Dicas do Zébio

 

Estamos em plena era dourada da iluminação LED. O mercado mundial de LEDs alcançou a cifra de 160 bilhões de dólares em 2014 [1]. Em razão da necessidade de um planeta sustentável (diminuição do consumo de energia), o crescimento do setor continuará por alguns anos. Estima-se que há em torno de 20 bilhões de lâmpadas no planeta (valor conservador), imagine trocar a metade delas, ao menos…

No Brasil, segundo a Abilux [2], o setor de iluminação LED – também conhecido por iluminação de estado sólido (SSL – Solid State Light) – crescerá 30% em 2015. E estudos apontam que este será o mercado com melhor viabilidade comercial em 2020 [3].

Em razão disso, há uma intensa competição mundial para abocanhar a maior fatia possível do mercado de iluminação LED, que faz com que apareçam novidades a todo momento.

Uma delas está chegando de mansinho nas lojas, mas ainda não é muito conhecida. É a lâmpada de filamento LED (figura 1), que de tão parecida com as incandescentes, é confundida com elas. Parece incandescente, mas é LED.

Conheça o que são os filamentos LED, como são fabricados, os modelos existentes, como ligá-los e as possibilidades de uso.

Além disso, são expostos, ao final desta série de artigos, os testes comparativos de 7 tipos de lâmpadas (filamento LED, LED leitosa, fluorescente compacta, incandescente comum clara, incandescente comum leitosa, incandescente de alta resistência, incandescente halógena), bem como explicados os conceitos básicos envolvidos na medição da luz, para que qualquer pessoa saiba identificar o que realmente importa na escolha de uma lâmpada.

Espero que façam bom proveito desta primeira parte.

A lâmpada de filamento LED é nova, mas tem cara de antiga

Aos olhares desatentos, as lâmpadas de filamento LED podem passar por incandescentes, devido à semelhança física. Além de emitirem aquela suave e relaxante luz amarelada, as lâmpadas de filamento LED têm uma dispersão luminosa quase idêntica às incandescentes comuns. E são mais econômicas até que os modelos existentes de lâmpadas LED, sem necessitar de dissipador de calor.

Há diversas marcas no Brasil que produzem ou importam lâmpadas de filamento LED, como a Brillia [4], FLC [5], Foxlux [6], Galaxy LED [7], G-Light [8], Lâmpadas Golden [9], Opus LED [10], Ourolux [11], Stellatech [12], etc.. Outras, como a O2LED [13] e a LEDStar [14], produzem lâmpadas de qualidade, mas não foram encontrados (em 2015) modelos com filamentos LED em suas páginas.

O consumo energético das lâmpadas de filamento LED é aproximadamente 10% das incandescentes normais, considerando a mesma intensidade luminosa. A vantagem sobre as outras lâmpadas LED é que não há necessidade de utilizar lentes ou outros materiais para ajudar na difusão da luz, o que diminui as perdas com lentes e difusores. Os filamentos LED ficam totalmente visíveis no bulbo, da mesma forma que os tradicionais filamentos incandescentes.

Não são encontradas no mercado lâmpadas de filamento LED de alta potência. No máximo há modelos de 10W, equivalentes às incandescentes de 100W. Os bulbos têm em seu interior desde 1 até 10 peças individuais de filamento LED. Cada filamento LED tem cerca de 1W de potência e emite aproximadamente 100 a 120 lumens.

A razão de não estarem disponíveis em altas potências faz parte da própria concepção do filamento LED: lâmpadas LED de construção simples, de baixo consumo energético, sem dissipador de calor, muito semelhantes às incandescentes e que podem substituí-las naturalmente. Isto determina que cada filamento LED gere pouco calor e que não seja possível montá-los conjuntamente em grandes quantidades, pois o arrefecimento fica prejudicado. Além disso, a eficiência dos LEDs é mais alta quando alimentados com baixas correntes.

Mesmo com estas limitações, há no mercado lâmpadas com outros tipos de filamentos LED, enormes, que podem substituir as utilizadas atualmente em iluminação pública, como este modelo da empresa alemã Chilicon Valley [15] (figura 2), que tem somente um filamento de 12W! Uma vantagem de qualquer lâmpada LED tem é sempre ligar instantaneamente, ao contrário das lâmpadas de vapores metálicos, que precisam de algum tempo para aquecer.

Há modelos de lâmpadas de filamento LED com entrada bivolt ou dimerizáveis (que podem ser utilizadas com atenuador de iluminação).

As lâmpadas de filamento LED dos formatos tradicionais (vela, chama ou bulbo A60) são ótima opção para substituir incandescentes e fluorescentes compactas, especialmente em lustres com mais de uma lâmpada, inclusive naqueles enormes, como os dos teatros, por exemplo.

E podem ser empregadas também nos locais onde se deseja manter um clima intimista e aconchegante, como nos quartos de residências ou em bares e restaurantes. As lâmpadas de filamento LED ajudam, em prédios históricos, a preservar a nostalgia do ambiente, como ocorreu no secular restaurante Altes Handelshaus, em Plauen, Alemanha. O proprietário recusava trocar suas lâmpadas incandescentes porque nenhum modelo econômico mantinha o ambiente quase medieval. Lá, foram substituídas 200 lâmpadas incandescentes por bulbos de filamentos LED da Vosla [17], o que gerou uma economia de 90% em energia elétrica para iluminação.

A marca alemã Vosla tem um estilo todo próprio em suas lâmpadas de filamento LED [18]. A figura 4 mostra um modelo da linha VosLED, de 1W. Esta linha ganhou dois prêmios na Alemanha (Ecodesign Produkt 2014 e Reddot Award 2014). No Brasil, a Stellatech [12] tem modelos muito interessantes de lâmpadas LED.

De certa forma, o mercado de filamentos LED aproveita a tendência natural das pessoas em rejeitar mudanças, pois oferece um produto novo e econômico, mas que não se diferencia tanto das antigas lâmpadas incandescentes.

Além disso, os filamentos LED recolocaram no mercado as ampolas de vidro, cujas linhas de produção estavam destinadas ao ostracismo, por causa do banimento mundial das lâmpadas incandescentes. É uma interessante forma de evolução, pois aproveita o parque industrial, a mão de obra e as boas ideias existentes e agrega uma novidade que transforma completamente o produto. Isso é economia sustentável.

Apesar de serem muito semelhantes, as lâmpadas de filamento LED somente compartilham com as incandescentes o aspecto exterior (o bulbo de vidro e a rosca metálica). Internamente, há uma fonte de alimentação que adapta a tensão e a corrente para os filamentos do conjunto. Os filamentos são conectados em série/paralelo, conforme o tamanho e o número deles na lâmpada. E dentro do bulbo não há vácuo, como antigamente, mas um gás neutro.

Mas, como é fabricado e como funciona um filamento LED?

O que é um Filamento LED

A ideia básica da construção dum filamento LED é utilizar uma fina placa em forma de filete (cinta, tira), geralmente transparente, que serve de base para colar numa das faces várias pequenas pastilhas de LEDs, ligadas em série (figuras 5 e 6). Nas extremidades deste filete são montados os terminais metálicos, que farão a conexão elétrica do conjunto. O terminal do cátodo é identificado por alguma marca (furo, chanfro, sinal).

Por fim, é sobreposta no entorno da tira uma camada de material fluorescente (chamado de fósforo ou trifósforo [20]), que converterá parte do tom azul emitido pelos LEDs em luz amarela. A soma dos tons azul e amarelo formará a luz branca.

Dependendo do fabricante, o fósforo poderá ser depositado no filamento LED como uma resina (figuras 7 e 8) ou como um espaguete (figura 9). Este modelo de espaguete, em especial, parece ter a base dos LEDs feita em metal, pois o filamento é flexível (figura 10). Inclusive, existem no mercado lâmpadas de filamento LED com filamentos curvados (figura 11).

A emissão luminosa dos filamentos LED pode alcançar 360°, ou um pouco menos que isso, quando exibem suaves sombras perpendiculares à superfície.

O filamento LED mais frequente é formado por 28 LEDs, tem um comprimento médio de 38mm (incluindo os terminais) e diâmetro de até 2mm. Segundo a Yunsun [28], há modelos desde 15 até 35 LEDs. A Runlite [29] fabrica ao menos quatro tamanhos de filamentos LED (26, 38, 60 e 67mm), que trabalham desde 40 até 130VCC. E a Engled [30] anuncia para o mercado chinês um filamento LED de 67mm, com 42 LEDs, além do conhecido tamanho de 38mm.

A Osram [30], conceituada marca alemã, por sua vez, também entrou na fabricação de filamentos LED, com a linha Soleriq L38, em 3 versões (54-64V, 80-90V e 86-96V, de 91 lumens, 131 lm e 142lm, respectivamente). Os 3 modelos tem o mesmo tamanho (30mm de corpo, mais os terminais = 38mm) e exibem uma eficácia de 150 lumens por Watt (lm/W), mais do que o dobro de muitas lâmpadas LED.

Como podemos constatar, além de existirem diversos tamanhos de filamentos LED, a tensão de alimentação pode variar bastante, mas sempre com uma corrente de trabalho baixa (até 15mA). Em geral, a potência dos pequenos filamentos LED varia entre 0,25 e 1,3W.

Em filamentos de melhor qualidade, podem ser montados LEDs vermelhos intercalados com os LEDs azuis, como estes da alemã Chilicon Valley (figura 13), mas este assunto será abordado mais adiante, no tópico sobre o IRC (Índice de Reprodução de Cor).

Os filamentos com poucos LEDs são mais baratos que aqueles com 25 a 35 chips, por isto é importante certificar-se da quantidade de semicondutores presentes em cada filamento LED. Geralmente, a tensão de trabalho tem que ser menor, para evitar a sobrecarga dos LEDs.

Os componentes do filamento LED

Por todo o planeta, há uma grande quantidade de empresas que montam lâmpadas de filamento LED, com peças vindas de outros fornecedores. E é muito comum as indústrias que fabricam os filamentos LED também produzirem a lâmpada completa de filamento LED. É que, dependendo da linha de produtos que a empresa já fabrica, pode ser vantajosa alguma verticalização, de modo a agregar valor oferecendo um produto final. Uma empresa verticalizada é aquela que produz a maior parte dos ou todos os itens usados no produto final.

Apesar disso, na eletrônica (e nas empresas de alta tecnologia em geral) há uma tendência contrária à verticalização das empresas. É a especialização delas, devido à grande variedade de técnicas, materiais e serviços necessários para que seja possível um produto pronto e acabado chegar ao consumidor. Neste modelo de produção, cada fabricante produz determinado tipo de insumo ou serviço, formando parte de uma cadeia de fornecedores.

Deste modo, muitas empresas de filamentos LED não fabricam seus próprios chips e nem a maior parte dos outros insumos (placa do filamento, soquete, ampola, circuito eletrônico, adesivos, partículas fluorescentes).

Neste emaranhado empresarial, é necessário conseguir diferenciar os diferentes níveis de qualidade e confiabilidade, ainda mais quando o produto é uma novidade que ainda não se popularizou, o que resulta em pouca informação disponível. De modo a ajudar nesta escolha, por todo este artigo são listados fornecedores e observadas as características mais importantes dos filamentos LED, seguindo uma sequência que começa com os diminutos semicondutores LED, até chegar à lâmpada inteira.

Antes, vamos esclarecer um ponto: O SUBSTRATO

Nos filamentos LED, o uso do termo substrato (material sobre o qual é montado algo) pode dificultar o entendimento, pois esta palavra costuma ser utilizada tanto para o material do próprio semicondutor LED, como para a base do filamento LED. Não é incorreto, mas complica.

Em inglês, poderíamos chamar a base do filamento LED de leadframe (quadro guia), pois este termo refere-se ao invólucro dos semicondutores. Mas percebi que até este termo é utilizado de duas formas: para denominar, na linha de produção, o bastidor onde estão moldados dezenas de encapsulamentos LEDs; ou para designar o invólucro (e terminais) que abriga um semicondutor LED.

