Iluminando el camino con LEDs
Una startup con sede en California ha desarrollado una técnica de fabricación que podría reducir sustancialmente el coste de las bombillas LED, un forma de iluminación más energéticamente eficiente.
onvencionalmente, los LEDs se fabrican sobre un sustrato relativamente costoso de carburo de silicio o de zafiro. Bridgelux ha desarrollado un nuevo proceso que saca provecho de las máquinas de fabricación existentes que se utilizan para producir chips de silicio para ordenadores, lo que podría reducir los costes de producción de los LEDs en un 75 por ciento, según la empresa.
A pesar de su más alta eficacia y vida más larga, pocos hogares y empresas hacen uso de la iluminación LED--en gran parte debido al coste inicial. Un chip de LEDs representa entre 30 y el 60 por ciento del coste de una bombilla de LED comercial. Los circuitos electrónicos de control y los componentes de gestión del calor son el resto. De esta forma, una bombilla equivalente a los 60 vatios que actualmente cuesta 40 dólares, con la tecnología de Bridgelux podría bajar hasta entre los 9 y los 18 dólares. La integración del chip de iluminación con la electrónica podría reducir aún más los costes.
Los LEDs fabricados con la nueva técnica producen 135 lúmenes por cada vatio de potencia. La Hoja de Ruta de la Tecnología de Iluminación del Departamento de Energía de los EE.UU. define una eficacia objetivo de 150 lúmenes por vatio en 2012. Algunos fabricantes de LEDs, como Cree, en Durham, Carolina del Norte, ya venden lámparas LED con una eficiencia parecida. En comparación, las bombillas incandescentes emiten alrededor de 15 lúmenes por vatio, y las bombillas fluorescentes, entre 50 y 100 lúmenes por vatio.
Normalmente, los fabricantes producen los LEDs blancos recubriendo unos dispositivos azules de nitruro de galio con una capa de fósforo amarillo. El nitruro de galio se cultiva en obleas de entre dos y cuatro pulgadas de zafiro o de carburo de silicio. Cree construye sus chips sobre obleas de carburo de silicio, "porque creemos que el LED producido es superior", indica la representante de la empresa, Michelle Murray.
Unas obleas más grandes significaría poder fabricar más dispositivos a la vez, lo que haría bajar los costes. Sin embargo, fabricar obleas grandes de zafiro o de carburo de silicio es más difícil y más caro. Varias empresas comoOsram Opto Semiconductors con sede en Alemania se están adaptando a obleas de zafiro de 15 centímetros, probablemente el mayor tamaño posible. A diferencia de éstas, la fabricación de obleas de silicio de 20 centímetros es algo cotidiano en la industria de fabricación de chips semiconductores. De hecho, las nuevas obleas de silicio de Bridgelux fueron producidas en una vieja planta de fabricación de silicio en Silicon Valley.
Cultivar nitruro de galio sobre silicio es difícil, sobre todo porque los materiales se expanden y contraen a tasas muy diferentes, explica Colin Humphreys, investigador de ciencia de los materiales de la Universidad de Cambridge. El proceso se lleva a cabo a temperaturas de alrededor de 1.000°C, y, al enfriarse, el nitruro de galio se agrieta, ya que se encuentra bajo tensión, continua Humphreys. Una manera de resolver el problema consiste en insertar finas películas adicionales en todo el nitruro de galio para comprimir el material y equilibrar la tensión producida durante el enfriamiento. De hecho, Humphreys y sus colegas han utilizado este trucopara fabricar LEDs de nitruro de galio sobre silicio; sus dispositivos producen 70 lúmenes por vatio. Bridgelux podría estar usando una técnica similar. "El resultado de Bridgelux es impresionante", afirma Humphreys. "Ofrece la promesa de una importante reducción de costes sin ninguna reducción de la eficiencia."
Otros fabricantes de LEDs, como Osram, también están tratando de conseguir fabricar LEDs de nitruro de galio sobre silicio. Bridgelux espera ofrecer su primer LED comercial basado en silicio en dos o tres años.
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