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BI dos Objetos TV com LED
Por estes dias, ouvia-se numa casa portuguesa: “João: Devíamos substituir todas as lâmpadas por LED. Íamos pagar menos cada mês. Maria: As lâmpadas antigas é que eram boas! Incandescentes… António: Não! Têm de ser é todas de halogéneo. Isabel: Usar lâmpadas de baixo consumo é que devia ser!” Qual das propostas será a mais económica? Alguns dados… Custo médio de 1 kWh = 0,1281€ Potência de lâmpadas e LED que emitem intensidade de luz semelhante: LED – 9 W; incandescente – 60 W; halogéneo – 50 W; Baixo consumo – 15 W.
Rua dos Santos Mártires, 3810-171 Aveiro · tel. 234 427 053 · www.fabrica.cienciaviva.ua.pt · www.facebook.com/fc
Ciência na Agenda 16 e 23 novembro (11h00) - Domingo de manhã na barriga do caracol, na Fábrica Centro Ciência Viva de Aveiro. 24 novembro (21h15) - Conversas Paralelas – “À conversa com
30 novembro (11h00) – Clube do Cientista – “Brinquedos, ótica e visão”, no Aveiro Shopping Center.
Para calcular o consumo de um equipamento elétrico multiplica-se a sua potência (todo o Solução:
1 CICECO e Departamento de Física da Universidade de Aveiro 2 I3N e Departamento de Física da Universidade de Aveiro
Mara Freire”, na Fábrica Centro Ciência Viva de Aveiro.
equipamento tem a indicação da potência em Watts cujo símbolo é W), pelo número de
Sérgio Pereira1 e Rosário Correia2
NOVEMBRO ’ 14 | Brinquedos, Óptica e Visão DEZEMBRO ’ 14 | No mundo dos Robôs JANEIRO ’ 15 | Saber em Gel FEVEREIRO ’ 15 | A Física à nossa Volta MARÇO ’15 | Pós sob Investigação ABRIL ’ 15 | A História vai ao Clube
Público-alvo: crianças a partir dos 6 anos Entrada gratuita sem necessidade de marcação Local: Aveiro Shopping Center, loja 10/11 Estrada da Tabueira 3800-265 Aveiro Informações: 234 427 053 | fccv@ua.pt
horas de utilização mensal. Sabendo que o valor de 1 kWh é 0,1281€ (valor médio),
Impacto na sociedade. É natural que, enquanto cidadãos de uma sociedade com bons níveis conforto, nos centremos essencialmente na eficiência
O nosso contributo. Enquanto investigadores nesta área, o nosso contributo incide fundamentalmente na compreensão das propriedades óticas e estruturais dos materiais semicondutores que servem de base a esta tecnologia (InGaN/GaN). A atribuição do Nobel de 2014 ao desenvolvimento do LED azul veio dar visibilidade ao nosso trabalho perante a sociedade, e isso é gratificante.
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multiplica-se pelo valor anterior.
Eficiência energética e durabilidade. Num LED, a emissão de luz ocorre por conversão de energia elétrica em luz quando num material semicondutor, neste caso o InGaN (uma liga ternária em que se adiciona Índio ao GaN), os eletrões da banda de condução transitam para a banda de valência libertando o excesso de energia através da emissão de fotões, e não por aquecimento de um filamento, como acontece numa lâmpada de incandescência onde a maior parte da energia elétrica é perdida por calor. Em termos práticos isto significa que uma lâmpada LED consome apenas cerca de 15% da energia elétrica consumida por uma lâmpada incandescente para obter o mesmo brilho. Além disso, estima-se que um LED, quando usado 4 horas por dia, terá uma duração superior a 20 anos, enquanto uma lâmpada de incandescência durará cerca de 1 ano. Quando se tem em mente que aproximadamente 19 % do consumo energético global é para iluminação artificial, é imediata a relação que estabelecemos entre a relevância desta tecnologia e a sustentabilidade energética e de recursos naturais, que tanto preocupa as sociedades mais desenvolvidas.
