Qu’est-ce qu’une LED ?
Une diode électroluminescente (ou LED) est un composant électronique capable d’émettre de la lumière lorsqu’il est parcouru par un courant électrique.
Une diode ne laisse passer le courant électrique que dans un seul sens et produit un rayonnement monochromatique à partir d’une transformation d’énergie. Elle fait partie de la famille des composants optoélectroniques.
Rappel historique
C’est en 1907, qu’Henry Jospeh Round rapporta la première émission de lumière par un semi-conducteur. Mais il faut attendre le début des années 60 pour voir apparaître la commercialisation des premières diodes électroluminescentes (ou LED abréviation du terme (Lighting Emitting Diode) qui produisent à l’époque une lumière rouge d’à peine 0,001 lm.
Dans les années 60 et 70 on assiste à une véritable production de masse des LED rouges qui ont pénétré le marché de l’affichage numérique (calculatrices, montres, témoins lumineux des appareils domestiques).
Pendant longtemps, les chercheurs ont pourtant cru devoir se limiter à trois couleurs : rouge, jaune et vert.
Ce n’est qu’en 1990 que Shuji Nakamura met au point la première LED bleue et qu’il devient alors possible de créer une lumière blanche (sur la base d’un mélange de rouge, vert et bleu ou sur la base de bleu et d’ajout de phosphore jaune).
Cette découverte capitale permet alors de transformer l’éclairage et d’accroître considérablement son potentiel de développement.
L’avènement des LED blanches et plus particulièrement celles de fortes puissances va permettre à la technologie LED de progressivement dominer la plupart des applications de l’éclairage, en permettant de satisfaire les exigences de développement durable.
LED et développement durable
• Efficacité énergétique :
Les LED ont aujourd’hui une meilleure efficacité énergétique que les lampes incandescentes ou halogènes et continuent de progresser.
En 2008 on annonçait 50 lm/W, on atteint aujourd’hui en laboratoire 100 lm /W et on prévoit à horizon 5-7 ans 105 lmW soit l’équivalent de la fluorescence. Dans 10 ans, la barre des 150 lm/W sera peut-être atteinte.
• Réduction continue de la consommation d’énergie.
• Très longue durée de vie et coûts de maintenance réduits :
50 000 heures à 70 % du flux initial soit entre 12 et 25 ans pour des applications d’illumination ou d’éclairage public ou 18 ans sans maintenance en application de bureau !
• Impact environnemental :
- Moins de recyclage en comparaison d’une solution traditionnelle avec re-lamping,
- Recyclabilité comme tout composant électronique (silicium)
- Réduction de l’utilisation des substances dangereuses
- Réduction des matières et des ressources pour la production
- Plus grande liberté de design liée à la miniaturisation.
Technologie et performances des LED
Il existe 2 catégories de LED :
• Les LED traditionnelles 5 mm de faible puissance < 1W
Les plus connues du grand public, caractérisées par un faible flux lumineux et un faible dégagement de chaleur, ces petites lampes sont des outils appréciés en termes de luminance.
Elles offrent des possibilités de couleur et fonctionnement sur une tension de 12 et 24 V avec des alimentations dédiées.
Elles sont plus particulièrement adaptées au balisage et à la création d’ambiance. Leur durée de vie est de l’ordre de 6 à 10 000 heures.
• Les LED dites de forte puissance > 1W
Le procédé d’encapsulage de la puce dans une enveloppe en résine ou en silicone permet aux LED forte puissance d’offrir des courants plus forts, une plus grande surface d’émission lumineuse et proportionnellement un flux lumineux plus élevé.
Généralement les LED forte puissance émettent 10 à 100 fois plus de lumière que les LED faible puissance et ont une durée de vie de 50000 heures ou plus.
Elles se commandent par l’intensité du courant et nécessitent un convertisseur de courant.
Elles peuvent être :
- blanches avec une température de couleur allant de 2700 à 6500 K, avec un IRC de 79 à 90,
- de couleur (rouge, vert, bleu et ambre) et permettent de créer des ambiances avec des couleurs saturées ou par mélange de différentes couleurs d’obtenir toute la palette des couleurs de lumière(RGB) ou bien des nuances de blanc (AWB).
Associé à un système de gestion, le changement de couleur peut devenir dynamique.