Então, para evitar confusões ou termos muito longos, fica definido neste texto que quando falo em substrato, estou referindo-me exclusivamente ao substrato de um LED (a pastilha semicondutora, o chip sozinho), ao passo que quando falo em base, filete, lâmina ou placa de um filamento, refiro-me à peça (cinta, tira) que dá forma ao filamento e que serve de suporte para os LEDs, terminais e camada de fósforo.

Durante a confecção deste artigo, nas buscas de fabricantes de lâmpadas completas ou só de filamentos LED, percebi que muitos vendedores dizem que o substrato de seus filamentos é de safira (considerado o melhor), pois utilizam LEDs de boas marcas. Mas não explicam se o substrato a que se referem é o dos LEDs ou da placa que os acomoda…

Poderíamos inferir que todo chip LED utilizado em filamentos tem substrato de safira – seria o mais lógico – e o que os vendedores informam como substrato é na verdade o material da placa base do filamento. Mas nestes casos, onde ainda há poucas informações confiáveis é melhor ter precaução. É que alguns artigos alertam para a baixa durabilidade dos filamentos LED com base de vidro, cuja aparência é semelhante à safira.

Os LEDs do filamento LED

Cada LED, individualmente, compõe-se de uma pastilha semicondutora (chip, wafer die ou semiconductor die, em inglês), emissora de luz. Para fabricá-la, são necessários equipamentos de altíssima precisão, que usam tecnologia de ponta.

Não é à toa, pois um chip LED comum, de baixa potência, mede geralmente 0,4mm de lado, sua espessura é de 0,1mm, tem dezenas de camadas (algumas texturizadas) e ainda possui terminais para soldagem. No segmento de alta potência, já são fabricados semicondutores maiores, com área de iluminação de 2mm² [32].

Há uma interessante reportagem que ajuda a dar uma ideia do tamanho de um semicondutor LED. A Sparkfun [33] mostra em sua página como é a fabricação de LEDs comuns, iguais àqueles que indicam que a TV está ligada. Eles fizeram uma visita à fábrica chinesa YunSun [34], que também produz filamentos LED.

Numa folhinha de aproximadamente 5 x 8 cm cabem 4 mil pastilhas LEDs, que são posicionadas e coladas à mão sobre a bigorna da lâmpada LED. Obviamente, para fazer isso é utilizado um microscópio estereoscópico, também conhecido por lupa pelo pessoal da biologia. O aumento deve ser algo em torno de 20 a 60 vezes. Depois os LEDs são soldados, a pastilha é coberta com fósforo – no caso do LED branco -, moldados em epóxi, separados e embalados. Cada fase deste processo é feita em máquina/pessoa diferente. Agora imagine centenas destas linhas de montagem trabalhando juntas… Assim é uma típica fábrica chinesa.

A Sparkfun visitou também uma fábrica de baterias de lítio e tem centenas de outros tutoriais (em inglês), vale a pena dar uma olhada (referência [35]).

Voltando aos chips LED, podemos ter uma ideia da quantidade de trabalho e equipamentos envolvidos na produção destes semicondutores, tem um excelente vídeo da Osram, chamado “Light from crystals” (Luz dos cristais [36]), que mostra em detalhes os principais processos de fabricação. Apesar de estar em inglês, vale a pena só pelas imagens, que explicam muito melhor o que mal consigo com palavras…

Tem um outro vídeo da Toshiba [37], que além de apresentar suas máquinas para a produção de LEDs, complementa aquele da Osram, pois mostra outros detalhes da fabricação destes revolucionários semicondutores.

Em razão dessas características dos semicondutores, há relativamente poucas empresas no mundo que produzem as pastilhas de LEDs. Podemos citar a Nichia (Japão), TG – Toyoda Gosei (Japão), Sharp (Japão), Epistar (Taiwan), Everlight (Taiwan), Cree (EUA), Bridgelux (EUA), SemiLeds (EUA), Samsung LED (Coreia do Sul), Seoul Semiconductor (Coreia do Sul), LG Innotek (Coreia do Sul), MLS Lighting (China), Everlight (China), Sanan (China), Osram (Alemanha) e Philips Lumileds (Holanda), dentre outras.

Observação: os LEDs e grande parte dos inovadores semicondutores que surgem a todo momento no mercado, utilizam compostos como o arseneto de gálio (GaAs), fosfato de gálio (GaP) e especialmente o nitreto de gálio (GaN). O gálio é um metal que tem ponto de fusão tão baixo que derrete nas mãos [38].  Lembra do Uri Geller, o “mágico” da década de 1970?  Pois é, os talheres que ele entortava com a mão eram feitos de gálio…

Por causa da popularização acentuada dos LEDs, incrementado pela necessidade mundial de economia de energia, além do desenvolvimento de novos semicondutores de alta frequência [39], o consumo de gálio tende a aumentar expressivamente nos próximos anos, tornando-o um metal estratégico. É só observar as pesquisas recentes, como as do instituto alemão Ferdinand Braun [40], onde os compostos de gálio são onipresentes.

O gálio é um metal relativamente comum na crosta terrestre, mas de obtenção complexa. Geralmente ele é extraído a partir da mineração do zinco e do alumínio. O Brasil, como possui grande produção de alumínio, poderia produzir gálio em larga escala a partir do licor de Bayer, composto que faz parte da cadeia produtiva do alumínio.

Entre 1996 e 1999, a Fapesp desenvolveu, em conjunto com a CBA (Companhia Brasileira de Alumínio, do grupo Votorantim), um processo de produção de gálio inovador e menos poluente, apesar de todas as dificuldades técnicas impostas pelos países que detinham a tecnologia [41]. Infelizmente, em 2009 ainda não havia uma fábrica de gálio no país, de acordo com informação de um dos pesquisadores, o químico Waldemar Avritscher [42]. Um quilo de gálio custa por volta de 300 dólares americanos (em 2015). Feito este parêntesis, voltemos aos nossos LEDs.

Todos os chips LED comerciais (em 2015) são semicondutores que trabalham do mesmo jeito, ou seja, sua construção básica é semelhante (uma junção PN que emite luz). Os lasers feitos com semicondutores também fazem parte desta categoria.

De modo grosseiro, podemos simplificar qualquer semicondutor LED em 4 partes principais: a camada P, a área intermediária (também chamada de região ativa), a camada N, todas aplicadas sobre uma superfície de apoio, o substrato.

Há também finas películas condutoras, semitransparentes, conectadas aos respectivos terminais (pads), que formam os eletrodos (cátodo e ânodo) e que possibilitam as ligações externas com o semicondutor.

A região ativa é onde é gerada a luz (os fótons) e pode ser feita de uma ou muitas camadas, denominadas respectivamente de QW ou MQW (Multiple Quantum Wells – Múltiplos poços quânticos). A figura 14 dá uma ideia desta estrutura, sem o substrato.

Apesar dos desenhos exagerarem a proporção das camadas, é interessante saber que a junção P, a região ativa e a junção N, juntas, são muito mais finas que o substrato, pois correspondem a aproximadamente 4% deste. Em média, temos 100μm para o substrato e 4μm para o restante (camada P, região ativa e camada N somadas). A medida de 100μm (micrômetros) corresponde a um décimo de milímetro (0,1mm). A figura 15 mostra ampliações sucessivas de um LED comum, onde é possível perceber estas diferenças. Nesta figura, o substrato não é citado e aparece apenas na primeira ampliação (faixa branca, abaixo da camada N verde).

Figura 15 – LED em ampliações sucessivas. Fonte: A Global Village [43].

Assim, as tecnologias empregadas pelos fabricantes de chips LED não mudam estas características básicas (o princípio de funcionamento de todos os LEDs é o mesmo). As diferenças concentram-se no tipo de montagem, na melhoria da adesão entre as camadas, no aumento da eficiência luminosa, na menor geração possível de calor, na estabilidade e na qualidade da cor, na garantia do funcionamento de longo prazo, na tolerância a altas temperaturas, na redução da tensão de trabalho, etc.. Por isso que os substratos, o número de camadas, os materiais com os quais elas são constituídas, o formato (shape) e os processos de construção dos semicondutores LED mudam bastante conforme o fabricante.

Lembrando que estamos falando apenas da pastilha semicondutora, não do seu invólucro.

Os processos de fabricação dos semicondutores LED podem ser divididos em 3 arquiteturas principais, que sintetizam as mudanças ocorridas internamente nos LEDs, desde a sua criação. Apesar disso, a nomenclatura aqui utilizada não é consenso, nem mesmo a polaridade, pois há tantos modos de fabricar os semicondutores que é difícil agrupá-los.

Qualquer pequena diferença o fabricante a batiza com um novo nome e a registra em patentes. Isto causou muita confusão quando estudei este assunto, pois cada empresa alega que a sua tecnologia é a melhor e que está revolucionando o mercado. Com a leitura continuada, as coisas começaram a clarear e foi possível identificar o que realmente fazia diferença. Por isso, estou retratando as características mais recorrentes e inovadoras que observei nas publicações sobre os semicondutores LED, até este ano de 2015.

O primeiro modelo é o LED de estrutura lateral (LLED – Lateral LED chip architecture), que tem os dois contatos na face superior e um substrato isolante, geralmente safira (Al2O3). O LLED precisa ter os eletrodos semitransparentes ou deve implantar uma janela de irradiação para que possa emitir luz adequadamente. Esta arquitetura aparece na patente do LED azul [46] e evoluiu de diversas maneiras. A figura 16 mostra a composição e algumas variações do LLED.

O segundo modelo é o LED de estrutura vertical (VLED – Vertical LED chip architecture), que apresenta um terminal superior e outro inferior. O terminal superior continua dificultando a emissão luminosa. O VLED não pode usar substrato de safira, pois necessita de uma base condutora de eletricidade.

A arquitetura VLED é usada há muito tempo, desde os LEDs vermelhos em substrato de silício (silicon). Hoje, há substratos de carbeto de silício (SiC – silicon carbide) [47] e de liga de alumínio-grafite [48], dentre outros.

A arquitetura VLED, associada a substratos bons condutores de calor, mostra-se promissora para o desenvolvimento de LEDs de alta potência [49]. A Cree [50], por exemplo, fabrica vários modelos de chips com carbeto de silício. O carbeto de silício é amplamente conhecido como material abrasivo (rebolos de esmeril, lixas, pedras de amolar), obviamente sem a pureza necessária para a eletrônica. Há dois bons textos sobre este composto, provenientes do ITA [51] e da UFRJ [52]. A figura 17 ilustra alguns modelos de VLED, bem como sua estrutura.

Na figura 18 aparece um LED SMD da Everlight, do tipo RGB (que emite separadamente as cores vermelho(R), verde(G) e azul(B) para formar o branco). Ali estão 3 pastilhas semicondutoras: a mais escura, com somente um terminal no topo é a vermelha (VLED). As outras duas têm dois terminais cada uma, soldados no topo (LLED). Apesar da excelente foto, não é possível perceber a espessura da região semicondutora, especialmente o degrau dos LLEDs (mostrado no desenho da figura 16), comprovando que a camada P e a região ativa são realmente muito finas.

Para comparação, também fotografei um LED RGB, com um microscópio USB comum, à venda na internet (figura 19). A qualidade da imagem não chega nem perto da anterior, mas minha intenção é destacar a região ativa e a cor de cada pastilha semicondutora. Os chips foram ligados individualmente, com corrente apenas suficiente para que cada um ficasse fracamente iluminado.

Na figura 20, temos uma imagem de microscópio eletrônico, mostrando um LED de perfil, emitindo luz. A região ativa é somente aquela linha iluminada, onde os fótons são gerados.

O terceiro modelo de LED semicondutor, mais recente (para 2015) é o flip-chip LED (FCLED) que, como o nome sugere, usa um chip invertido. Na prática, é quase um chip LLED, por isto há dois contatos do lado inferior, junto da placa. Mas há alterações importantes no modo de propagar a corrente pelo semicondutor (figura 21). Este modelo melhora a extração da luz, pois o substrato de safira pode ser removido parcial ou completamente (daí acrescenta-se ao nome do chip o termo thin-film – filme fino: TFFC-LED). Com isso, a espessura de um FCLED pode ser muito pequena, algo em torno de 4μm. A proximidade da área ativa do chip com sua base ajuda na dissipação de calor, melhorando mais uma vez a eficiência.

