Comparación de fuentes de luz: LED, láser y lámpara de descarga

¿LED, láser o lámpara de descarga? ¿En qué se diferencian las propiedades de estas fuentes de luz y para qué tipo de iluminación son más adecuadas?

Antes de los LED, se utilizaban lámparas halógenas y lámparas de descarga. Optar por una o por otra era bastante fácil. Las luces estáticas convencionales utilizaban lámparas halógenas para obtener una temperatura de color de 3.200 K, es decir, una luz blanca cálida o luz artificial. Las lámparas de descarga se utilizaban para una temperatura de color de unos 6.500 K, es decir, blanco frío o luz diurna. Por supuesto, también se podían aplicar películas de conversión de luz, aunque con una considerable pérdida de luz. Salvo algunas excepciones, las lámparas halógenas no eran adecuadas para las cabezas móviles debido a la gran cantidad de calor que generaban. Las reglamentaciones sobre ahorro energético pusieron entonces fin a las lámparas halógenas. Los LED, las lámparas de descarga especiales y las fuentes de luz de fósforo-láser son ahora las únicas alternativas que está permitido instalar en las luminarias. A continuación, intentaremos aclarar por qué se siguen utilizando las lámparas de descarga junto con los LED y también por qué se utilizan las lámparas de fósforo-láser, tecnológicamente más complejas.

El LED: un todoterreno

Los LED tienen algunas ventajas imbatibles en comparación con las lámparas de descarga: brillan inmediatamente al encenderse y proporcionan la calidad de luz deseada. Además, es muy fácil regular su intensidad gracias a la modulación de ancho de pulsos. Además, la lámpara LED se apaga al instante. Los LED tienen una vida útil muy larga, de unas 25.000 horas, lo que equivale prácticamente a la vida útil de una luminaria utilizada en condiciones normales. No es probable que fallen de repente; los LED suelen volverse más tenues con el tiempo. El LED se refrigera mediante un tubo de calor que dirige el calor fuera de la placa de circuito del LED. Por tanto, se puede crear un sistema de refrigeración eficaz utilizando sistemas de conducción del calor, como los tubos de calor. Dependiendo del tipo de LED o las combinaciones utilizadas, la calidad de la luz puede ser muy alta. También es posible cubrir casi todas las gamas cromáticas, en función de los LED seleccionados. Los conjuntos de LED multicolor RGBAL, por ejemplo, ofrecen un amplio espacio de color (gama), mientras que con los conjuntos de LED de luz blanca puede conseguirse la mejor calidad de reproducción cromática del blanco cálido. Dependiendo del sistema LED, también se puede garantizar la estabilidad del color de varios dispositivos realizando una sola calibración. Si necesitamos aumentar la luminosidad, basta con unir varios LED. Sin embargo, ahí radica la desventaja de este tipo de luminarias: los focos beam están pensados para emitir un haz de luz muy estrecho. Para conseguir una buena proyección o un haz de luz estrecho, lo ideal es que la fuente de luz sea lo más compacta posible, es decir, que emita una luz lo más puntual posible. Cuanto mayor sea la potencia luminosa del sistema LED, más grande será el conjunto, por lo que será más difícil crear una luz puntual estrecha.

La lámpara de descarga: un talento innato para la proyección

Un ejemplo de lámpara con una fuente de luz muy pequeña y una gran luminosidad es la lámpara UHP. Su bulbo de descarga es extremadamente pequeño y tiene una presión de funcionamiento muy alta. Por eso se llama lámpara UHP, que son las siglas en inglés de Ultra High Pressure (presión ultra alta), aunque a menudo también se denomina lámpara de rendimiento ultra alto. El bulbo de descarga suele estar óptimamente alineado en un reflector. Este tipo de lámpara se desarrolló específicamente para los proyectores de vídeo, en los que también es crucial tener excelentes propiedades de proyección y una gran luminosidad con una luz puntual pequeña. La lámpara de descarga requiere un tiempo de encendido de varios minutos hasta que todos los procesos químicos se estabilicen y, por tanto, la luminosidad y el espectro de colores sean estables.