Quels critères de qualité ?
La qualité des composants est un paramètre primordial qui conditionne la fiabilité d’un système d’éclairage. Pour qu’une LED soit performante, il faut maîtriser :
- l’alimentation : en tant que composant électronique, la LED requiert une alimentation adaptée et de qualité.
- la thermique : comme tout semi-conducteur, la LED produit de la chaleur par l’arrière, il faut donc assurer une bonne dissipation thermique et veiller aux conditions dans lesquelles le luminaire est utilisé.
- l’optique : pour des applications d’éclairage, l’utilisation de la LED nécessite un contrôle de la lumière au travers d’une optique.
- la dépréciation de la durée de vie et du flux lumineux : à la différence des LED blanches 5 mm qui perdent 50% de leur flux au cours des 6000 première heures de vie, les LED forte puissance montrent aujourd’hui une dépréciation du flux négligeable dans le même laps de temps, voire équivalente à la dépréciation du flux de certaines sources conventionnelles à la fin de leur vie.
Cette capacité à maintenir une lumière utile sur une longue période permet aux LED forte puissance d’offrir une réelle alternative contrebalançant les coûts élevés de maintenance des solutions conventionnelles.
C’est ainsi que dans le domaine de la signalisation, pour les feux tricolores par exemple, les lampes à incandescence ont été remplacées à grande échelle par des LED forte puissance. De plus en plus de villes ont entamé une démarche de remplacement de leur éclairage public pariant sur des factures d’électricité et de maintenance réduites.
Quelles applications ?
Les applications des LED haute puissance concernent principalement aujourd’hui les dispositifs nomades, l’affichage et l’automobile. La pénétration des LED dans le domaine de l’éclairage général reste de l’ordre de 6 % et atteindra 10% vers 2010.
Cette accélération de l’utilisation des LED en éclairage repose sur les nouvelles possibilités d’applications :
- Par exemple dans l’éclairage des bureaux, les LED permettent des systèmes de gestion de l’éclairage et apportent qualité et confort d’éclairage pour une meilleure productivité.
- Pour l‘éclairage des magasins, les LED permettent la gestion d’ambiances colorées et une maintenance réduite.
- En éclairage d’orientation et publicitaire, la LED remplace avantageusement le néon dans les enseignes et favorise une réduction de la consommation énergétique ainsi qu’une durée de vie et une maintenance optimisée.
- En éclairage architectural, les systèmes d’éclairages dynamiques mettent en valeur l’architecture.
Avantages de la LED
• Durée de vie plus longue
• Coûts de maintenance plus faibles
• Efficacité énergétique plus élevée
• Couleurs vives et saturées
• Robustesse et résistance aux vibrations
• Moins de pollution lumineuse
• Contrôle dynamique de la couleur
• Gradation sans variation de couleur
• Allumage instantané
• Miniaturisation des luminaires
• Absence de mercure
• Aucune émission de rayons infrarouge ou ultraviolet
• Fonctionnement sur une très large plage de température (-40°C à + 40°C) avec allumage instantané
Et après les LED…les OLED ?
La diode électroluminescente organique (en anglais Organic Lighting Emitting Diode OLED), est une technologie d’affichage qui vise à remplacer peu à peu les affichages à cristaux liquides (LCD), d’abord dans les applications de petites dimensions tels que téléphones mobiles, écrans d’appareils numériques, puis à terme, devraient se substituer aux LCD et autres technologies plasma pour les écrans de grande taille.
Principe de fonctionnement
Chaque diode, dont l’épaisseur ne dépasse pas le millimètre, est composée de trois couches d’un semi-conducteur organique (des atomes de carbone, d’hydrogène, d’oxygène et d’azote) entourées par une cathode métallique (une source de charges électriques positives) et une anode transparente (une source de charges négatives).
Chaque pixel d’un écran OLED est constitué de trois diodes électroluminescentes juxtaposées (une rouge, une verte et une bleue), produisant leur propre lumière lorsqu’elles sont soumises à une tension électrique.
L’ensemble repose sur un «substrat » transparent, en verre ou en matière plastique extrêmement fin émettant une lumière homogène sur toute la surface, pour un effet visuel éblouissant.
Avec Lumiblade, Philips inaugure cette nouvelle technologie du 21ème siècle.