enérgica. No entanto esta inovação está a ter um impacto no terceiro mundo que por vezes nos escapa. A elevada eficiência energética dos LEDs, a sua durabilidade, robustez mecânica e enorme tempo de vida, abre novas possibilidades de fazer chegar luz a locais remotos a um custo muito mais baixo quando comparado com as fontes de iluminação convencionais. Por exemplo a portabilidade e o baixo consumo energético dos LEDs viabiliza a respetiva incorporação em equipamentos portáteis de intervenção médica, capazes de funcionar em situações adversas em regiões subdesenvolvidas. É importante salientar que o desenvolvimento ao nível de ciência e tecnologia de materiais, que conduziram à possibilidade de produzir LEDs azuis, não se esgota de todo no LED azul. Passou a ser possível, por exemplo, produzir LEDs com emissão ultravioleta (relevantes para purificação de água) ou díodos laser no azul, que estão na base da tecnologia Blue-Ray, entre muitas outras aplicações que surgem constantemente.
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Descrição: LED é um acrónimo para díodo emissor de luz. Consiste num dispositivo eletrónico que permite que a corrente flua livremente numa direção, emitindo luz enquanto o faz. No caso da TV com LED, o termo LED descreve simplesmente a tecnologia usada para iluminar o ecrã. Uma TV com LED é uma televisão de cristal líquido (LCD) com retroiluminação LED. Além de maior economia de energia, a tecnologia LED permite a redução da espessura da televisão e o controlo da intensidade da luz por região da tela, proporcionando tons de preto mais naturais (menos iluminados), ao contrário das LCD convencionais que emitem o feixe de luz através de uma grande lâmpada plana. O modelo de 1977 era um modelo monocromático. Os eficientes LEDs azuis ainda demoraram mais uma década a ser inventados. Os grandes monitores que vemos atualmente utilizam díodos de alto brilho para gerar um amplo espectro de cores. Foram necessárias três décadas e díodos orgânicos emissores de luz para a Sony introduzir a primeira TV com LED no mercado, a tela Sony XEL-1 OLED que começou a ser comercializada em 2009.
Para resolver o desafio vamos calcular o consumo de lâmpadas e LED, utilizadas durante
televisão onde apenas temos pixéis com estas três cores. Hoje a maioria dos LEDs “brancos” comerciais são basicamente um LED azul muito eficiente, que excita oticamente um revestimento fosforescente que emite amarelo, sendo esta metodologia de combinação de cores uma das formas mais económicas de se produzir um emissor de luz branca.
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100 h por mês, que emitem intensidade de luz semelhante:
Finalmente o LED azul!
Por que é que o azul faz a diferença? A importância do azul reside no facto desta ser a cor primária do sistema RGB (da língua Inglesa; Red-Green-Blue) que faltava na tecnologia LED. A mistura das três cores primárias de emissão permite ao olho humano percecionar todas as cores, nomeadamente o branco, tal como acontece num monitor ou
CLUBE DO CIENTISTA
Nome: TV com LED Data de nascimento: 1977 Inventor: J. P. Mitchell Nacionalidade: Americana
Nobel de Física 2014:
À partida a criação de um LED azul pareceria ser um passo simples na sequela dos LEDs já a emitir luz no verde e vermelho desde finais dos anos 60. Então como explicar um compasso de espera de cerca de 30 anos para que isso se tornasse uma realidade? Vejamos de forma simples como funciona o processo de emissão de luz num semicondutor: verifica-se a emissão de um fotão (luz) quando um eletrão da banda de condução (mais energética) transita para a banda de valência (menos energética). Uma emissão no vermelho corresponde a fotões menos energéticos do que no azul logo, para ocorrer emissão nesta região espetral, precisamos de materiais em que a diferença de energia entre a banda de valência e a banda de condução seja elevada. Acontece que os materiais semicondutores que reuniam as propriedades Físicas necessárias para se obter um emissor eficiente no azul eram extremamente difíceis de conseguir. Foi necessária uma nova abordagem tecnológica, que exigiu um enorme esforço de investigação científica para conseguir estes materiais numa estrutura de camadas, fundamental à conceção de dispositivos. Foram precisamente, os avanços importantes no crescimento em camadas e a dopagem destes materiais à base de Nitreto de Gálio (GaN), preconizados por S. Nakamura, H. Amano e I. Akasaki, que estão na base da atribuição do Nobel da Física de 2014.
Bicho de Contas
Fábrica Centro Ciência Viva de Aveiro 2013