Iluminación

VOL. 3

H ISTOR IA TÉCN ICA DEL

PROCESAMIENTO DE IMÁGENES

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Historia de la iluminación: Desde el fuego abierto al LEDFig. 1

1. Historia de la iluminación (fuentes de luz)

Desde la deslumbrante luz solar hasta la ensoñadora luz de la luna, la gente en la antigüedad aprovechaba esta

luz natural como su único método de iluminación para sustentar sus vidas. Conforme pasó el tiempo, surgieron

técnicas de iluminación artificial que convirtieron la oscuridad nocturna en horas adicionales de vida, que

incluyeron la luz de fogatas, antorchas, chimeneas y velas.

Después, un sinnúmero de tipos de luz aparecieron uno tras otro. Las lámparas de aceite le proporcionaron a la

gente, luz confortable y suficiente, sustituyendo las primeras fuentes de luz, el fuego y las antorchas. Le siguieron

a continuación las lámparas de luz a gas y las eléctricas, las cuales fueron ampliamente utilizadas durante la

revolución industrial. Dadas estas tecnologías, se produjo una batalla por el dominio del mercado entre el gas y la

electricidad.

Fuego abierto

Antorcha

Vela

Lámpara de aceite

Lámpara a gas

1879: Se inventó la bombilla de filamento de carbono

1906: Se inventó la bombilla de filamento de tungsteno(Bombilla de serpentín en espiral, bombilla de criptón, bombilla halógena)

1962: Se introdujo el diodo emisor de luz (por IBM)

1995: Se inventó el diodo emisor de luz azul violeta

Fuego abierto

Antorcha

Vela

Lámpara de aceite

Lámpara a gas

1879: Se inventó la bombilla de filamento de carbono

1906: Se inventó la bombilla de filamento de tungsteno(Bombilla de serpentín en espiral, bombilla de criptón, bombilla halógena)

1962: Se introdujo el diodo emisor de luz (por IBM)

1995: Se inventó el diodo emisor de luz azul violeta

Lámpara de descargaLámpara de mercurioLámpara fluorescente

Lámpara HID

Lámpara de descargaLámpara de mercurioLámpara fluorescente

Lámpara HID

19011901

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2. Desde las luces de arco hasta las lámparas incandescentes

La gente estaba maravillada por las lámparas de arco de carbono, que fueron un tipo primitivo de lámpara eléctrica,

ya que proporcionaba una luz “tan brillante como la luz del día”. Entonces, Thomas Edison inventó las lámparas

incandescentes (bombillas de carbono, emisoras de luz amarilla), seguidas por las bombillas de tungsteno más

pequeñas y más brillantes (emisoras de luz blanca). A continuación, Edison empleó bambú japonés, para el

filamento de las bombillas de carbono, utilizando al mismo tiempo filamentos de metal, con puntos altos de fusión,

para las bombillas de tungsteno.

Siguiendo con las bombillas de tungsteno, hubo mejoras por parte de dos japoneses: Junichi Miura y Kitsuzi Fuwa.

Miura inventó una estructura de serpentín que organizaba los filamentos en una configuración en espiral. Fuwa

tuvo éxito escarchando los bulbos de vidrio para difuminar y suavizar la luz (esmerilado interior). La alta eficiencia y

calidad de iluminación resultante aceleró una creciente demanda por las lámparas eléctricas.

Evolución de las lámparas eléctricas: arco voltaico, bombilla de carbono, bombilla de tungsteno

Fig. 2

La primera bombilla práctica, con

un filamento de carbono hecho a

partir de un material carbonizado

(quemado) como el bambú e hilo

de algodón.

Los filamentos de doble espiral

aumentaron el brillo y extendieron

el ciclo de vida de la bombilla.

Un metal llamado “tungsteno” se

utiliza para el filamento, generando

temperaturas considerablemente más

altas, lo que resulta en un mejor brillo.