Las lámparas de descarga son resistentes a la atenuación y deben atenuarse mecánicamente en el rango de ajuste inferior como poco, ya que de lo contrario el arco se rompería. Al ser una lámpara de descarga, la lámpara UHP también contiene mercurio. Si la lámpara se rompe, algo frecuente al final de su vida útil, puede producirse una fuga de este metal pesado, peligroso para el medioambiente. Por esta razón, estas lámparas deben manipularse con mucho cuidado y desecharse siempre como residuo peligroso. La vida útil es de aproximadamente 2.500 horas hasta que se produce un fallo total. En ese momento, habría que sustituir la fuente de luz. Para encender una lámpara de descarga también se necesita una tensión de encendido elevada. Esto genera una enorme carga en el sistema. Por eso también es aconsejable mantener la lámpara encendida durante unas dos horas sin apagarla. Desde el punto de vista energético, la lámpara de descarga funciona siempre al máximo de su capacidad, aunque se haya atenuado al máximo. En este sentido, el LED tiene aquí una clara ventaja, ya que consume menos energía cuando está atenuado. La propia fuente de luz debe enfriarse con aire y, a la vez, la luminaria no debe contaminarse con el flujo de aire. La lámpara de descarga debe enfriarse lentamente al desactivarla. Debes evitar apagarla inmediatamente (apagado instantáneo). El espectro cromático de una lámpara de descarga tiene colores azules y verdes muy intensos, pero rojos más tenues. A la lámpara de descarga le cuesta producir un color blanco cálido por lo que hay que compensarlo con filtros CTO, lo que conlleva una pérdida de luminosidad. El índice de reproducción cromática tampoco es muy alto. En este caso también se suelen utilizar filtros de alto IRC, que son capaces de añadir algunos puntos de IRC pero conllevan una pérdida de luminosidad. La gama (espacio de color) de que dispone una lámpara de descarga es relativamente pequeña y suele situarse en la gama sRGB.

La fuente de luz de fósforo-láser: para valores «pico»

Una alternativa a la lámpara UHP es el motor de fósforo-láser. También se desarrolló principalmente para utilizarse en proyectores de vídeo. Sin embargo, la complejidad técnica y de diseño del motor de fósforo-láser es considerablemente mayor, razón por la que a continuación haremos una breve introducción.

Un conjunto de LED láser de luz azul (marcado con la letra A en el diagrama) emite luz azul coherente hacia una rueda de fósforo giratoria (letra C) situada frente al conjunto de LED láser de luz azul. Durante su recorrido, esta luz coherente atraviesa un espejo de cristal semitransparente y revestido. Como el espejo está a un ángulo de 45°, una parte de la luz emitida se desvía hacia una capa reflectante (letra D), aunque profundizaremos en ello más adelante. La capa de fósforo es excitada por el láser de luz azul y emite o refleja colores de luz incoherente, como el verde, el amarillo y el rojo. El espejo colocado a un ángulo de 45° se encarga ahora de redirigir la luz incoherente reflejada por la capa de fósforo hacia la salida de luz (letra E) del módulo de fósforo-láser. Volvamos ahora a la luz láser desviada 90° que incide sobre una capa reflectante de sulfato de bario. La alta eficacia y la reflexión difusa del sulfato de bario lo hacen ideal para esta tarea. La luz azul reflejada se añade ahora a la luz incoherente de la rueda de fósforo cuando atraviesa el cristal semitransparente (letra E). Si te fijas en la dirección del haz de luz coherente, te darás cuenta de que la orientación adoptada hace que la luz coherente no puede salir del módulo, tan solo la luz incoherente debido a la reflexión difusa.

El resultado es una fuente de luz puntual muy pequeña y potente, ideal para proyectar imágenes o conseguir pequeños ángulos de haz. La ventaja es que puedes atenuar el conjunto láser igual que lo harías con un LED. Sin embargo, es muy caro fabricar estos módulos. Además, es una luz que parece muy brillante debido al pico azul extremadamente alto. La gama cromática también es limitada, al igual que la calidad de reproducción de los colores. La refrigeración, la vida útil y el encendido y apagado son similares a los del LED.

Conclusión

Como todoterreno, el LED es la fuente de luz ideal para casi todos los tipos de luminarias. Los LED están sustituyendo a las lámparas de descarga debido principalmente a su buena capacidad de atenuación, su gama cromática y la uniformidad de los colores o de la reproducción del color a lo largo de su vida útil. Y también por su durabilidad y resistencia a las vibraciones. En cambio, la lámpara de descarga es más adecuada cuando se quieren obtener ángulos de haz muy estrechos. En los espectáculos en los que el haz de luz actúa como un objeto visible se utiliza un foco beam con un haz muy estrecho. En este caso, ni la gama de colores ni la reproducción cromática desempeñan ya ningún papel, puesto que lo que importa es obtener un haz de luz preciso. Si quieres crear haces de luz aún más llamativos en el cielo o en un espacio abierto, utiliza el motor de fósforo-láser.

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