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Com o desenvolvimento da iluminação LED e as altas demandas dos consumidores, os fabricantes de chips LED estão continuamente melhorando e inovando. O desenvolvimento dos LEDs Chip Scale Packaged (Flip Chip ou CSP) é uma inovação, com diversas vantagens: sem substrato, cabeamento sem solda, tamanho pequeno e alta densidade óptica.

CSP, ou Chip Scale Package, é definido como um pacote de LED com um tamanho equivalente a um chip de LED, ou não superior a 20%. O produto CSP possui características de componentes integrados que não requerem conexões de fio soldado, reduzindo a resistência térmica, reduzindo o caminho de transferência de calor e reduzindo potenciais fontes de erro.

Normalmente, um diodo emissor de luz (LED) tem dois componentes principais, o chip de LED que emite a luz e o pacote de LED que o focaliza, permite a montagem em produtos de iluminação e transfere o calor para o dissipador de calor.

Alguns exemplos comuns de LEDs embalados com potência de 0,2 Watt ou menos (LED de média potência), a 10 Watt ou menos (LED de alta potência) ou 2 a 50 Watt para LEDs Chip on Board (COB).

Grandes fabricantes de LED projetam e constroem chips de LED e LEDs empacotados. Pequenos fabricantes geralmente compram chips de LED e os montam em LEDs empacotados. Isso explica a enorme, às vezes confusa, variação na especificação, desempenho e qualidade dos LEDs embalados. Os atributos do LED embalado são definidos pelo design e produção do chip e da embalagem.

Este retrato tem começado agora ainda mais complicado com a penetração de mercado crescente de Chip Scale Packaged LEDs, conhecido como CSP ou flip-chip LEDs.

Tirar o máximo partido de um produto baseado na tecnologia LED pode ser complicado devido a um fator importante: como a temperatura de funcionamento pode resultar numa diferença substancial entre o desempenho anunciado e o desempenho real de um produto baseado em LED.
Fatores importantes neste efeito são a qualidade do LED, o design do produto e a gestão do calor: quanto do calor gerado durante a operação é canalizado.

Se o calor for bem gerido, um produto de iluminação baseado em LED terá o desempenho anunciado, uma longa vida útil e será energeticamente eficiente.

Noções básicas de gestão de calor LED

Os LEDs usam eletricidade e este processo gera calor. Este calor precisa ser canalizado para longe do LED no ambiente o mais eficiente possível. Projetar o próprio LED e a luminária para este fim é chamado de gerenciamento de calor. O calor que precisa de ser canalizado é directamente proporcional ao fluxo luminoso e ao consumo de energia do LED.

Para a tecnologia LED, o calor é o maior inimigo. Desde o chip LED até produtos relacionados, como lâmpadas LED, módulos e luminárias, alta temperatura de operação pode resultar em falha mecânica ou queda significativa de desempenho.

A forma como o LED se comporta quando sujeito a temperaturas de funcionamento mais elevadas está directamente relacionada com a qualidade do LED. LED de alta qualidade (como Nichia ou Cree) irá funcionar dentro dos parâmetros e altas temperaturas, enquanto LEDs de baixa qualidade irão quebrar, alterar a sua cor, brilho solto ou uma combinação.

No entanto, a maioria das pessoas não está ciente deste facto. Geralmente dão ao calor e ao calor uma conotação positiva. O equívoco de que o calor é bom vem também do fato de que o sol e as lâmpadas incandescentes clássicas ou halógenas têm um feixe quente. O calor vem da quantidade significativa de radiação infravermelha em seu espectro, que pode ser alta o suficiente para usar lâmpadas incandescentes para manter a comida quente em restaurantes de fast food.

O espectro de LED (linha Azul), Fluorescente (linha Verde) comparado com o Sol (linha Laranja) e lâmpadas Incandescentes/Halogenas (linha Roxa)

A eficácia do LED Luminous mede a eficácia com que uma fonte de luz produz luz visível. Para os LEDs, é a relação entre o fluxo luminoso e a energia elétrica.

A maior eficácia luminosa atualmente é de 220 lumens/watt dos LEDs Nichia 757G com muitos outros fabricantes oferecendo LEDs na faixa de 120-180 lumens por watt. Os LEDs de baixo custo têm uma eficácia tão baixa quanto 50 lúmens por watt.

As outras fontes de luz no mercado hoje têm a seguinte eficácia luminosa:

Como escrevemos em artigo diferente, o CRI é uma quantificação numérica de quão boa (ou ruim) é uma fonte artificial na reprodução de cores, comparada com o iluminante padrão de referência modelado à luz do dia.

Foi introduzido pela Comissão Internacional de Iluminação (CIE) em 1974, devido à grande variação na capacidade de reproduzir cores com a luz branca emitida pelos diversos tipos de lâmpadas a gás então existentes no mercado. Hoje, com mais de 40 anos de utilização, o índice CRI está firmemente enraizado na indústria da iluminação e entre os profissionais.

No entanto, ele não conseguiu ganhar muita tração entre o público em geral devido ao fato de que, logo após a sua introdução, não se tornou realmente relevante ao tomar uma decisão de compra de iluminação.

A razão foi que a maioria das lâmpadas foi construída para aplicações específicas que exigiam um valor mínimo de CRI, para que não se pudesse errar na escolha da lâmpada.