A arquitetura FCLED, por empregar a ligação somente por circuitos impressos, tende a baratear muito os custos de produção, pois reduz a complexidade do encapsulamento, diminui o consumo de fósforo e não utiliza o fio de ouro para as conexões.

Além disso, o FCLED permite montar arranjos com os componentes mais próximos entre si, podendo formar painéis que emitem luz difusa e reduzem o efeito de luz dura, típico dos LEDs de emissão pontual. Os novos LEDs COB (Chips On Board – pastilhas sobre placa) são um perfeito exemplo de emissores de luz difusa, apesar de nem todos os fabricantes empregarem LEDs tipo flip-chip na sua construção. As figuras 22, 23 e 24 trazem alguns modelos de LEDs COB. Aliás, os filamentos LED também são um tipo de componente COB, apesar de alguns fabricantes chamarem de COG (Chips On Glass – pastilhas sobre vidro).

O FCLED poderá futuramente fazer parte de alguma linha “wearable” (vestível). Imagine uma roupa (ou parte dela) que troca de cor ou de brilho conforme o desejo pessoal… Já tem aparecido um esboço disso no mercado, vide a página da Adafruit [57]. Outro uso facilitado pelo LED flip-chip é a emissão de luz ultravioleta, por causa da retirada do substrato.

Os FCLEDs até poderiam ser montados em filamentos, só que neste caso a placa ficaria com o circuito impresso (rever a figura 22) e dificultaria a emissão de luz naquele lado, o que imporia aos FCLEDs quase os mesmos desafios dos LLEDs. Pastilhas maiores e trilhas semitransparentes poderiam minimizar esta deficiência.

Em 2015, na maior parte dos LEDs existentes no comércio, especialmente nos de baixo custo, utiliza-se os chips LLEDs. Apesar de 20% da área de iluminação ser ocupada pelos eletrodos, eles são extensamente utilizados nas fitas LED e naqueles LEDs tradicionais, aplicados como indicadores em equipamentos. Aparentemente, os LLEDs também são montados nos filamentos LED, como pode ser visto num deles (figura 25), decapado por ácido. A página do ElectronUpdate [56] comenta uma dúvida que o pesquisador tinha: estaria um chip de silício sobre uma base de safira? Ele fez um vídeo, de onde foi extraída essa imagem. O que restou dos chips após a decapagem pode ser comparado aos LEDs verde e azul das figuras 18 e 19.

Os três tipos de chips LED geralmente tem uma camada espelhada junto do substrato, de modo a aumentar sua eficiência luminosa numa direção específica. Mas como os filamentos LED necessitam de irradiação em 360°, é provável que qualquer chip utilizado para filamentos LED não venha com esta camada refletora. É apenas uma suposição minha, pois detalhes deste tipo são pouco divulgados pelos fabricantes.

Percebe-se que cada arquitetura de construção de semicondutores LED têm características que são mais favoráveis a determinados usos. Em razão do contínuo desenvolvimento do setor de iluminação de estado sólido, cuja tendência é propor soluções de iluminação para todos os campos do conhecimento humano, ainda temos muito chão pela frente nesta área. O cavalo está selado e andando, é só montar…

As frequentes atualizações tecnológicas propagam-se rapidamente entre os fabricantes, como por exemplo a texturização de superfícies, que aumentou incrivelmente a eficiência luminosa dos LEDs e também é utilizada para minimizar incompatibilidades entre determinadas camadas. As técnicas empregadas para texturizar os materiais são as mais diversas possíveis, desde a corrosão por agentes químicos, o uso do laser e, mais recentemente, da nanotecnologia. A figura 26 ilustra uma texturização feita por nanotecnologia. A empresa Glō [58] afirma esta configuração poderá gerar LEDs de luz branca verdadeira, que não usarão a conversão por fósforos. Se isto for alcançado, os LEDs darão outro salto de eficiência: serão os nLEDs (nanoLEDs).

O desenvolvimento dos semicondutores LED é um assunto fascinante e tem novidades a todo momento, infelizmente não é possível abordar todos os aspectos desta área, neste já longo artigo sobre os filamentos LED…

Quem quiser conhecer outros detalhes a fabricação de chips LED, poderá acessar as referências [59] a [71]. Há um artigo em português, de Fábio Stasiak, da SET [59], que aborda as características dos LEDs. Os textos restantes são em inglês.

Uma das mais completas páginas sobre a iluminação de estado sólido é a do Instituto Politécnico Rensselaer [60], de Nova Iorque, que tem excelentes materiais para estudo dos LEDs. O melhor deles é o livro “Light-Emitting Diodes”, de E. Fred Schubert, mas no link estão disponíveis somente as imagens (já bastante explicativas). O livro completo (virtual) está à venda na Amazon.

Outra publicação interessante é o livro “Light-Emitting diodes and lighting”, de Wiley-VCH, em cuja referência há uma amostra da qualidade da publicação.

Neste ponto do texto, estamos cientes das características dos semicondutores LED, que serão montados no filamento. O próximo passo é conhecer a condutividade térmica, pois ela é essencial para compreendermos o que se passa na base dos filamentos LED.

Condutividade térmica

Uma eficiente base de filamento LED deve fazer com que o calor produzido nos chips seja escoado para longe deles, numa velocidade tão alta quanto possível. A transferência de calor nestes semicondutores tem que ser mais rápida do que sua geração, o que possibilita manter uma temperatura constante e razoavelmente uniforme em todo o conjunto, num patamar aceitável, a depender somente da corrente de trabalho. A utilização de baixa corrente nos chips dos filamentos LED evita geração de calor em demasia.

Se o calor gerado no filamento LED for mais intenso que sua retirada, ocorrerá uma elevação gradual da temperatura, até um dos chips falhar, queimando o componente. Tem um doido (brincadeira) que fez isto com um filamento: o Mike Harrison tascou-lhe uma corrente 5 vezes maior que a admissível, fritando-o, como é possível ver neste vídeo, do blog dele, o Electronupdate [24][72]:

Existem três formas básicas de transferência de calor: convecção, radiação e condução. Imagine uma panela cheia d’água no fogo. Ela apresenta estas três formas: o fogo (radiação), o cabo que esquenta (condução) e a água que aquece uniformemente (convecção). Elas são muito bem explicadas nos slides do professor José Pedro Donoso, da USP [73], vale a pena dar uma olhada.

No caso dos filamentos LED, a retirada de calor é feita por condução (base do filamento LED mais a fiação) e pela radiação (calor dissipado no ar). O gás no interior da ampola pode ajudar a radiação de calor e desempenha, portanto, um papel importante no arrefecimento, como veremos na abordagem do bulbo de vidro, mais adiante. A condução de calor, por sua vez, pode ser medida pela grandeza condutividade térmica.

Chamamos de condutividade térmica a rapidez com que o calor é transmitido num material O termo condutibilidade térmica é praticamente a mesma coisa, com a diferença que considera também o calor transferido por radiação e convecção. Condutividade térmica, segundo a página da Físicanet [74], é uma determinada quantidade de calor Q, transmitida através de uma espessura L, numa direção perpendicular à superfície A, devido a uma variação de temperatura ΔT (delta T), quando a transferência de calor deve-se somente à variação de temperatura (ufa!). Isto resulta numa fórmula simples, mas que aqui não vem ao caso.

A condutividade térmica é expressa pela letra λ (lambda), segundo a NBR 15220. Mas na internet há referência à condutividade térmica com a letra grega K (kappa). Para compreender as unidades envolvidas no cálculo desta grandeza, o laboratório Protolab [75] tem um texto simples, que mostra como chegar a ele. Geralmente, a condutividade térmica de um material é especificada em W/m.K (Watt por metro vezes temperatura Kelvin), para uma temperatura do material de 27°C (300K). O inverso da condutividade térmica é a resistividade térmica.

A condutividade térmica não tem um valor fixo, pois o coeficiente muda conforme a temperatura. Isto pode ficar mais visível ao observarmos a figura 27, que mostra a variação da condutividade térmica para diversos materiais e temperaturas. O ferro, por exemplo, diminui a condutividade térmica até 1000K (aproximadamente 727°C), depois comporta-se de modo inverso.

A figura 28 exibe um gráfico comparativo da condutividade térmica de sólidos, líquidos e gases, é muito prática para termos uma ideia das proporções. O gráfico é proveniente da disciplina de Fenômenos de Transporte II, da professora Sílvia Maria S. G. Velásquez, da Escola de Engenharia Mackenzie [76].

E a tabela I exibe os valores de condutividade térmica de algumas substâncias. Esta lista foi montada a partir de diversas fontes ([77] a [87]), com uma certa dificuldade. É que há muitas diferenças entre as tabelas dos autores, nem para os metais puros há um consenso nos valores. Cada laboratório parece chegar a medições diferentes e muitas vezes, não sabemos como os dados foram tabulados. Deste modo, os valores da tabela I podem ser considerados os mais recorrentes ou um valor médio, mas não são categóricos, absolutamente. Servem apenas para dar uma ideia do comportamento de cada substância. A tabela está ordenada em duas colunas, pela condutividade térmica decrescente (do melhor condutor de calor para o isolante).

A Kyocera [86], empresa japonesa de alta tecnologia, tem uma tabela de condutividade térmica de produtos cerâmicos, dedicados à indústria eletrônica. Alguns deles fazem parte da tabela I.

Um recurso para conhecer melhor os elementos químicos é dispor de uma tabela periódica virtual, como a que o interessante SDHO Blog, de Sérgio Oliveira [88], disponibiliza. É um arquivo executável (sem instalação), onde pode ser escolhida a característica a visualizar. O computador só precisa ter java instalado.

Utilizam-se materiais com altos valores de condutividade térmica (cobre, alumínio, grafite, prata) na construção de dispositivos que precisam carrear rapidamente o calor para longe de sua fonte ou para uniformizá-lo, como nos fundos de panelas, nos dissipadores de calor, nas pastas térmicas e nas tubulações dos trocadores de calor.

Certos óleos também servem como eficientes trocadores de calor, pois são utilizados para resfriar metais durante a têmpera, em vez da água. Nos motores a explosão, o óleo é essencial para manter a temperatura sob controle, junto aos pistões. Carros mais novos têm um sistema de arrefecimento com radiador de óleo. Nos transformadores de distribuição de energia elétrica, os óleos, além de isolantes (elétricos, não térmicos), ajudam a irradiar o calor para o ambiente, através de aletas que efetuam a convecção natural. Por isto que os transformadores das ruas tem aqueles tubos e/ou placas ao redor deles (figura 29).

Alguns materiais especiais, como o grafeno e o grafite pirolítico, este último usado na aviação e nas experiências com supercondutores [90][91], têm características muito peculiares: apresentam alta condutividade térmica somente no sentido paralelo à superfície. No sentido perpendicular, exibem baixa condutividade térmica. A diferença é tão grande que eles podem ser usados como filtros térmicos em gabinetes de alta tecnologia (como notebooks top de linha).

Já os materiais de baixa condutividade térmica são empregados como isolantes em garrafas térmicas, estufas, geladeiras, fogões, onde têm a função de retardar a transferência de calor. Nesta classificação temos, por exemplo, a madeira, o papel, o gesso, o ar, a lã de vidro ou de rocha, o isopor (poliestireno expandido), a vermiculita, dentre outros. Os materiais isolantes térmicos geralmente são leves, pois encerram em si grandes quantidades de ar.

Para demonstrar na prática o que é condutividade térmica e o que são materiais bons ou maus condutores de calor, fiz um experimento.

ATENÇÃO: Se aquele que estiver lendo este artigo desejar efetuar o experimento descrito a seguir, devo alertar para o risco de QUEIMADURAS, se não forem tomados os cuidados necessários. Por precaução, encha uma bacia com água fresca, onde possa mergulhar as duas mãos de uma vez. Mantenha a bacia a seu lado enquanto fizer o experimento. Faça a experiência em local amplo e longe de materiais inflamáveis, de preferência numa calçada ou piso cerâmico.

