LED: Source de lumière de l’avenir

Que sont des LED?

 

LED (Light Emitting Diode) est un électronique, des petits compositions de matériels semi-conducteur qui sous tension donnent quelques volt de lumière.

Le premier LED a été fabriqué en 1969 et donnait une lumière rouge. Tout le monde les connait : les témoins du télé ,.. Quelques années plus tard le LED vert suivait et en 1993 le bleu. Qu’en 1999 on a réussi de fabriquer des LED qui produisait de la lumière blanche!

La possibilité de produire des LED blancs ,a causé une vraie révolution dans le monde de l’éclairage. Les LED extrèment petit, économiques et bien pour l’environnement ont beaucoup d’avantages. Par contre il y a aussi des désavantages qui limitent encore l’application.


Le fonctionnement de LED et les types de source de lumière


Les sources de lumière peuvent être organisées en 3 grandes catégorie :

1. Des lampes a incandescence

Dans ce cas on envoie un courant électrique à travers un fil, par laquelle elle s’échauffe jusqu’à un température qui est si haute qu’à coté de la chaleur un rayonnement visible se libère. L’ampoule classique est l’exemple pour ce genre de lampe. Le grand désavantage de cette lampe est le bas rendement . Seulement 5% de la consommation de d’énergie se transforme en lumière, tout le reste se perd en chaleur !!!

La lampe halogène est une meilleur version de l’ampoule et a 10% plus de rendement. Depuis peu de temps il y a aussi des améliorations des lampes halogène . On les appelles les lampes « haloco ».

Elles ont un rendement beaucoup plus haut que les dernières générations de lampes halogènes et économisent jusqu’à 40% d’énergie.

2. Lampes à décharge de gaz

Chez ces lampes la lumière est stimulée par le battement d’ électrons et d’atomes. Par ce fait ces atomes vont dans une phase de gaz. En cas de retour à leur phase de terre un photon est libéré qui donne de la lumière . Il y a beaucoup de sortes de lampes à décharge de gaz. Elles ont tous un rendement très haut, toujours encore plus haut que la plupart des LED !!! Mais ils ont aussi un désavantage : dans le gaz il y a du mercure et c’est très défavorable pour le milieu lors du recyclage !

3. Une source de lumière solide (solid state lighting)

Ceci sont les LED. Elles ont un fonctionnement totalement différent. Ici se forme des photons- et donc de la lumière à l’intérieur d’une matière solide ( un cristal semi-conducteur) grâce à  un passage de courant les électrons de conduction passent d’un état d’énergie haut à un état d’énergie bas. Pour cela un courant électrique continu est essentiel.

 

La lumière stimulée par un LED 

 

Aujourd’hui tout le monde connait les LED grâce aux utilisations dans les bars, panneaux de publicité,... On voit énormément de couleurs et dynamique dans ces éclairages. Comment ça se passe ?

Comme mentionné , Le LED envoie une lumière rouge. ( ceci étaient les premiers LED). Par le changement de composition du matériel semi-conducteur, on pouvait stimuler d’autres couleurs, comme le bleu et le vert. Pour vraiment servir comme éclairage nous avons bien sur besoin de lumière blanche. Créer cet effet avec des LED n’est pas aussi facile qu’on ne le pense. Il y a trois techniques pour l’atteindre :

1.Melanger l’additif  d’un LED rouge, vert et bleu ( RGB-LED).

Ce technique a comme avantage que la dynamique de couleur devient possible par changer le diligemment des trois sources. Le désavantage est que chez des effets éventuel d’ombre , des nuances de couleur peuvent se produire. Plus les trois sources sont proche l’un de l’autre , moins il y aurait cet effet.

2. Une deuxième manière est l’usage d’un UV-LED et de définir la couleur par l’insertion de de matériaux rouge, vert bleu autant que fluorescents.

3.Une troisième manière est l’usage d’un LED qui diffuse une lumière bleue et l’entourer avec un matériel fluorescente qui absorbe une partie de la lumière bleue et diffuse lui-même une lumière jaune et rouge. De cette façon, ainsi qu’avec la lumière bleue originale une lumière blanche est obtenu. Un désavantage important est que par ce procès on diminue l’efficacité et qu’un changement de couleur peut se manifester lors du vieillissement.

 

L’avenir du LED

 

Lors de la stimulation de lumière avec les techniques mentionnés ci-dessus il y a aussi de la chaleur qui est libérée. Contrôler cette chaleur est déifiant pour l’avenir du LED et les applications possibles.

