La technologie LED : explications

Comprendre la technologie LED


Les LEDs sont peut-être petites, mais les nouveaux modèles à haute luminosité produisent une quantité considérable de lumière. Utilisées pour la première fois comme lampes d’état et de signalisation, et plus récemment dans les applications d’éclairage sous étagère, d’éclairage d’accentuation et de marquage directionnel, les LED à haute luminosité ont vu le jour au cours des six dernières années.

Mais ce n’est que récemment qu’elles ont été sérieusement considérées comme une option réalisable dans l’éclairage général.

Utilisées pour la première fois comme lampes d’état et de signalisation, et plus récemment dans les applications d’éclairage sous étagère, d’éclairage d’accentuation et de marquage directionnel, les LED à haute luminosité ont vu le jour au cours des six dernières années. Mais ce n’est que récemment qu’elles ont été sérieusement considérées comme une option réalisable dans les applications d’éclairage général. Avant de recommander ou d’installer ce type de système d’éclairage, vous devez comprendre la technologie de base sur laquelle ces appareils sont basés.

Les diodes électroluminescentes (DEL) sont des dispositifs à semi-conducteurs qui convertissent l’énergie électrique directement en lumière d’une seule couleur. Parce qu’elles utilisent une technologie de production de lumière “froide”, dans laquelle la plus grande partie de l’énergie est fournie dans le spectre visible, les LED ne gaspillent pas d’énergie sous la forme de chaleur qui ne produit pas de lumière. En comparaison, la majeure partie de l’énergie d’une lampe à incandescence se trouve dans la partie infrarouge (ou non visible) du spectre. Par conséquent, les lampes fluorescentes et les lampes DHI produisent beaucoup de chaleur. En plus de produire de la lumière froide, les LEDs :

Peut être alimenté à partir d’une batterie portable ou même d’un panneau solaire.

Peut être intégré dans un système de contrôle.

Sont de petite taille et résistants aux vibrations et aux chocs.

Avoir un “on-time” très rapide (60 nsec contre 10 msec pour une lampe à incandescence).

Avoir une bonne résolution des couleurs et présenter un risque de choc faible, voire nul.

La pièce maîtresse d’une DEL typique est une diode qui est montée sur puce dans un réflecteur et maintenue en place par un cadre de connexion en acier doux relié à une paire de fils électriques. L’ensemble de l’arrangement est ensuite encapsulé dans de l’époxy. La puce de diode est généralement d’environ 0,25 mm carré. Lorsque le courant traverse la jonction de deux matériaux différents, la lumière est produite à partir de l’intérieur de la puce de cristal solide. La forme, ou largeur, du faisceau lumineux émis est déterminée par divers facteurs : la forme du réflecteur, la taille de la puce LED, la forme de la lentille époxy et la distance entre la puce LED et la lentille époxy. La composition des matériaux détermine la longueur d’onde et la couleur de la lumière. En plus des longueurs d’onde visibles, les LED sont également disponibles dans l’infrarouge, de 830 nm à 940 nm.

La définition de la “vie” varie d’une industrie à l’autre. La durée de vie utile d’un semi-conducteur est définie comme le temps calculé pour que le niveau de luminosité diminue jusqu’à 50% de sa valeur initiale. Pour l’industrie de l’éclairage, la durée de vie moyenne d’un type particulier de lampe est le point où 50% des lampes d’un groupe représentatif ont grillé. La durée de vie d’une DEL dépend de la configuration de son emballage, du courant de commande et de l’environnement de fonctionnement. Une température ambiante élevée raccourcit considérablement la durée de vie d’une LED.

De plus, les DEL couvrent maintenant tout le spectre lumineux, y compris le rouge, l’orange, le jaune, le vert, le bleu et le blanc. Bien que la lumière colorée soit utile pour des installations plus créatives, la lumière blanche reste le Saint Graal de la technologie LED. Jusqu’à ce qu’un véritable blanc soit possible, les chercheurs ont mis au point trois façons de l’offrir :

Mélangez les poutres. Cette technique consiste à mélanger la lumière de plusieurs appareils monochromes. (Typiquement rouge, bleu et vert.) L’ajustement de l’intensité relative des faisceaux donne la couleur désirée.

Prévoir une couche de phosphore. Lorsque les photons excités d’une DEL bleue frappent un revêtement de phosphore, ils émettent de la lumière sous forme d’un mélange de longueurs d’onde pour produire une couleur blanche.

Créez un sandwich léger. La lumière bleue d’un dispositif à DEL produit de la lumière orange à partir d’une couche adjacente d’un matériau différent. Les couleurs complémentaires se mélangent pour produire du blanc. Des trois méthodes, l’approche au phosphore semble être la technologie la plus prometteuse.

La puissance lumineuse

Une autre lacune des premières conceptions de LED était le rendement lumineux, de sorte que les chercheurs ont travaillé sur plusieurs méthodes pour augmenter le nombre de lumens par watt. Une nouvelle technique de “dopage” permet d’augmenter le rendement lumineux plusieurs fois par rapport aux générations précédentes de LED. D’autres méthodes sont en cours d’élaboration, notamment :

  • Production de semi-conducteurs de plus grande taille.
  • Passage de courants plus importants avec une meilleure extraction de la chaleur.
  • Concevoir une forme différente pour l’appareil.
  • Améliorer l’efficacité de conversion de la lumière.
  • Emballage de plusieurs LEDs dans un seul dôme époxy.

Une famille de LEDs est peut-être déjà plus proche d’un meilleur rendement lumineux. Les appareils dotés de puces agrandies produisent plus de lumière tout en conservant une bonne gestion de la chaleur et du courant.

Ces progrès permettent aux unités de générer de 10 à 20 fois plus de lumière que les lampes témoins standard, ce qui en fait une source d’éclairage pratique pour les appareils d’éclairage.

Avant que les LEDs puissent entrer sur le marché de l’éclairage général, les concepteurs et les défenseurs de la technolo

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