PRIMEIRO, ASSISTA AO VÍDEO ABAIXO e se ainda quiser fazer o experimento, siga as regras acima.

Material necessário (figura 30): um prego grande, de ferro (o mais comum); um pedaço de fio de cobre e um pedaço de fio de alumínio, ambos desencapados, com aproximadamente o mesmo diâmetro e comprimento do prego; bacia com água; lamparina a querosene; isqueiro; fita adesiva; termômetro digital com sensor tipo termopar.

O cobre, o alumínio e o ferro são metais com diferentes condutividades térmicas. Dos três, o cobre é o melhor condutor térmico, ao contrário do prego de ferro. Enquanto o ferro conduz calor a 80W/mK (um valor não muito baixo), o alumínio alcança 230W/mK e o cobre pode chegar a 380W/mK, todos a 27ºC (300K). Ou seja: o cobre é quase 5 vezes mais rápido que o ferro para transportar calor.

Para comprovar esta diferença, coloquei na extremidade do prego o sensor de temperatura do termômetro e prendi com uma fita adesiva. Aqueci a outra extremidade na lamparina. Demorou algum tempo para a temperatura acusar uma variação significativa. Assim que ultrapassou de 40°C, soltei o sensor e mergulhei o prego na bacia com água. Estes passos foram repetidos com o fio de alumínio e com o fio de cobre, nesta ordem (da condutividade térmica mais baixa para a mais alta). Muito cuidado neste momento, pois o cobre e o alumínio transmitem rapidamente o calor de um lado ao outro.

É fácil queimar-se, pois a condutividade térmica dos metais também aumenta junto com a temperatura, apressando o aquecimento.

Se porventura, apesar de todos os meus avisos, você houver se queimado, imediatamente apague o fogo e mergulhe a região queimada na água da bacia, deixando de molho por pelo menos 15 minutos. Geralmente, queimaduras leves são aliviadas com este tempo dentro d’água e não deixam dores. Mas se após este tempo a queimadura continuar ardendo, melhor procurar auxílio médico.

Para quem não quer arriscar, fiz um vídeo onde mostro este experimento, com um termômetro digital. É mais seguro e menos doloroso:

Outra opção é fazer como indica uma ótima aula no Portal do Professor do MEC [92], disponível para download, da autoria de José Ângelo de Faria. Ele demonstra um experimento semelhante, mais simples e barato, que usa tachinhas presas com cera de vela nos fios, em vez de usar o termômetro. Ao aquecerem, elas caem, uma a uma, numa velocidade diretamente dependente da condutividade térmica do metal.

Para finalizar a abordagem sobre condução térmica, vamos tratar do isolamento térmico.

Pensemos, por exemplo, no papel. A tabela acima informa que ele tem uma condutividade térmica de 0,33. Como este valor é muito baixo, o papel é considerado um isolante térmico. Pode-se colocar fogo numa folha e segurá-la adequadamente, sem se queimar, pois o papel quase não conduz o calor das chamas.

A partir desta informação, vamos a outro exemplo: suponhamos que temos que transportar um congelado numa longa viagem. Para levar a cabo a tarefa, necessitamos de uma embalagem que tenha ótimo isolamento térmico. Podemos construí-la facilmente, usando jornais velhos.

Para isso, é preciso montar um pacote com várias camadas de jornal comum, de preferência com as folhas mal sobrepostas umas às outras, de modo a deixar muitos espaços de ar entre as folhas. Tomando cuidado para evitar vazamentos, esta embalagem pode durar várias horas e manter o congelado intacto, dependendo da quantidade de papel utilizado. O ideal é sobrepor as camadas de papel em várias direções, sempre cuidando para não deixar nenhum lado dos congelados exposto. Uma vez fiz um pacote tão espesso que o congelado durou oito horas de viagem, num dia de verão, sem ar-condicionado.

O isolamento térmico é mais eficiente quando o calor precisa atravessar várias camadas de materiais de diferentes densidades (várias trocas de meios de propagação: o ar, pouco denso e o papel, mais denso). No caso do pacote, é o ar e o papel, conjugados em múltiplas camadas, que formam a barreira isolante. Para quem quiser experimentar, mais algumas dicas: 1) o papel molhado é péssimo isolante de calor; 2) aqueles folhetos de lojas, em papel encerado, não isolam bem, são piores que o jornal; 3) se precisar embalar mais de um congelado, é melhor juntá-los antes e fazer só um pacote, que aguentará mais tempo do que pacotes individuais; 4) esta embalagem também serve para manter algo aquecido, como um frango…

Embora a condutividade térmica seja importante para determinar o comportamento de um material com relação à temperatura, ela não é suficiente para explicar todos os fenômenos da troca de calor.

Por exemplo, a difusividade térmica é a capacidade de um material absorver energia térmica [93]. Esta propriedade é que causa aquela sensação de frio ou calor quando tocamos superfícies que estão à temperatura ambiente, como o granito ou a madeira, respectivamente. A difusividade é uma variável mais importante do que a condutividade térmica para o setor da construção civil, porque expressa a capacidade dos materiais amortecerem de modo natural as oscilações de temperatura.

Além da condutividade e da difusividade térmica, há muitas outras variáveis envolvidas nos fenômenos térmicos, que não serão abordadas aqui. É que além de ser um assunto complexo, ele foge da minha área e alongaria desnecessariamente o artigo (já está grande demais…). Apenas considero necessário informar que, com o que vimos até o momento sobre a transferência de calor, não é possível explicar determinados comportamentos, como os dois exemplos a seguir.

O primeiro, uma comparação entre o isopor e a lã de vidro. O isopor tem menor condutividade térmica, mas é muito inferior à lã de vidro como isolante térmico. A lã de vidro consegue fazer uma barreira que dificilmente é transposta pelo calor. Na época em que viajava de motocicleta, eu colocava uma bolsa térmica (fabricada com forro de lã de vidro) amarrada na garupa, exposta ao sol. A bolsa guardava comida e água para a viagem e mesmo no verão, a temperatura dentro dela era muito baixa. Tinha tentado fazer o mesmo com uma caixinha de isopor, mas o resfriamento durava 1 hora, quanto muito.

Provavelmente, além da condutividade térmica, as diferentes curvas de condutividade dos materiais e o tipo de percurso que o calor precisa transpor para chegar ao outro lado, implicam na qualidade do isolamento. No geral, a lã de vidro é melhor que qualquer plástico. E a lã de vidro (ou lã de rocha) jamais pega fogo.

O segundo exemplo talvez tenha maior relação com a mecânica dos fluidos (líquidos e gases): apesar do óleo para motores de automóvel exibir uma condutividade térmica muito menor que a da água, o comportamento percebido é contrário ao que indicam tais valores. É que, quando aquecemos um metal e após o soltamos numa lata com óleo mineral para motores, todo o óleo do recipiente aquece imediatamente. Se fizermos o mesmo com a água, ela borbulhará e mal mudará sua temperatura. Por isto que a têmpera de metais geralmente é feita com óleos.

De todo modo, para os materiais sólidos a condutividade térmica parece a característica mais importante para indicar o comportamento térmico, até porque é a variável mais citada nos textos referentes aos semicondutores e filamentos LED.

Para mais informações sobre a condução de calor, além das referências já citadas, vem do IFBA (Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia) um divertido trabalho do professor Diógenes Gaghis [94], que aborda a transferência de calor, inclusive ele tem muito material sobre os trocadores de calor. E nas referências [95] a [97], são encontrados alguns métodos de medição da condutividade térmica.

Agora que sabemos o que é condutividade e isolamento térmico, podemos avaliar a qualidade das composições utilizadas para formar o filete dos filamentos LED.

A lâmina do filamento LED

Apesar de funcionarem com baixa corrente elétrica, a soma de todos os chips de LEDs, num trecho muito estreito e curto como o filamento LED, impõe alguns pequenos desafios para a dissipação de calor. Deste modo, além de cuidar da corrente máxima de trabalho e de utilizar LEDs mais eficientes, é necessária uma adequada arquitetura de arrefecimento.

No caso dos filamentos LED, não há muito o que fazer: ou o calor é extraído por condução, pela base dos chips em direção aos terminais, ou irradiado pelo ar. A primeira opção é mais eficiente, portanto é preciso utilizar materiais bons condutores de calor para a base e para as conexões. Dependendo do fabricante, a lâmina utilizada para montar o filamento LED pode ser transparente (safira, vidro), translúcida (cerâmica) ou opaca (metais, como o cobre e bronze).

Destes materiais, os que proporcionam melhor dissipação térmica são os metais, mas sua opacidade dificulta a irradiação luminosa de 360° (ou próximo disto), justamente a principal característica dos filamentos LED. Para driblá-la, os fabricantes utilizam uma lâmina toda perfurada. A Yunsun [98] utiliza como base o bronze (figura 31), pois segundo ela este metal tem custo baixo, quase igual ao do vidro. Outros utilizam o cobre, melhor condutor de calor. A base metálica destes filamentos LED pode, inclusive, proporcionar alguma flexibilidade, especialmente se a cobertura de fósforo for macia (rever figura 10).

Em cima da base do filamento LED são coladas as pastilhas de LEDs, numa fila, que facilita a ligação em série. Estas ligações são feitas com fio de ouro, que é soldado de um semicondutor a outro, como mostra a figura 32. Inclusive, esta é a maneira que a Runlite chinesa colocou em sua patente do filamento LED [100] [101] (figura 33, que foi colorizada para facilitar a visualização). O blog Bigclive [102] mostra, num vídeo, a maneira de montar o filamento LED em base metálica.

Mas estes desenhos não mostram onde estão os diodos de proteção, indispensáveis neste tipo de configuração, devido à tensão de alimentação elevada. Uma solução elegante e muito eficiente seria cada chip LED dispor de seu diodo de proteção, internamente. Outra opção seria fazer ligações adicionais, com diodos externos, como parece ser o caso daqueles 2 pontinhos pretos em cada filamento LED da figura 9 (isto é apenas uma suposição). Na seção sobre a ligação dos filamentos LED, abordo os diodos de proteção com mais detalhes.

Para quem não sabe os motivos de se utilizar ouro para soldar semicondutores, cito alguns: o ouro (Au) é o melhor metal condutor de eletricidade (pode ter pequena bitola), nunca oxida e é muito maleável, o que facilita o processo de soldagem. Além disso, a quantidade utilizada é muito pequena. Cada semicondutor usa em torno de 1mm de um fio mais fino que o cabelo humano.

Mesmo assim, no caso da reciclagem dos eletrônicos, a quantidade de ouro acumulada por tonelada é muito maior do que a obtida na mineração. O mesmo vale para vários outros metais presentes nestes equipamentos, como alumínio, estanho, prata, zinco, cobre, chumbo, lítio, cádmio, níquel, cobalto, nióbio, titânio, gálio, índio, etc. O que dificulta a reciclagem são as formas de separação destes metais, pois além da complexidade técnica há patentes para vários processos envolvidos, o que aumenta os custos.

Dos materiais transparentes e translúcidos, o vidro (glass, em inglês) é o pior deles, pois está mais para isolante térmico, devido à sua reduzida condutividade térmica (2W/mK, no máximo). E as lâminas de vidro tem que ser mais espessas, cerca de 2mm, contra 0,8mm dos outros materiais. É que o vidro, além de ser o mais barato, é também o mais frágil deles e pode trincar com o aquecimento excessivo.

A safira é mais transparente que o vidro e bem melhor que ele para dissipar o calor. Segundo a japonesa Kyocera Ceramics, que em sua tabela [86] classifica este material como cerâmico, a safira tem uma condutividade térmica de 41W/mK. É um cristal muito duro e resistente e custa quase 3 vezes mais que o preço do vidro. A safira risca o vidro, mas o vidro não risca a safira. As lâminas dos filamentos LED de boa qualidade são de safira. Ela também é utilizada como substrato da grande maioria dos chips de LEDs brancos.

