L50 (horas) tiempo de funcionamiento para que el LED pierda el 50% de su flujo luminoso inicial

Efectos de la temperatura la temperatura de la juntura Tj tiene directa influencia sobre los parámetros más importante de los LEDs: Vida, Eficiencia y Depreciación Tj depende de la corriente de funcionamiento, de la temperatura ambiente y de la calidad del disipador

El cambio de color como criterio de duración

Tecnología de lámparas

Falla catastrófica

Mecanismos de ruptura de LED Criterios de duración Los LED son sensibles a transitorios de red. Sobrevoltajes/sobrecorrientes pueden producir depreciación acelerada o fallas tempranas. Los ensayos de lámparas a LED deberían incluir pruebas de condiciones anormales.

La curva de la bañera describe el mtbf (tiempo medio entre falla de los componentes)

Combinación del criterio de depreciación (L70) con mtbf

Los LED s tienen una alta tasa de fallas en las primeras horas de funcionamiento mortalidad infantil, por lo tanto los productos de buena calidad son sometidos a pruebas iniciales para descartar a los que fallen

Especificación de la calidad, ensayos y protección al consumidor Normas Normas internacionales Normas nacionales Ensayos Según norma Certificaciones Certificación propia Certificación de 3as. partes Rotulado (etiquetado)

Control, Verificación y Fiscalización (CVF) El control es un proceso de medición que puede ser utilizado por cualquier parte para verificar la eficiencia de los productos. Incluye la medición de las declaraciones de desempeño contra un estándar, de una manera consistente, usando equipamiento preciso, con personal calificado en condiciones controladas. Es también un proceso a través del cual se mide el éxito de los programas de energía La verificación es el proceso de medición mediante el cual se confirman las declaraciones de conformidad presentadas por los proveedores de lámparas, en general por terceras partes independientes. Esta acción puede ser encargada por el proveedor (para confirmar lo que declara), pero puede ser realizada por otras partes, tales como competidores u organismos reguladores, para impugnar las declaraciones La fiscalización es la acción tomada por los administradores del programa u otras partes responsables contra los proveedores de productos no conformes, como resultado de la búsqueda de fallas a través del control y verificación. La fiscalización requiere de procesos de control y verificación transparentes

auto-certificación: práctica de presentar información sobre el producto en una declaración formal en lugar de verse obligado a solicitarlo a un tercero. certificación de tercera parte: la verificación por un tercero independiente y competente de la conformidad del fabricante o proveedor. ensayo de benchmarking: chequeo completo de los productos disponibles en el mercado en forma regular y sistemática.

Los avances tecnológicos hacen que las lámparas eficientes sean cada vez más competitivas respecto a las lámparas ineficientes. Por ejemplo, el precio de las lámparas fluorescentes compactas (CFLs) de buena calidad se redujo un 90 % durante la última década. En muchos mercados alrededor del mundo, el precio de venta de una CFL está entre 1,50 y 2,50 USD.

NORMAS DE CALIDAD CIE IEC IESNA

Normas IEC IEC/TS 62504 Iluminación general - LED y módulos LED - Términos y definiciones IEC 62031-am1 Amendment 1 - LED modules for general lighting - Safety specifications IEC 62707-1 LED-binning - Part 1: General requirements and white colour grid IEC/PAS 62717 LED modules for general lighting - Performance requirements

IES LM-79-08 Electrical and Photometric Measurements of Solid-State Lighting Products Describe los procedimientos aprobados para la medición de: total luminous flux (fixture lumens) luminous efficacy (lm/watt) luminous intensity & distribution (candelas) chromaticity, color temperature, color rendering

IES LM-80-08 Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources Describe el procedimiento para determinar la depreciación luminosa de LEDs. Se define la vida de un LED como el tiempo (en horas) transcurridos desde el primer encendido hasta que el flujo cae al 70% (o 50%) del flujo inicial. El fabricante de LED debería proveer las diferentes duraciones de LED s individuales a diferentes corrientes y temperaturas de operación.

IES TM-21-11 Projecting Long Term Lumen Maintenance of LED Light Sources Especifica un precedimiento para proyectar la depreciación luminosa de LEDs a largo plazo, 50.000 horas o más. Los ensayos se hacen de acuerdo a IES LM-80 en un período de 6.000 horas o mas.

IES LM-79-08 Electrical and Photometric Measurements of Solid-State Lighting Products ES LM-80-08 Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources IES LM-82-12 Characterizations of LED Light Engines and LED Lamps for Electrical and Photometric Properties as a Function of Temperature IES TM-21-11 Projecting Long Term Lumen Maintenance of LED Light Sources ENERGY STAR Program Requirements Product Specification Eligibility Criteria

Normas en países en desarrollo

CONCLUSIONES La manufactura de LEDs en el actual estadio presenta gran dispersión de calidad Productos de un mismo fabricante son separado en lotes de diferente calidad La calidad de LEDs es difícil de especificar y medir Sólo hay especificaciones de fabricante (no hay evaluación de 3as. Partes) Productos de deficiente calidad pueden retrasar la difusión de esta tecnología Argentina está rezagada respecto a Normas y a ensayos. No hay laboratorio capacitado para ensayos IES TM21-11