La superficie interna de la bombilla

de vidrio se esmerila para suavizar el

resplandor de la luz

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3. Era de la luminiscencia (Fluorescencia)

El predominio de las lámparas incandescentes en el mercado de la iluminación fue sustituido por las lámparas fluorescentes. Después de su desarrollo en 1938, por un ingeniero norteamericano llamado George E. Inman, las lámparas fluorescentes aumentaron su reconocimiento. En aquellos días, las lámparas fluorescentes funcionaban mediante la conversión de la luz ultravioleta (luz invisible), generada por la descarga eléctrica entre dos electrodos en vapor de mercurio, en luz visible, a través de materiales fluorescentes aplicados sobre las superficies internas de los tubos de vidrio. Después de esto, los elementos utilizados en el proceso fueron cambiados del mercurio a metales con mayor eficiencia luminosa; pero el principio básico de la emisión de luz no ha cambiado. Las lámparas fluorescentes “ahorradoras de energía, de color blanco y brillantes", se propagaron rápidamente en la década de los 60. Esto se debía a una baja pérdida de energía por la poca generación de calor y el hecho de que producen de tres a cinco veces la emisión de las lámparas incandescentes con la misma alimentación.Mientras que las lámparas de aceite, a gas e incandescentes emiten luz utilizando la generación de calor (radiación térmica), las lámparas fluorescentes utilizan luminiscencia producida por descargas eléctricas. Así es como se inició la era de la luminiscencia.

Mecanismo y método de emisión de luz de las primeras lámparas fluorescentesFig. 3

Vapor de mercurioVapor de mercurio

Luz visibleLuz visible

Lámpara incandescente (Interruptor de iluminación)Lámpara incandescente (Interruptor de iluminación)

Luz visibleLuz visible

Luz visibleLuz visible

Luz visibleLuz visible

Espiral (estabilizador)Espiral (estabilizador)

Sección ASección A

Luz ultravioletaLuz ultravioleta

Luz ultravioletaLuz ultravioleta

Tubo de vidrioTubo de vidrio

EnchufeEnchufe

Material fluorescenteMaterial fluorescenteFilamentoFilamento

Átomo de mercurioÁtomo de mercurio

Átomo de mercurioÁtomo de mercurio

Vapor de mercurioVapor de mercurio

Electrones libres liberados por el filamentoElectrones libres liberados por el filamento

Electrón libreElectrón libre

ElectrónElectrón

Fluorescent materialFluorescent material

Revestimiento fluorescenteRevestimiento fluorescente

Revestimiento fluorescenteRevestimiento fluorescente

Vista ampliada (detallada)

de la sección A

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4. El cambio de “cantidad” a “calidad”

Después de que las lámparas fluorescentes satisficieron la necesidad de “cantidad” en el mercado de la iluminación,

la atención se centró en la “calidad”. Además de lámparas con forma recta y circular, se desarrollaron otros tipos,

tales como el tipo de emisión de luz de tres longitudes de onda. Este tipo de luz permitió a la vez una alta eficiencia

luminosa y altas propiedades de resalte de color, manteniendo un tipo de bombilla compacta y de bajo consumo.

La búsqueda por una iluminación de alta calidad se ha observado también en otros campos (no fluorescentes). Las

lámparas HID (de descarga de alta intensidad) pueden emitir luz decenas de veces más brillantes que las lámparas

fluorescentes, y se utilizan comúnmente para el alumbrado exterior, incluyendo calles, carreteras, edificios y estadios.

Asimismo, en el campo de las lámparas incandescentes, se han desarrollado bombillas de halógeno y de criptón, de

alta eficiencia y larga duración. Las lámparas incandescentes, se dice, son la luz artificial que más se asemeja a la

luz solar. Su color cálido es eficaz para estimular el apetito y crear un ambiente relajante.