A cerâmica comum pode alcançar uma condutividade térmica semelhante à da safira – 30W/mK -, a um custo intermediário entre os dois materiais transparentes. Entretanto, a popularização dos LEDs COB (Chips on Board) trouxe um intenso desenvolvimento para a área da cerâmica e já existem compostos que conseguem dissipar o calor melhor que alguns metais. É provável que o custo aumente em razão disso. Os materiais cerâmicos geralmente tem aparência leitosa ou branca, mas algumas fábricas, como a chinesa Cheering Sun [103], produzem peças translúcidas, como é possível observar na figura 34.

O carbeto de silício, por exemplo, é um material cerâmico de alta tecnologia. Ele é muito mais eficiente na transferência de calor que a safira e está em franca expansão na fabricação de LEDs de potência (figura 35), mas é mais caro que ela. Segundo a Kyocera Ceramics [86], o carbeto de silício dissipa 200 W/mK, melhor que até que o bronze. Mas a Xiamen [104] informa que o wafer de carbeto de silício 4H deles alcança 490W/mK, tão bom quanto o cobre! Apesar de conduzir eletricidade, ele poderá futuramente substituir com vantagens os metais nos filamentos LED, por conta da excepcional capacidade de dissipação de calor.

Por outro lado, alguns artigos no exterior criticam o uso do vidro para a base de filamentos LED, já que os coeficientes de expansão térmica dos chips LED e do vidro são muito diferentes, levando ao aparecimento de defeitos em pouco tempo.

Neste caso, considero que os filamentos LED com lâmina de vidro deveriam funcionar sob corrente ainda mais baixa que os usuais 10mA, pois quando a corrente diminui há menor geração de calor, consequentemente reduzindo o estresse sobre os materiais.

Apesar disso, o baixo custo é um forte atrativo e vários fabricantes produzem filamentos LED com base de vidro. Algumas empresas produzem bulbos com os filamentos LED a trabalhar muito próximos de seus limites máximos de corrente e tensão, o que também impacta na durabilidade.

A vida útil dos LEDs e o decaimento

A corrente de trabalho é a principal característica que diferencia os ciclos de vida dos diversos filamentos LED, pois eles costumam variar de 10 mil a 50 mil horas, dependendo do fabricante. Isto significa entre 3 e 17 anos de durabilidade para uma lâmpada LED ligada por 8 horas diárias, todos os dias.

E a durabilidade pode ser bem maior, pois existem LEDs de alta qualidade que alcançam 100 mil horas de vida útil, quando manejados apropriadamente. Esta vida útil pode ser garantida quando a corrente e a temperatura de trabalho ficam dentro de certos limites, especificados pelo fabricante. Além disso, estes dispositivos devem ser protegidos de fatores externos, como o ingresso de umidade no componente, que pode encurtar significativamente o ciclo de vida [105].

Por exemplo, para conseguir 30 mil horas de expectativa de vida e manter 90% do fluxo luminoso durante este tempo, a temperatura da junção dos LEDs deve ser mantida sempre abaixo de 85°C [106].

Mas a temperatura baixa não é suficiente para manter o LED funcionando bem por tempo prolongado. Mesmo com um arrefecimento adequado, todos os LEDs sofrem com o efeito do decaimento, ou LED droop.

É que quando o LED trabalha sob altas correntes, há uma redução geral de sua eficiência, mesmo quando são mantidas baixas temperaturas na junção semicondutora. Há um interessante artigo sobre o LED droop no IEEE Spectrum [107]. Passados 6 anos da publicação, feita em 2009, ainda não há consenso para a explicação do fenômeno, apesar dos intensos estudos.

Aparentemente, a mais promissora explicação é da Philips Lumileds, que atribui o droop ao fenômeno físico chamado recombinação Auger, que é um processo não-radioativo – não emite luz – de transferência de energia, proveniente da recombinação de elétrons e lacunas para um terceiro portador de cargas.

Por sua importância para deslanchar de vez a iluminação LED para qualquer finalidade, há vários pesquisadores no mundo todo que tentam desvendar o efeito do LED droop. Isto cria uma situação de sinergia (e competição, afinal há possibilidades de gordas patentes), onde as diferentes abordagens para o problema poderão encaminhar em breve a uma detalhada explicação do fenômeno. As referências [108] a [111] tratam com mais profundidade o problema do decaimento LED.

Não há milagre, portanto. No estágio atual de desenvolvimento, baixas correntes de trabalho nos semicondutores LED implicam em MAIOR eficiência luminosa e maior durabilidade.

Aqui ficam evidentes algumas vantagens dos filamentos LED, quando apropriadamente instalados:

– Temperatura de trabalho abaixo de 85°C;

– Não sofrem o efeito da umidade, por causa do bulbo;

– São mais eficientes que os outros LEDs, pois exibem pequeno decaimento, por conta da baixa corrente de trabalho;

– Deveriam ser mais baratos, pois utilizam circuitos eletrônicos mais simples e não precisam de dissipadores.

Agora que enxergamos os filamentos LED por dentro, veremos porque eles são amarelos por fora.

A camada de fósforo

Todo LED branco é, internamente, um LED azul (até 2015, ao menos). Para que enxerguemos a luz branca, é depositada ao redor da área de emissão do LED uma camada de partículas sólidas amareladas, chamadas de fósforos (figura 36). O fósforo emite luz visível quando exposto a radiação de uma fonte de azul profundo, ultravioleta ou feixe de elétrons.

Como os filamentos LED são montados com os semicondutores muito próximos uns dos outros e precisam irradiar a luz em todas as direções, é comum utilizarem uma camada de fósforo comum a todos os chips.

As partículas de fósforo geralmente impregnam uma resina (epóxi ou silicone), formando uma película quase totalmente opaca, mas que deixa trespassar um pouco de luz azul.

A luz branca que vemos nos LEDs é, na verdade, uma mistura de duas cores principais: a luz do LED que foi convertida pelo fósforo em amarela, mais a fuga direta de luz azul. A figura 37 traz um exemplo de filamento LED, fracamente alimentado, onde é possível perceber a tonalidade azul dos LEDs através do fósforo.

Há também outros tipos de fugas de luz azul, indesejáveis. Certos filamentos LED podem apresentar uma cobertura de fósforo imperfeita, que causa falhas como a da figura 38, onde um lado irradia uma cor amarelada e o outro, azulada. Em filamentos LED utilizados muito aquecidos, pode ocorrer o trincamento da camada de fósforo, gerando fugas de luz através dos vãos. Estas fugas pioram o índice de reprodução de cores (IRC).

Um artigo da Yunsun [28] afirma que a deposição de fósforo em todo o perímetro do filamento, apesar de torná-lo mais gordo e menos eficiente, impede vazamentos indevidos de luz azul.

Os fósforos são compostos múltiplos, uma mistura de diversos tipos de partículas, onde cada uma ressoa numa cor específica. Tanto a qualidade destas partículas quanto a composição ao misturá-las é que determinam a qualidade da cor branca final. A figura 39 mostra, por exemplo, potes com várias tonalidades de fósforos, da empresa Luming Group [112]. Na figura 40, tem um gráfico indicando as frequências de ressonância (cores) de cada fósforo da empresa.

Conforme artigo da Compound Semiconductor [114], apesar de ser possível fabricar fósforos com compostos orgânicos, em 2015 todos os fabricantes comerciais de LEDs brancos utilizam fósforos inorgânicos, muito mais robustos.

O fósforo dos LEDs geralmente é composto por cristais dopados com pequena quantidade de um ou mais íons “ativadores” (átomos de terras raras – lantanídeos). A conversão de cor resulta das transições eletrônicas entre estes íons, mas ela traz diversas perdas, especialmente na faixa do vermelho.

É que a energia das cores próximas do vermelho é menor que as da outra ponta do espectro visível (o azul), por isso aquelas não conseguem excitar tão intensamente os fósforos. Para compensar esta deficiência, alguns fabricantes adicionam chips vermelhos junto dos LEDs brancos.

Há também uma parcela de perda de energia emitida na região do infravermelho próximo (calor). Neste caso, estão em desenvolvimento fósforos vermelhos com emissão de banda estreita (narrow-band phosphors), para evitar que irradiem naquela faixa, que é invisível aos humanos (ler referências [115] até [118]).

Em razão destas perdas, os LEDs que emitem luz semelhante às incandescentes (classificada como branco quente, cuja temperatura de cor é 2700K), geralmente tem uma eficiência de 2% a 15% menor que os LEDs de cor branco neutro (4000K). E estes, por sua vez, tendem a ser menos eficientes que os LEDs de tom branco frio (6500K), em percentuais semelhantes.

Em geral, dois LEDs com o mesmo IRC, um com temperatura de 6500K e outro com 2700K, podem apresentar uma diferença de eficiência de até 25% entre si. Há muitas variações nestes percentuais, dependendo do fabricante. Alguns já exibem mudanças mínimas de eficiência entre os diversos tons de branco.

Muitos fósforos comerciais são bicomponente, consistindo de uma matriz hospedeira de cristal contendo íons luminescentes. Por exemplo, um dos primeiros fósforos utilizados em LEDs brancos foi o grânulo de ítrio e alumínio dopado com cério (YAG – Ytrium Aluminum Garnet). Aqui, os íons de cério, que habilitam a produção do LED branco frio, dopam um cristal base (granada) formado por uma mistura de óxido de alumínio e ítrio. Num sistema bicomponente como este, a matriz hospedeira é de crucial importância, afetando os níveis de energia dos átomos dopantes e determinando a absorção e emissão dos comprimentos de onda do fósforo.

Os fósforos são fabricados sob reações de estado sólido de alta temperatura. Usualmente, sais inorgânicos finamente moídos, de vários elementos, são misturados em proporções estequiométricas e aquecidos a mais de 1000°C. O aquecimento ocorre em fornos que podem manejar de 100 gramas a vários quilogramas de material. Após a reação completa em uma atmosfera neutra, o material é retirado, moído novamente e lavado em água ou solventes que removem quaisquer componentes que não participaram da reação. Após os testes de praxe, o fósforo está pronto para ser empregado nos LEDs.

Para fazer um LED branco, muitos fabricantes preparam uma pasta de fósforo misturada com resinas termoplásticas como o policarbonato ou o silicone, largamente utilizados. Estes polímeros atuam como aglutinadores para manter o fósforo imóvel. Na produção, esta pasta de alta viscosidade alimenta bombas de alta precisão [121], que depositam a quantidade exata em cada encapsulamento LED (figura 41). A cura do revestimento é feita com calor ou ultravioleta, enquanto o conjunto é colocado no vácuo para remover quaisquer bolhas de ar que possam ter se formado.

Um aspecto a considerar é que os filamentos LED de menor custo costumam empregar silicone de baixa qualidade (para formar a resina com o fósforo), o que pode reduzir severamente sua vida útil, caso trabalhem muito aquecidos. Um texto da LEDinside [122] informa que após umas 200 horas de uso, o silicone destes filamentos LED torna-se quebradiço e começam a aparecer trincas, que interrompem as ligações dos LEDs. A figura 42 mostra uma série de falhas num filamento LED, que podem ter ocorrido por sobreaquecimento.

Outras informações sobre os fósforos podem ser encontradas nas referências [123] a [127]. A última, especialmente, é da Wikipedia [127] italiana e traz a composição química dos diversos fósforos, mais as respectivas aplicações.

Continuando a nossa sequência de assuntos, já conhecemos o filamento LED completo, com a cobertura de fósforo, pronto para uso. Veremos quais são as diferenças das antigas lâmpadas incandescentes de tungstênio e porque os filamentos LED são perfeitos para serem montados nos tradicionais bulbos de vidro.

O simbolismo da lâmpada

O símbolo da lâmpada incandescente talvez seja o mais utilizado pela sociedade moderna, desde sua criação há mais de um século, pois é de uso frequente, ainda hoje, em tempos de obsolescência destas lâmpadas. O bulbo sobre a cabeça é associado a uma ideia (eureka!), quando queremos representar aquele lampejo típico de alguma inspiração (figura 43). Cuide que esta figura está atualizada para o novo filamento LED…

Na área do entretenimento é que esta associação tornou-se comum. Segundo o blog Resilient Tough Light [128], o gato Félix, da época do cinema mudo, pelos idos de 1920, eventualmente aparecia nesta situação, para mostrar que havia uma nova ideia (ideia brilhante).