Por exemplo, para escritório ou qualquer outra iluminação linear, quase todos utilizaram as lâmpadas fluorescentes lineares tri-fospor, disponíveis no mercado desde os anos 70, todas com CRI acima dos 80. Para a casa, a escolha foi entre incandescente e halogéneo, tanto com CRI100, para varejo e outros pontos de iluminação de alta intensidade lá onde as lâmpadas de halogeneto de metal com CRI min 85. A luz de rua foi reservada para lâmpadas de sódio de alta intensidade e muito eficientes que, embora tivessem CRI pobre, muito poucos se preocupavam com isso.

De 2000 em diante, a tecnologia LED mudou isso. É a primeira fonte de iluminação que pode ser usada para cada aplicação e tem a gama completa de desempenho e nível de qualidade, incluindo a capacidade de reproduzir cores com precisão. Isso vem do fato de que os LEDs são construídos diretamente em luminárias, lâmpadas e tiras, como na imagem de exemplo abaixo:

A composição de alguns tipos de luminárias para aplicações comuns, como downlighting, spot-lighting, office-lighting e street-lighting. Todos podem usar LEDs.

Com o aumento da complexidade, o CRI com suas oito cores não se tornou suficientemente abrangente para um teste de qualidade ideal de tantas combinações de tecnologias, comprimentos de onda e temperaturas de cor no mercado atual. Por exemplo, ambas as fontes de luz abaixo têm o mesmo CRI geral de 82, mas pontuações muito diferentes por cor.

O número de CRI é obtido por um método padrão de cálculo experimental e matemático sobre o espectro da fonte de luz analisada, iluminando um conjunto de oito cores de referência.

O resultado da iluminação destas oito cores é então comparado com o do iluminante padrão ou da luz do dia e o valor CRI da fonte de luz analisada é a média das 8 pontuações individuais. Um exemplo de cálculo a partir de um software CRI dedicado abaixo:

O LED e o OLED são as duas tecnologias mais recentes a emitir luz branca. Eles são construídos com muitas arquiteturas de fontes de luz e combinações de materiais e podem ter a maior variação nos valores de CRI, de menos de 60 a 98+. É por isso que é importante compreender o que é o IRC.

Atualmente, os maiores valores de CRI para LEDs vêm das novas tecnologias, como Nichia Optisolis e Seoul Semiconductor SunLike, ambas com espectro quase diário e pontuação máxima para todas as cores de teste de CRI. Seu espectro e como ele se compara à luz solar e outras fontes de luz podem ser vistos abaixo.

A luz natural é luz branca que não é estática, mas uma fonte dinâmica com mudança de tom e brilho, à medida que o dia passa e as estações mudam. O tom da luz branca é chamado de temperatura de cor e é expresso em graus Kelvin (K).

A temperatura da cor da luz do dia muda durante o dia, desde 2000K ao nascer e ao pôr-do-sol até 5500-6500K ao meio-dia. Na sombra dentro pode mesmo ir para 8000-10000K.

Fontes de luz artificial estão disponíveis com todas as temperaturas de cor relevantes da luz solar. Alguns deles, tais como lâmpadas incandescentes, podem ser produzidos com apenas uma temperatura de cor: 2700K. Os LEDs são fontes de luz que podem ser produzidas com todas as temperaturas de cor de 2000K a 10000K, enquanto a maioria é encontrada na gama 2700-6500K.

Nossa escolha de temperatura de cor para as luzes de LED que compramos depende de onde queremos usá-las, que atmosfera queremos criar comportamento para capacitar.

O LED é a única fonte de luz que perde uma quantidade significativa do seu brilho inicial ao longo do tempo, antes de falhar completamente. Esta particularidade pode levar a uma confusão sobre o que significa a vida útil do LED.

Para todos os fabricantes e vendedores de iluminação respeitável, a vida útil do LED é igual à vida útil do L70, que é o tempo que leva o LED para atingir 70% do brilho inicial. Neste ponto, o LED é considerado em fim de vida útil e tem de ser substituído.

1.Como medir a vida útil do LED?

Com LEDs como os da série Nichia 757 com mais de 60.000 horas de vida útil L70, levanta-se a questão de quem testa um LED durante tanto tempo? Um ano tem 8760 horas, por isso um teste de 60.000 horas durará mais de 6 anos!

Para resolver este problema, a indústria criou a norma de medição IES LM80-80-2008 e a IES TM21-2011 Projecting Long Term Lumen Maintenance of LED Light Sources.

2.IES LM80

IES LM80 ou "Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources" é o método padrão da indústria para testar LEDs para determinar a depreciação do lúmen ao longo do tempo. Realiza-se durante um período de 6000 a 10.000 horas, com fluxo luminoso medido a intervalos de 1000 horas de múltiplos LEDs do mesmo tipo, funcionando a diferentes correntes e temperaturas de funcionamento.

O teste LM80 é um método aprovado pelo Departamento de Energia (DOE) para medir a depreciação luminosa de fontes de luz de estado sólido (LED), matrizes e módulos. A Illumination Engineering Society (IES) e o grupo DOE Solid State Lighting Standards Development trabalharam juntos para criar os critérios de teste LM80.