La plupart des gens pensent qu’un LED fonctionne pratiquement infiniment. Ceci est le cas lors d’une utilisation correcte des applications et pour les LED avec une capacité très basse (LED 5mm, connu des témoins du télé). Le grand désavantage de ces LED 5mm est qu’ils donnent très peu de lumière (quelques lumen) par laquelle les applications reste limitées comme éclairage d’orientation. Une durée de vie de 50.000h est faisable pour les LED 5mm.

Quand la capacité d’un LED est levé ( surnommé POWERLED) la température monte fortement et par ce fait la durée de vie diminue aussi fermement. Cependant ces powerled donnent toujours que quelques dizaines de Lumen. Par exemple pour ces LED Philips, quand même le représentatif du fabriquant de LED au monde, donne une durée de vie moyenne de 6000-30000h. C’est quand même loin des 100.000h avec lesquels tout le monde essaye de vous convaincre dans les slogans ! On a tout de même de mieux en mieux réussi de tenir le refroidissement des LED sous contrôle . Cela résulte dans un meilleur rendement de lumière et une durée de vie acceptable. On est arrivé sur un point que, pour pratiquement chaque application de LED, une solution existe.

Un point très fort du LED est la résistance aux chocs. Ceci est très intéressant pour des véhicules.

 

LED et apparence de couleur 

 

Par l’amélioration continue des LED on peut maintenant les utiliser aussi dans le salon, aux musées, aux magasin… Un point très important est toutefois l’apparence de couleurs. Ceux-ci sont exprimées en Cri ou Ra. Une ampoule traditionnelle a été vue comme standard et a eu un index Ra100. Cela implique que chez la lumière d’une ampoule,  toutes les couleurs sont pratiquement parfaitement rayonnées.

Par la manière décrite un peu plus haut, pour créer de la lumière avec un LED, con trouve plus de difficultés d’obtenir une apparence de couleur avec une lampe LED. La technique d’améliorer l’apparence de couleur, a comme désavantage que le LED devient moins efficace. Cependant on arrive maintenant à créer des lampes LED efficaces avec une apparence de couleur au dessus de Ra80.

Pour vous donner une idée de ce que cela contient : Les tubes TL et même les lampes a décharge avaient, jusqu’à récemment, seulement une valeur Ra d’un peu plus haut de 80. Toutefois vous devez savoir que la valeur Ra toutes seule (que vous trouvez sur l’emballage de la lampe) ne vous donne pas une certitude que la lumière va être parfaite pour votre utilisation !

Puisque la valeur Ra est un moyen de prestation de 15 (standardisé CIE) couleurs de textes. Par exemple si la lumière pique dans le spectre de la lumière bleue, la valeur Ra peut être très haute mais vous avez quand même une lumière froide désagréable. Les couleurs les plus importantes  pour une agréable lumière sont les R9 (rouge) et R15 (couleur de peau). Ce sont justement les couleurs les plus difficile pour LED... .

 

Diminuer un LED

 

Diminuer un LED est parfaitement possible, mais cela dépend de beaucoup d’éléments. Le driver (c’est le composant électronique, besoin pour faire marcher le LED) doit pouvoir de diminuer. Le driver et variateur doivent être harmonisés et la fonction de diminuation est même influencée par le genre et nombre de LED qui doivent être diminués !

Rappelez vous que diminuer des LED avec votre vieux variateur présente ne vas pas marcher parfaitement la plupart du temps.. Pour ne pas abîmer le vieux variateur vous pouvez prendre comme règle approximative que vous ne pouvez pas brancher plus de 10%de capacité indiqué sur le variateur aux lampes LED. Souvent vous pouvez trouver plus d’informations par rapport aux combinaison du type variateur avec les lampes LED sur le site web du fabriquant de variateur. Mais c’est quand même mieux de s’acheter un nouveau variateur LED. Il y a déjà des variateurs LED avec des prix raisonnables sur le marché.

 

Conclusion

 

Le LED idéal n’existe pas !

Ainsi on veut dire qu’il n’existe pas de LED qui est convenue pour toutes les applications et ceci ne va jamais exister ! La variation est incroyable dans la gamme des lampes LED, autant concernant la couleur , l’apparence de couleur ,la luminosité ,la durée de vie , .. font en sorte que c’est de plus en plus nécessaire d’aller consulter votre spécialiste d’éclairage !

 

Sources:
Linda Claeus, “ De ideale led bestaat niet “ Spotlight, maart 2013
“Compatibiliteit tussen bestaande dimmers en retrofit ledlampen” , Elektrovisie juni 2013
S. Schoordijk, “RARA hoe kan dat” Allicht, juni 2013
P. Hanselaer, C. Lootens “LED’s toegelicht” , Groen Licht Vlaanderen, Laboratorium voor lichttechnologie ; ingelicht, magazine voor de vakhandel van Philips Lighting van mei 2007

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