Walt Disney também usou muito este símbolo em seus quadrinhos. Foi até mais longe, pois criou o Lampadinha (Little Helper – Pequeno Ajudante, em inglês [129]), o inteligente assessor do Professor Pardal (Gyro Gearloose), que tem como cabeça uma pequena lâmpada incandescente. O primeiro desenho do Lampadinha saiu em 1956 [130].

É provável que a fama de inventor de Thomas Edison (conhecido como “O mago de Menlo Park”) tenha iniciado esta associação simbólica, pois ele foi o responsável pela popularização da lâmpada e frequentemente era fotografado com algum novo modelo. Inclusive, em uma famosa foto (figura 44) há uma lâmpada iluminada, ao fundo, sobre a cabeça de Edison.

Apesar de muitos falarem que o inventor da lâmpada foi Thomas Alva Edison, isto não é verdade. Antes dele já havia muita experimentação em cima dos filamentos incandescentes. Quase 80 anos antes, Alessandro Volta (Itália), o criador da pilha elétrica, em 1800, já havia exposto na Royal Society (Londres) suas considerações sobre o aquecimento de um fio de cobre. Logo depois, em 1802, Humphrey Davy produziu a primeira lâmpada elétrica com eletrodos de carvão, conectados a pilhas voltaicas. Era a lâmpada de arco elétrico [132].

Na exposição mundial de Paris, em Agosto de 1881, 4 inventores apresentaram suas lâmpadas incandescentes, cuja diferença principal era a composição dos filamentos. Thomas Edison (EUA), com a fibra de bambu; Hiram Maxim (EUA), com o papel; Joseph Swan (Inglaterra), com o algodão; e George Lane Fox-Pitt (Inglaterra), com alguma espécie de capim. A lâmpada de Edison foi considerada a mais eficiente pelo júri da exposição, segundo [133][134].

Alguns historiadores afirmam haver mais de 20 inventores antes de Edison. No entanto, Edison conseguiu traduzir-se em inventor da lâmpada por ter melhorado 3 processos principais, que suplantaram as outras versões: um material incandescente mais durável; o alto-vácuo no bulbo (conseguido após o desenvolvimento de uma bomba de vácuo mais eficiente, por Hermann Sprengel (Alemanha), em 1865); e a grande resistência ôhmica do filamento, que tornou viável a distribuição de energia elétrica a partir de uma fonte centralizada.

Aliado a isso, Edison tinha um astuto e aguçado tino comercial, pois com a ajuda de seu ex-patrão JP Morgan – aquele mesmo, do banco, que fazia parte dos “quatrocentos”, grupo de oligarcas do final do século XIX e início do século XX, segundo o livro do cineasta Oliver Stone [135] – fundou a General Electric (GE), que poucos anos depois tinha em seu poder as principais patentes das lâmpadas elétricas. Com isso em mãos, a GE, através de duas subsidiárias no exterior, formou o cartel Phoebus, que dominou o mercado mundial de lâmpadas por quase 20 anos, entre a Primeira e Segunda Guerra Mundial. Mais detalhes, na seção específica sobre este oligopólio.

Desde a criação das primeiras lâmpadas incandescentes, há mais de um século, o formato dos bulbos de vidro mudou muito pouco. Até mesmo o formato achatado, típico de lâmpadas mais recentes, já era comercializado em 1900, pela Shelby (figura 45). Esta marca foi uma das primeiras a eliminar aquela rebarba da ampola, que formava um bico na superfície do vidro.

Os bulbos são classificados pelo formato, como A19 ou A60. A letra indica a forma do bulbo e neste caso, “A” quer dizer ampola. O número ao lado indica o diâmetro da parte maior do bulbo de vidro. A figura 46 mostra diversos modelos desta classificação.

Aqui pode ser gerada alguma confusão, pois os bulbos A19 e A60 são praticamente idênticos. Ocorre que o tamanho A19 refere-se a oitavos de polegadas (eighths) e o A60, a milímetros. Então, uma polegada dividida em oito partes resulta em 3,175mm para cada parte (cada oitavo). Assim, uma lâmpada A19 tem 19 oitavos (19/8″ = 2″ 3/8 = duas polegadas e 3 oitavos, ou 57,15mm). Do mesmo modo, a lâmpada A60 tem 60mm de diâmetro (exatos 60,23mm).

A regra vale também para o diâmetro das fluorescentes tubulares, retas ou não. Assim, uma fluorescente T8 tem diâmetro de oito oitavos (8/8″ = 1″ = 1 polegada), ou seja, 25,4mm. Para ficar mais claro, a figura 47 mostra uma régua de classificação das dimensões dos bulbos.

A rosca metálica das lâmpadas, denominada parafuso de Edison [141], que faz a conexão elétrica com o soquete, também tem uma padronização que remonta ao século retrasado. Esta rosca é classificada como E14, E26, E27, E40, etc.. “E” significa Edison, com o número posterior a indicar o diâmetro da base metálica, em milímetros. Consultar as figuras 48 e 49, para maiores esclarecimentos.

Eventualmente, pode-se encontrar um número adicional, como por exemplo E27/25 [142], onde o número após a barra indica a altura da base em milímetros. Por isto que algumas lâmpadas têm aquela rosca curta, que impede de encaixar em alguns soquetes pescoçudos.

A rosca E26 é intercambiável com a E27, como demonstra artigo da Lamp Holder [143].  A primeira é o modelo americano e a última, europeu. As normas brasileiras de lâmpadas e soquetes são baseadas no modelo europeu (ABNT NBR IEC 60238:2005 e ABNT NBR IEC 60061-1:1998).

É provável que tenhamos no mercado nacional muitas lâmpadas com roscas E26, que podem ser a causa de algumas delas rosquearem somente uma volta e pouco, enquanto outras têm que ser giradas várias vezes até prenderem ao soquete.

Mas, nas medições que fiz em várias lâmpadas, de todas as marcas possíveis, não encontrei muitas diferenças. Em geral, o diâmetro médio das roscas é de 26,3mm e a altura de 26,8mm.

Para quem quiser mais detalhes, a página da Superior Lighting [139] tem um extenso guia de referência (em inglês) de formatos, tamanhos e modelos de lâmpadas e suas conexões. Outro guia, mais enxuto e bem organizado, é o da página Don’s Notes [144]. Em português, o sítio da Lâmpadas Especiais [145] mostra uma grande variedade de modelos, para usos específicos, como sinalização, odontologia, aeronáutica, marinha, cinema, etc. E a Sadokin [146], tradicional fabricante brasileiro de lâmpadas incandescentes, tem uma extensa linha de lâmpadas especiais, para diversos fins.

Vamos espairecer um pouco: você sabe como os minions (do filme “Meu Malvado Favorito”) trocam uma lâmpada?

As tentativas de imitação das lâmpadas modernas

A criação da lâmpada incandescente impactou de tal forma o imaginário coletivo que os fabricantes dos novos modelos não conseguem suplantá-lo. E talvez nem consigam, porque além do passado longínquo das lâmpadas nos trazer um sentimento de nostalgia e aconchego, o formato das incandescentes foi muito bem pensado: numa extremidade tem um ponto de conexão simples, fácil de inserir ou remover. No outro extremo, um irradiador omnidirecional de luz. Para uma fonte de luz substituível, esta concepção de lâmpada poderia ser considerada o “estado da arte” (desenvolvimento que chegou a um máximo, sem tem o que melhorar).

Talvez por isto que todas as novas lâmpadas (sejam fluorescentes compactas ou LED) tentam imitar o velho bulbo de vidro. Os próprios fabricantes também ajudam a não deslanchar de vez os negócios das novas lâmpadas LED: além do preço elevado, elas costumam tem uma geometria de fluxo luminoso muito pior que as incandescentes. Enquanto as lâmpadas incandescentes irradiam luz de forma omnidirecional (360° de cobertura), as lâmpadas LED mal passam dos 180°, pois o resto é ocupado pelo dissipador ou pelo circuito. Observe por exemplo as figuras a seguir.

Resulta que tais lâmpadas deixam uma área escura por detrás, que antes era iluminada pelas incandescentes. Numa lâmpada instalada no teto, isto diminui a eficiência luminosa, pois o forro não ajuda a iluminar o ambiente.

Muitos fabricantes, em suas propagandas de lançamento de lâmpadas LED, informam que “o projeto das lâmpadas incandescentes não mudou nos últimos 100 anos, agora lançamos um novo conceito, que inicia uma nova era, blá, blá, blá..”. E lançam um modelo com um contorno semelhante às incandescentes, tentando parecer-se com elas…

Não tem jeito mesmo. Não são poucas as ideias inusitadas, mas todas elas mantém ou lembram o formato do bulbo original. Há modelos muito estilosos, como aqueles mostrados no blog Ambientalistas em Rede [153], ou estes das figuras 50 a 56. O modelo da GE [154], vendido em pacote de 3 unidades, também é bem interessante, apesar de não existir ainda por aqui.

O problema é que a existência de qualquer obstáculo entre os LEDs e o espectador diminui a eficiência luminosa destas lâmpadas. Seja uma superfície leitosa (figuras 50, 53, 54 e 55), lente acrílica (figura 51) ou até mesmo os cristais de Swarovski, como aquele modelo da LEDO alemã (figura 52 [155] [156]), todas elas mal conseguem alcançar a eficácia de 80 lumens por Watt (lm/W), em 2015. Já os filamentos LED começam em 100 lm/W, existem modelos comerciais com 150 lm/W, quase o dobro da eficácia das outras lâmpadas LED.

Um artigo da Plumen [157] inglesa, conclama a repensarmos inteiramente os conceitos de iluminação, auxiliados pela tecnologia LED, especialmente com os filamentos LED. Eles tinham um modelo muito interessante, que era, até a pouco tempo, uma fluorescente compacta. É a Plumen 002 (figura 56), que foi convertida em modelo LED, dimerizável. O formato manteve-se exatamente o mesmo. É uma lâmpada de baixa potência, equivalente às antigas de 25W e serve mais para efeito decorativo.

É mais uma mostra das possibilidades dos LEDs, que permitem alto nível de criatividade e poderão realmente revolucionar os conceitos de iluminação. Estamos só no começo.

FIM da PARTE 1

FILAMENTO LED – Conheça e compare – PARTE 2

FILAMENTO LED – Conheça e compare – PARTE 3 (UM MOMENTO!)