Diversas formas de las fuentes de luzFig. 4

Forma recta

Forma compacta, bombilla de tres longitudes de onda (colores)

Forma circular

Forma de la bombilla

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5. Aparición de los LED

Los LED (diodos emisores de luz) son el siguiente sistema de generación de luz, que ofrece un efecto de

ahorro de energía mejor que las lámparas incandescentes y fluorescentes. Los LED consisten de dos tipos de

semiconductores, P (positivo) y N (negativo), y están diseñados para emitir luz cuando pasa corriente a través de

ellos. LEDs rojos y verdes se han utilizado desde la década de los 60 y los LED de alta intensidad azules aparecieron

en 1993. El desarrollo del LED blanco siguió en 1996, creando una gran variedad de aplicaciones.

Los LED se clasifican a groso modo en tipo concha o de chip. El tipo de concha emite luz directa (brillante si se ve

directamente desde el frente), mientras que el tipo de chip difunde la luz en posición horizontal. El primero se utiliza

comúnmente en los semáforos y el segundo para la retroiluminación de LCDs de teléfonos celulares. Además de

estos tipos, existe también el tipo plano con propiedades de rectitud y dispersión bien equilibradas. Los LED tienen

varias ventajas, que incluyen su bajo consumo de energía, largo ciclo de vida (cerca de 40.000 horas), emisiones

bajas de CO2 y sus elementos emisores de luz tan pequeños como granos de arroz. Estas ventajas hacen a los

LED también adecuados para reducir el tamaño y peso de artículos. Más aún, los LED son ecológicos, debido a

su baja radiación ultravioleta y emisión de luz infrarroja. Los LED se utilizan para la iluminación interior de vehículos

de transferencia H-2 (naves espaciales para la entrega de suministros a estaciones espaciales), debido a su alta

resistencia al impacto y durabilidad.

Mecanismos y características de diversas fuentes de luzFig. 5

Bombilla

Lámpara fluorescente

LED

El filamento se calienta para emitir luz

La luz ultravioleta, generada por la descarga eléctrica entre los filamentos, se convierte en luz visible por el material fluorescente, aplicado al tubo de vidrio para emitir luz

La luz es emitida por el chip semiconductor

colocado aquí

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Tipos y características de diodos emisores de luzFig. 6

Ángulo recto

Ángulo recto

0°0°30°30°30°30°

60°60°60°60°

90°90°90°90°100100 1001005050 505000

0°0°30°30°30°30°

60°60°

Valor medio del ángulo: 120°

Valor medio del ángulo: 120°

60°60°

100100 1001005050 505000

Eje de la luz

Diodo emisor de luz tipo concha Características direccionales de los LED tipo concha

Dirección de la luz (alta direccionalidad)

Características ideales

Características reales

Diodo emisores de luz (no direccional) tipo plano

Características direccionales de los LED tipo plano

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7. Futuras formas de iluminación: LED, electro luminiscencia y luz natural

El futuro de la iluminación no sólo se desarrollará utilizando LEDs, sino también la "EL" (electroluminiscencia)

orgánica. EL es un tipo de fuente de luz laminar que ofrece una iluminación de superficie, a diferencia de los LED

que son una fuente de luz puntual.

Gracias a su bajo peso y propiedades flexibles, sus aplicaciones se han extendido a campos como el papel

electrónico y las pantallas. En el futuro, también se espera que se desarrollen paredes y techos emisores de luz.

Se han visto también avances en sistemas de iluminación solar, que utilizan efectivamente la luz natural, el origen

de la iluminación. La iluminación natural se ve como la energía limpia definitiva para crear un espacio iluminado

confortable. También se ha puesto más atención en la sinergia entre “tecnologías de fotónica” de última generación,

tales como los LED, la emisión de luz orgánica y los rayos láser.

Mecanismo de la electroluminiscencia orgánicaFig. 7

Diagrama esquemático del corte transversal de una pantalla

Pantalla flexible

0.1 a 0.2 μm 0.004 a 0.008 Mil

Materiales transparentes

Capa

em

isor

a de

luz Se utilizan materiales transparentes,

ya sea en el ánodo o cátodo, para transmitir la luz emitida externamente

Electrón

Cátodo(-) Ánodo(+)

Hueco

Luz emitida

Capa transportadora de electrones

Capa transportadora

de huecos

Capa emisora de luz

Substrato Transparente.

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