LED: Características E Aplicações Na Arquitetura E No Design

1. INTRODUÇÃO

Neste trabalho, vamos examinar os princípios básicos existentes por trás dos LEDS - Light Emitting Diode, apresentando alguns princípios de eletricidade e luz no processo, porém nosso foco principal será o seu uso no espaço, na arquitetura e no design. Interligando sua funcionalidade com aspectos de eficiência energética, características de IRC e temperatura de cor, vantagens e desvantagens, e os progressos e possibilidades dessa maravilhosa tecnologia.

2. LED - CONTEXTO

Diodos emissores de luz, conhecidos como LEDs, são verdadeiros heróis não reconhecidos no mundo da eletrônica. Eles fazem vários trabalhos e são encontrados em todos os tipos de aparelhos. Eles formam os números em relógios digitais, transmitem informações de controles remotos, iluminam relógios e informam quando suas ferramentas estão ligadas. Agrupados, eles podem formar imagens em uma tela de televisão gigante ou lâmpada incandescente normal. Basicamente, os LEDs são lâmpadas pequenas que se ajustam facilmente em um circuito elétrico. Mas diferentes de lâmpadas incandescentes comuns eles não têm filamentos que se queimam e não ficam muito quentes. Além disso eles são iluminados somente pelo movimento de elétrons em um material semicondutor, e duram tanto quanto um transistor padrão.

3. DIODO, O ELEMENTO BASE

Um diodo é o tipo mais simples de semicondutor. De modo geral, um semicondutor é um material com capacidade variável de conduzir corrente elétrica. A maioria dos semicondutores é feita de um condutor pobre que teve impurezas (átomos de outro material) adicionadas a ele. O processo de adição de impurezas é chamado de dopagem.

No caso dos LEDs, o material condutor é normalmente arseneto de alumínio e gálio (AlGaAs). No arseneto de alumínio e gálio puro, todos os átomos se ligam perfeitamente a seus vizinhos, sem deixar elétrons (partículas com carga negativa) livres para conduzir corrente elétrica. No material dopado, átomos adicionais alteram o equilíbrio, adicionando elétrons livres ou criando buracos onde os elétrons podem ir. Qualquer destas adições pode tornar o material um melhor condutor.

Um semicondutor com elétrons extras é chamado material tipo-N, já que tem partículas extras carregadas negativamente. No material tipo-N, elétrons livres se movem da área carregada negativamente para uma área carregada positivamente.

Um semicondutor com buracos extras é chamado material tipo-P, já que ele efetivamente tem partículas extras carregadas positivamente. Os elétrons podem pular de buraco em buraco, movendo-se de uma área carregada negativamente para uma área carregada positivamente. Como resultado, os próprios buracos parecem se mover de uma área carregada positivamente para uma área carregada negativamente.

Um diodo é composto por uma seção de material tipo-N ligado a uma seção de material tipo-P, com eletrodos em cada extremidade. Essa combinação conduz eletricidade apenas em um sentido. Quando nenhuma voltagem é aplicada ao diodo, os elétrons do material tipo-N preenchem os buracos do material tipo-P ao longo da junção entre as camadas, formando uma zona vazia. Em uma zona vazia, o material semicondutor volta ao seu estado isolante original - todos os buracos estão preenchidos, de modo que não haja elétrons livres ou espaços vazios para elétrons, e assim a carga não pode fluir.

Para se livrar da zona vazia, precisamos que elétrons se movam da área tipo-N para a área tipo-P e que buracos se movam no sentido inverso. Para fazer isto, você conecta o lado tipo-N do diodo ao terminal negativo do circuito e o lado tipo-P ao terminal positivo. Os elétrons livres no material tipo-N são repelidos pelo eletrodo negativo e atraídos para o eletrodo positivo. Os buracos no material tipo-P se movem no sentido contrário. Quando a diferença de potencial entre os eletrodos é alta o suficiente, os elétrons na zona vazia são retirados de seus buracos e começam a se mover livremente de novo. A zona vazia desaparece e a carga se move através do diodo.

Se tentarmos mover a corrente no sentido oposto, com o lado tipo-P conectado ao terminal negativo do circuito e o lado tipo-N conectado ao pólo positivo, a corrente não fluirá. Os elétrons negativos no material tipo-N são atraídos para o eletrodo positivo. Os buracos positivos no material tipo-P são atraídos para o eletrodo negativo. Nenhuma corrente flui através da junção porque os buracos e os elétrons estão cada um se movendo no sentido errado. A zona vazia então aumenta. A interação entre elétrons e buracos nesta configuração tem um interessante efeito colateral - ela gera luz.

4. APLICAÇÕES NA ARQUITETURA

Os primeiros leds comerciais foram lançados no final da década de 1960, na cor vermelha, para uso em sinalização de baixa potência, caso dos painéis eletrônicos. Em edificações, foram muito empregados em terminais de centrais de combate a incêndio. Como elemento de iluminação, principalmente nos campos arquitetônico e decorativo, vêm sendo adotados há cerca de dez anos, mas ainda com baixa oferta de potência luminosa (lumens). Há aproximadamente cinco anos, a disponibilidade de potências aumentou bastante, melhorando essas aplicações. Durante os jogos Pan-Americanos de 2007, por exemplo, 245 quiosques instalados na praia de Copacabana, no Rio de Janeiro, foram iluminados por leds. Mas a aplicação em fachadas exige suportes e proteção contra intempéries, salinidade (se a edificação estiver próximo ao mar), descargas atmosféricas e outros agentes agressores.

Normalmente, os leds são montados em painéis mecânicos, parafusados à estrutura do edifício, podendo-se usar barras, chapas e estruturas metálicas. Não há grande peso envolvido, mas muitas dessas estruturas precisam ter alta rigidez, devido à ação dos ventos e outros fenômenos. A durabilidade do led está associada ao projeto, exigindo adequação eletrônica e térmica. Se esses aspectos não forem observados, ocorrerá baixa vida útil, forte declínio de fluxo luminoso em pouco tempo de uso e mudanças de cores. Além disso, os leds permitem personalizar projetos e designs.

As principais indústrias vêm investindo pesado para produzir leds cada vez mais econômicos e duráveis, visando substituir parcialmente as lâmpadas incandescentes e as fluorescentes compactas. Prevê-se para breve a primeira