Referências da parte 1

[1] LED Inside – MLS builds global LED Lighting Manufacturing base to embrace LED golden age – http://www.ledinside.com/news/2014/11/mls_builds_global_led_lighting_manufacturing_base_to_embrace_led_golden_age

[2] Revista O Setor Elétrico – LED conquista mercado no Brasil e no mundo – http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-revista/edicoes/1610-led-conquista-mercado-no-brasil-e-no-mundo.html

[3] Smartlighting – Mckinsey – Lighting the way: Perspectives on the global light market (2012) – http://www.2012.smartlighting.org/pdf/MCKINSEY_LIGHTING_THE_WAY_AHEAD.pdf

[4] Brillia – Power LED bulbo filamento – http://www.brilia.com/brilia-power-led-bulbo-filamento.html

[5] FLC – Lâmpadas LED vintage – http://www.flc.com.br/br/produtos/tecnologia/led/vintage

[6] FoxLux – Catálogos – http://www.foxlux.com.br/site/downloads/catalogos/

[7] Galaxy LED – Catálogo de produtos – http://galaxyled.com.br/catalogos-galaxyled/

[8] G-Light – Catálogos – http://www.glight.com.br/downloads.php?categoria=1

[9] Lâmpadas Golden – Lâmpada Ultra LED Vela Filamento 4W – http://www.lampadasgolden.com.br/pt/produtos/ultraled/3730

[10] Opus LED – Lampe A60 0427 4W – http://www.opusled.com.br/lampe/a6004.html

[11] Ourolux – Catálogo – http://www.ourolux.com.br/catalogo/

[12] Stellatech – Todos os modelos – http://stellatech.com.br/produtos#todos%20os%20produtos

[13] O2LED – Página inicial – http://www.o2led.com.br/

[14] LEDStar – Página inicial – http://www.ledstar.com.br/new/

[15] Chilicon Valley – LED glübirne 12W 360° rEvolution 100 A – http://www.chiliconvalley.de/12w-led-gluehbirne-revolution-100-a.html

[16] Chambres-Hotes – Bed & Breakfast Altes Handelshaus Plauen – http://www.chambres-hotes.fr/chambres-hotes_altes-handelshaus-plauen_plauen_h480938_de.htm

[17] Vosla – Light-emitting diodes in a historical setting – http://www.vosla.com/upload/bilder/news/vosla-artikel-handelshaus-e-141218-fr.pdf

[18] Vosla – VosLED Catalog – http://www.vosla.com/en/downloads/index.html

[19] Vosla Shop – VosLED 50001 – http://www.vosla-shop.com/vosla-LED-Lampe-Kerze-klar

[20] Intematix – Phosphor materials – http://www.intematix.com/products/led-phosphors

[21] Wikimedia Commons – LED filament closeup at 5% power – https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c2/LED_Filament_CloseUp_at_5_%25_power.JPG

[22] Diy Trade – 360 degree high power COB COG COW Epistar chips sapphire LED filament – http://www.diytrade.com/china/pd/12716819/360_degree_High_power_COB_COG_COW_EPISTAR_chips_sapphire_Led_filament.html

[23] Pavlův blog (Pavlov blog) – Filament LED a jak ho rozsvítit – http://www.xpablo.cz/?p=627

[24] Electricstuff – Mike Harrison – LED Filament Clock – http://electricstuff.co.uk/ledfilclock.html

[25] Hesunny – Hangzhou Linan Star Lighting Electric – Bulbo 8W com filamentos LED curvados, mostra vários outros modelos – http://www.1stlamp.cn/

[26] Electronics Stack Exchange – Questions – How do filament LED bulbs work, looking very similar to incandescent bulbs? – http://electronics.stackexchange.com/questions/106815/how-do-filament-led-bulbs-work-looking-very-similar-to-incandescent-bulbs

[27] Chilicon Valley – LED Glühbirnen – http://www.chiliconvalley.de/shop/led-birnen.html

[28] Yunsun – Must-know of filament LED bulbs – http://www.100led.com/en/web/new.asp?id=130

[29] Linkedin – Nancy Yu – LM-80 Filament LEDs – Runlite is first one – https://www.linkedin.com/pulse/filament-leds-nancy-yu

[30] Engled – EGL-L01LN42 – 42 LED, 1,1W, 110VCC, 10mA, 67×1,8mm –

http://www.engled.com/proshow.asp?ArticleID=RQYZ7Y9417

[31] Osram – Soleriq L38 – http://www.osram-os.com/osram_os/en/products/product-catalog/leds-for-general-lighting/soleriq-l/soleriq-l-38/

[32] LEDs Magazine – Philips Lumileds annouces workhorse Luxeon T LED family – http://www.ledsmagazine.com/articles/2012/12/philips-lumileds-announces-workhorse-luxeon-t-led-family-updated.html

[33] Sparkfun – How LED are made – https://learn.sparkfun.com/tutorials/how-leds-are-made

[34] Yunsun – Página inicial – http://www.100led.com/en/web/

[35] Sparkfun – All tutorials – https://learn.sparkfun.com/tutorials?page=all

[36] Osram – Light from crystals – https://www.youtube.com/watch?v=6e8hBJ5-fdc

[37] Toshiba Machine – High-brightness LED manufactoring appllication with nanoimprint technology – https://www.youtube.com/watch?v=7MxhIBgqR4g

[38] SCL – Somente Coisas Legais – Gálio, o metal que é capaz de literalmente derreter nas mãos – http://somentecoisaslegais.com.br/incrivel/galio-o-metal-que-e-capaz-de-literalmente-derreter-nas-maos

[39] Digikey – GaN x SiC in RF and power switching applications – http://www.digikey.com/Web%20Export/Supplier%20Content/Microsemi_278/PDF/Microsemi_GalliumNitride_VS_SiliconCarbide.pdf?redirected=1

[40] FBH – Ferdinand Braun Institut – Research 2015 – http://www.fbh-berlin.com/whats-new/research/2015

[41] Revista Pesquisa FAPESP – Dominando a tecnologia de produção do gálio – http://revistapesquisa.fapesp.br/1999/03/01/dominando-a-tecnologia-de-producao-de-galio/

[42] CRQ – Conselho Regional de Química IV Região – Gálio metálico: um aliado estratégico para a economia de energia – http://www.crq4.org.br/informativomat_836

[43] A Global Village – Lighting up lives with energy efficient lighting – http://www.aglobalvillage.org/journal/issue7/waste/lightinguplives/

[44] Wikimedia Commons – File: Very small 1,6×1,6×0,35mm RGB Surface Mount LED EAST1616RGBA2.jpg – https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Very_small_1.6×1.6×0.35_mm_RGB_Surface_Mount_LED_EAST1616RGBA2.jpg

[45] MuAnalysis – Quantum wells in the seasonal department, the technology of LED christmas lights – http://www.muanalysis.com/_documents/publications/Quantum-Wells-in-Seasonal-Department-Christmas-Lights-LED.pdf

[46] Nobel Prize – Blue LEDs – Filling the world with new light – https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2014/popular-physicsprize2014.pdf

[47] LED Inside – Fundamental summary of LED SiC substrate – http://www.ledinside.com/knowledge/2009/3/the_fundamental_summary_o_led_sic_substrate

[48] Semiconductor Today – Graphite substrate exploration for vertical nitride LEDs – http://www.semiconductor-today.com/features/PDF/SemiconductorToday_NovDec2011Graphite.pdf

[49] Digikey – Silicon carbide substrate boosts LEDs luminosity – http://www.digikey.com/en/articles/techzone/2015/jan/silicon-carbide-substrate-boosts-led-luminosity

[50] Cree – Chips – http://www.cree.com/LED-Chips-and-Materials/Chips

[51] Scielo – ITA – CTA – Compósitos SiCf/SiC utilizados em sistemas de proteção térmica – http://www.scielo.br/pdf/ce/v51n319/26804.pdf

[52] UFRJ – Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais – Processamento, caracterização e propriedades do carbeto de silício (SiC) obtido por sinterização em fase líquida – http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10003420.pdf

[53] Cheering Sun – Flip Chip CLF1515 – http://www.cheeringsun.com.tw/product_CLF1515_demo.html

[54] Samsung – Samsung introduces versatile new flip chip LED packages and modules – http://www.samsung.com/global/business/led/support/news-events/news-detail?contentsId=403

[55] Leds Magazine – Cree announces brighter and bigger COB LED arrays – http://www.ledsmagazine.com/articles/2013/03/cree-announces-brighter-and-bigger-cob-led-arrays.html

[56] Electronupdate – Filament LED: Silicon on Sapphire? – http://electronupdate.blogspot.ca/search?updated-min=2015-01-01T00:00:00-08:00&updated-max=2016-01-01T00:00:00-08:00&max-results=21

[57] Adafruit – Wearables – http://www.adafruit.com/category/65

[58] Glō – Sidestepping technical limitations of current planar LED technology – http://www.glo.se/technology.html

[59] SET – Sociedade Brasileira de Engenharia de Televisão – Fábio Stasiak – A física dos LEDs – http://www.set.org.br/artigos/ed136/136_revistadaset_74.pdf

[60] ECSE – Rensselaer Polytechnic Institute (www.lightemittingdiodes.org) – Detailed Information on LEDs –

http://www.ecse.rpi.edu/~schubert/Light-Emitting-Diodes-dot-org/

[61] Wiley-VCH – Light-Emitting diodes and lighting (sample) – http://www.wiley-vch.de/books/sample/3527408398_c01.pdf

[62] DocSlide – Cree – Solid state Lighting science and LED theory of operation decembre 2010 – http://docslide.us/download/link/solid-state-lighting-science-and-led-theory-of-operation-december-2010

[63] Eric Virey – Yole – Semicon West 2011 – LED cost and technology trends – http://semiconwest.org/sites/semiconwest.org/files/Eric%20Virey_Yole.pdf

[64] LEDs Magazine – Design considerations for enchancing LED efficiency – http://www.ledsmagazine.com/articles/print/volume-9/issue-10/features/design-considerations-for-enhancing-led-efficiency-magazine.html

[65] LED Professional – LED failures modes and methods for analysis – http://www.led-professional.com/resources-1/articles/led-failure-modes-and-methods-for-analysis

[66] Lumileds – Evolutionary new chip design targets lighting systems – http://www.lumileds.com/uploads/52/NA0307_01-pdf

[67] Triz Journal – Increase light extraction efficiency – http://www.triz-journal.com/increasing-light-extraction-efficiency-with-triz/

[68] OSA Publishing – White thin-film flip-chip LEDs with uniform color temperature using laser lift-off and conformal phosphor coating technologies – https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-22-26-31646&id=306321

[69] OSA Publishing – Performance of GaN-based light-emitind diodes fabricated using GaN epilayers grown on silicon substrates – https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-22-S1-A179&id=276903

[70] Semiconductor Today – High-brightness nitride LEDs on silicon through wafer bonding – http://www.semiconductor-today.com/news_items/2011/JUNE/KOREAPHOTONICS_040611.html

[71] Taiwan Trade – Grand V. Development – FC LED introduction – http://www.taiwantrade.com.tw/EP/resources/member/275112/productcatalog/cd798993-dc6c-4548-810b-e7000d9ae1c4_INTRODUCTION.pdf

[72] Youtube – Electronupdate – Silicon on sapphire? – https://www.youtube.com/watch?v=RmC4j0DPfmk

[73] USP – Instituto de Física de São Carlos/IFSC – José Pedro Donoso – Calor, energia e transferência de calor – http://www.ifsc.usp.br/~donoso/fisica_arquitetura/Transferencia_de_Calor.pdf

[74] Fisica.net – Constantes – Condutividade térmica – http://www.fisica.net/constantes/condutividade-termica-(k).php

[75] Protolab – Laboratório de Propriedades Termofísicas – Mais detalhes sobre a condutividade térmica – http://www.protolab.com.br/Outra_Condutividade_Termica.htm

[76] Mackenzie – Escola de Engenharia – Sílvia Maria S. G. Velásquez – Fenômenos de transporte II – Notas de aula – http://meusite.mackenzie.com.br/velazquez/FT/FICHARIO_FT2.pdf

[77] USP – Instituto de Física – Condutividade térmica – http://fep.if.usp.br/~profis/experimentando/diurno/downloads/Tabela%20de%20Condutividade%20Termica%20de%20Varias%20Substancias.pdf

[78] UFRJ – Propriedades de fluidos – http://www.if.ufrj.br/~bertu/fis2/hidrostatica/tabela_LIQ.html

[79] Unijuí – Marlon Prass – Estudo das trocas térmicas nas aletas de um transformador a óleo – http://bibliodigital.unijui.edu.br:8080/xmlui/bitstream/handle/123456789/1713/TCC_Marlon_Prass.pdf?sequence=1

[80] Scielo – Determinação experimental da viscosidade e condutividade térmica de óleos vegetais – http://www.scielo.br/pdf/cta/v28n3/a10v28n3.pdf

[81] Unioeste – Capítulo 13 – Propriedades térmicas de materiais – http://www.foz.unioeste.br/~lamat/downmateriais/materiaiscap13.pdf

[82] UFRN – Synara Lucien de Lima Cavalcanti – Caracterização do óleo de carnaúba para uso como lubrificante – http://www.nupeg.ufrn.br/documentos_finais/dissertacoes_de_mestrado/synaracavalcanti.pdf

[83] UNIVASF – Prof. José de Castro – Apostila – Refrigeração – http://www.univasf.edu.br/~castro.silva/disciplinas/REFRIG/APOSTILARefrig.pdf

[84] URI – Erechim – Josiane Brock et al – Determinação experimental da viscosidade e condutividade térmica de óleos vegetais – http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0101-20612008000300010

[85] Portal Saber Livre – Condutividade térmica (K) – http://www.portalsaberlivre.com.br/manager/uploads/educacional/1361304553.pdf

[86] Kyocera – Advanced Ceramics – http://global.kyocera.com/prdct/fc/list/tokusei/denndou/index.html

[87] Protolab – Laboratório de Propriedades Termofísicas – Condutividade térmica – http://www.protolab.com.br/Condutividade_Termica.htm

[88] SHDO Blog – Sérgio Henrique Domingues de Oliveira – Tabela Periódica Virtual V3.2 – http://shdo.com.br/blog/baixar/

[89] Clube do café – PID + pré-aquecimento c/ espiral de cobre http://forum.clubedocafe.net/index.php?/topic/1091-pid-pre-aquecimento-cespiral-de-cobre/page-2

[90] Graphene Info – High temperature reduction process increases thermal conductivity of rGO – http://www.graphene-info.com/high-temperature-reduction-process-increases-thermal-conductivity-rgo

[91] Instituto de Física Gleb Wataghin – Unicamp – Laboratório de Materiais e Dispositivos – HPOG – http://portal.ifi.unicamp.br/dfa/laboratorio-de-materiais-e-dispositivos-lmd

[92] MEC – Portal do Professor – José Ângelo de Faria – Condução do calor – http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=35613

[93] Protolab – Laboratório de Propriedades Termofísicas – Difusividade térmica – http://www.protolab.com.br/Difusividade.htm

[94] IFBA – Diógenes Gaghis – Transferência de calor – http://www.ifba.edu.br/professores/diogenesgaghis/

[95] UNISANTA – Hernandes de Souza Brandão et al – Um estudo para determinação da condutividade térmica de sólidos isolantes em condutivímetro cilíndrico – http://sites.unisanta.br/ppgecomar/documentos/ANAIS_TERCEIRO_ENCONTRO_POS.pdf

[96] Universidade de Coimbra – Departamento de Coimbra – Medida da condutividade térmica de diferentes materiais – http://fisica.uc.pt/data/20072008/apontamentos/apnt_160_22.pdf

[97] UCS – PIBIC/CNPQ – Gustavo Ramos e Cláudio Perottoni – Determinação da condutividade térmica de materiais termoelétricos – https://www.ucs.br/ucs/pesquisa/jovenspesquisadores2009/trabalhos/poster/e_GustavoRobertoRamos.pdf

[98] Yunsun – Filament LED bulb with non infringement of patents – http://www.100led.com/en/web/new.asp?id=136

[99] Runlite – LED filament – http://www.runlite.cn/en/product-detail-145.html

[100] Google Patents – Runlite 2014 – LED light and filament thereof – Patente do filamento LED – http://www.google.com/patents/US20140369036?hl=pt-BR

[101] Google Patents – 2013 – Mesma patente, em chinês – http://www.google.com/patents/CN103322525A?hl=pt-BR

[102] Bigclivedotcom – LED Filament teardown and experiments – https://www.youtube.com/watch?v=-cFXAtX89fY

[103] Cheering Sun Applied Materials – Transparent ceramic for COB LEDs – http://www.cheeringsun.com.tw/product_transparent_ceramic.html

[104] Xiamen – 4H N type Silicon Carbide – http://www.siliconcarbidewafer.com/4H-N-Type-SiC.html

[105] ETAP Lighting – LED lifetime in pratice – The ETAP Approach – http://www.etaplighting.com/uploadedFiles/Downloadable_documentation/documentatie/whitepaper_LED_EN.pdf

[106] Lumileds – Evaluation the lifetime behavior of LED systems – http://www.lumileds.com/uploads/167/WP15-pdf

[107] IEEE Spectrum – The LED’s Dark Secret – http://spectrum.ieee.org/semiconductors/optoelectronics/the-leds-dark-secret

[108] Digikey – Identifying the causes of LED efficiency droop – http://www.digikey.com/en/articles/techzone/2011/oct/identifying-the-causes-of-led-efficiency-droop

[109] IEEE Spectrum – A definitive explanation for LED droop? – http://spectrum.ieee.org/semiconductors/optoelectronics/a-definitive-explanation-for-led-droop

[110] Eclipse Lighting – Richard Stevenson – An Answer to LED droop? – http://www.eclipselightinginc.com/modules/download_gallery/dlc.php?file=303

[111] US Department of Energy – Claude Weisbuch – Droop in LEDs – Origins and solutions – http://apps1.eere.energy.gov/buildings/publications/pdfs/ssl/weisbuch_droop_tampa2014.pdf

[112] Luming Group – LED phosphor – http://www.luminggroup.com/english/product/index.asp?sid=152&sel_id=152

[113] Designing With LEDs – LED filaments teardown packaging – http://www.designingwithleds.com/led-filaments-teardown-packaging/http://www.designingwithleds.com/led-filaments-teardown-packaging/

[114] Compound Semiconductor – Phosphors: The drive force behind white LEDs – http://www.compoundsemiconductor.net/article/94709-phosphors-the-driving-force-behind-white-leds.html

[115] Philips Lumileds – Narrow band phosphors – http://energy.gov/sites/prod/files/2015/02/f19/schmidt_nitridephosphors_sanfrancisco2015.pdf

[116] Nature – Narrow-band red-emitting Sr[LiAl3N4]:Eu2+ as a next-generation LED-phosphor material – http://www.nature.com/nmat/journal/v13/n9/abs/nmat4012.html

[117] Luming Group – Ohter LED phosphor – http://www.luminggroup.com/english/product/index.asp?sid=169&sel_id=152&sel_id_02=169

[118] OSA Publishing – High efficient narrow-band green and red phosphors enabling wider color gamut-LED backlight for diplays LEDs – https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-23-22-28707

[119] GPD Global Corporation – PCD dispensing for LED encapsulation – http://www.gpd-global.com/co_website/pcdpumpseries-pcdforledencap.php

[120] Wikimedia Commons – LED filament closeup – https://commons.wikimedia.org/wiki/File:LED_Filament_Closeup.JPG

[121] GPD Global Corporation – Fluid dispensing applications – http://www.gpd-global.com/co_website/fluiddispense-appsol.php

[122] LED Inside – The Next generation of LED filament bulbs – http://www.ledinside.com/knowledge/2015/2/the_next_generation_of_led_filament_bulbs

[123] Joerix – White light highlighted international monopoly LED phosphor powder – http://joerix.com/led/2015/02/137501.html#.ViVHP_np2M8

[124] Intematix – Innovative material and application of Intematix phosphors – http://www.semi.org/ch/sites/semi.org/files/docs/5.%20Phosphor%20Presentation_SEMI_08132014_released%20version.pdf

[125] Lumileds – Phosphor – http://www.lumileds.com/technology/luxeon-technology/phosphor

[126] Source Tech411 – LED Phosphor Markets: An insight – http://sourcetech411.com/2014/10/led-phosphor-markets-an-insight/

[127] Wikipedia Italia – Fosforo (fosforescenza) – https://it.wikipedia.org/wiki/Fosforo_(fosforescenza)

[128] Resilient Tough Light – Why is the light bulb the symbol of a new idea – http://www.resilient.lighting/insights/why-is-the-light-bulb-the-symbol-of-a-new-idea/

[129] Disney Comics – Little Helper – http://disneycomics.wikia.com/wiki/Little_Helper

[130] Guia dos Quadrinhos – Prof. Pardal e Lampadinha (Gyro Gearloose and Little Helper)- http://www.guiadosquadrinhos.com/personagem/professor-pardal-%28gyro-gearloose%29/2372

[131] Menlo Park Museum – Thomas Edison and Menlo Park –

http://www.menloparkmuseum.org/history/thomas-edison-and-menlo-park/

[132] Live Science – Who invented the light bulb? – http://www.livescience.com/43424-who-invented-the-light-bulb.html

[133] Bulbs – Learn about the humble light bulb, how it came into being and how it has developed over the years – http://www.bulbs.com/learning/history.aspx

[134] IEEE Spectrum – Requiem for the incandescent lightbulb – http://spectrum.ieee.org/consumer-electronics/standards/requiem-for-the-incandescent-lightbulb

[135] Oliver Stone & Peter Kuznick – A História não contada dos Estados Unidos – 2015 – Faro Editorial

[136] Sparkmuseum – Early Incandescent Lamps – http://www.sparkmuseum.com/LAMP_EARLY.HTM

[137] Lightopedia – Bulb shapes sizes – http://www.lightopedia.com/bulb-shapes-sizes

[138] Kirby Risk Electrica Supply – All about light bulbs – https://www.kirbyrisk.com/index.jsp?path=AboutLightBulbs

[139] Superior Lighting – Bulb reference guide – http://www.superiorlighting.com/BULB_REFERENCE_GUIDE_s/218.htm

[140] Which LED Light – Led bulb bases and fittings – https://www.whichledlight.com/bulb-guide/led-bulb-bases-and-fittings

[141] Wikipedia – Parafuso de Edison – https://pt.wikipedia.org/wiki/Parafuso_de_Edison

[142] Alibaba – Holder E27 bulb – http://cslighting.en.alibaba.com/product/737682023-217011167/Lamp_holder_e27_bulb.html

[143] Lamp Holder – The different of the lamp socket E26 and E27 –

http://www.lampholder.net/support/lamp-socket-E26-and-E27.html

[144] Don’s Notes – Light bulb size reference – http://donsnotes.com/home_garden/light-bulb-size-reference.html

[145] Lâmpadas Especiais – Menu produtos – https://www.lampadasespeciais.com.br/menu_produtos.htm

[146] Sadokin – Produtos – http://www.sadokin.com.br/produtos.htm

[147] Philips – Philips brings the traditional light bulb into the 21st century – http://www.newscenter.philips.com/main/standard/news/press/2014/20140331-philips-brings-the-traditional-light-bulb-into-the-21st-century.wpd#.VcKVsrUQRNU

[148] Svet – LEDO search –

http://www.svet-tut.ru/search?utf8=%E2%9C%93&q=LEDO&commit=%D0%9D%D0%B0%D0%B9%D1%82%D0%B8

[149] Homedepot – 60W equivalent soft white general purpose LED bright stik light bulb (3-pack) –

http://www.homedepot.com/p/GE-60W-Equivalent-Soft-White-General-Purpose-LED-Bright-Stik-light-bulb-3-Pack-LED10S3-96/205783754

[150] Casashow – Lâmpada LED bulb A60 9W bivolt E27 6400K Bronzearte – http://www.casashow.com.br/lampada-led-bulb-a60-9w-bivolt-e27-6400k—bronzearte/p

[151] Homedepot – Cree 60W equivalent soft white (2700K) A19 LED light bulb with 4Flow filament design – http://www.amazon.com/Cree-Equivalent-White-Filament-Design/dp/B00U0YHRMU

[152] Plumen – Were launching our first ever dimmable LED bulb – http://plumen.com/2015/10/were-launching-our-first-ever-dimmable-led-bulb/#more-4537

[153] Ambientalistas em Rede – Lâmpadas LED poupam energia com estilo –

https://ambientalistasemrede.wordpress.com/2012/05/20/lampadas-de-led-poupam-energia-com-estilo/

[154] GE Lighting – LED bright Stik – http://www.gelighting.com/LightingWeb/na/solutions/led-lamps-and-modules/general-purpose/led-bright-stik.jsp

[155] Sonnenplus – LEDO LED Brochure – http://www.sonnenplus.com/pdf/LEDO_LED/LEDO_BROCHURE_2013.pdf

[156] Crystal Blog – The Bulled Crystal collection designed to shine – http://crystalblog.com/int/the-bulled-crystal-led-collection-designed-to-shine/

[157] Plumen – The 21st. Century will be lit by LED lamps – http://plumen.com/2015/11/the-21st-century-will-be-lit-by-led-lamps/#more-4627

\ep/