BASES

LED

La diode électroluminescente (également appelée DEL ou LED : light emitting diode) est composée de semi-conducteurs engendrant de la lumière. On parle aussi d'électroluminescence car un solide, excité par l'application d'une tension électrique, devient éclairant.

Pour ce faire, des structures cristallines de semi-conducteurs, tel le nitrure de gallium (GaN) ou le phosphure d'indium (InP), sont rendus conducteurs en étant dopés par des atomes. Ainsi, une couche de la structure cristalline, par incorporation d'atomes étrangers, est en excès d'électrons (bande n) et l'autre couche est en déficit d'électrons (bande p). Le déficit d'électrons est aussi appelé trou. Une LED intègre toujours une cathode et une anode. Lors de l'application d'une tension électrique à la cathode et l'anode, les excès et déficits d’électrons se recombinent dans la couche de transition des deux semi-conducteurs. Celle-ci est appelée également jonction pn.

Lors de la recombinaison des excès et déficits d'électrons, un rayonnement électromagnétique est émis sous forme de photons, c'est à dire de lumière visible. Toutefois, de la chaleur est également formée, car toutes les paires d'électrons-trous ne se recombinent pas. Cet excès de chaleur doit être dissipé par conduction (= gestion thermique). Dans la lumière émise, il n'y a cependant pas de chaleur (= infrarouge). Une LED crée toujours un rayonnement monochromatique en fonction du semi-conducteur utilisé. Les couleurs habituelles (en fonction du semi-conducteur) sont le rouge, l'orange, le jaune, le vert et le bleu. Aucun semi-conducteur ne peut produire directement de la lumière blanche. Une LED émettant du «blanc» est en fait une LED bleue recouverte de phosphore jaune. Il y a alors mélange entre le bleu initial du semi conducteur et le jaune issu de la phosphorescence. Une lentille polymère placée devant le chip protège et sert de lentille optique.

HISTOIRE

En 1907, l'Anglais Henry Joseph Round découvre que des matériaux inorganiques peuvent éclairer lorsqu'une tension électrique est appliquée.

En 1962, la première diode électroluminescente rouge (type GaAsP), développée par l'Américain Nick Holonyak, est mise sur le marché. Elle marque le début des LED fabriquées industriellement.

En 1995 apparait la première LED dont la lumière blanche est générée à partir de la conversion de luminescence par addition de luminophores. Deux années plus tard, les LED blanches sont mises sur le marché.

AVANTAGES

Les LED utilisent moins d’énergie par rapport aux technologies traditionnelles actuelles.

Le rendement (lumen/Watt) des éclairages LED est en effet supérieur à celui des lampes à incandescence, halogène et fluorescentes.

Les LED ont une durée de vie de 35’000 à 40’000 heures (suivant les modèles, la qualité de l’intégration et les conditions d’utilisation comme la température de l’environnement).

Pour comparaison, les lampes à incandescence durent en moyenne 1’000 heures, les lampes halogène 2’000 à 3’000 heures et les lampes fluorescentes 10’000 heures.

Comparativement aux lampes «classiques», les LED émettent moins de chaleur.

Les LED n’émettent pas de radiation infrarouge. La principale conséquence est que le faisceau de lumière n’est pas de température élevée. C’est un réel avantage lors de l’éclairage de denrées alimentaires par exemple.

Le meilleur rendement des LED participe aussi à la diminution d’émission de chaleur.

Dans certains lieux, le dégagement de chaleur des lampes à incandescence ou halogène est un réel problème. Il faut également prendre en compte les économies de climatisation que représente le passage à la technologie LED.

Les LED n’émettent pas de rayons ultraviolets.

Les sources de lumière classiques émettent, en plus du spectre visible, des rayons ultraviolets qui endommagent les matériaux et les couleurs. Au contraire, les LED n’émettent pas d’UV.

Les LED sont ultra-résistantes aux chocs.

Contrairement aux lampes classiques, une lampe LED supportera d’être déplacée ou de subir des chocs. Cet avantage est surtout valable pour les personnes effectuant des prestations et devant déplacer des équipements d’éclairage.

Les LED émettent dès l’allumage à 100% de leur flux.

Contrairement à maintes lampes fluorescentes dites «économiques», les LED sont directement opérationnelles à 100% de leur flux lumineux. De plus, elles permettent de très nombreux allumages et extinctions.

TYPES

TYPES DE LED

LED de basse puissance (Low-Power LED)

Les LED de basse puissance - aussi dénommées LED radiales - sont présentées sous les formes classiques de grandeur 3 ou 5 millimètres. Elles sont alimentées avec des courants de 20 mA à 100 mA. Des modèles Superflux sont surtout intégrés dans la fabrication automobile.

LED de haute puissance (High-Power LED)

Les LED de haute puissance, aussi appelées High-Power LED, émettent le plus de lumière. Elles sont d'abord apparues sous la forme efficace d'un Watt alimentées par un courant de 350 mA. Peu après sont apparues les LED de puissance de 3 et 5 Watt. En même temps, les LED ont pu être miniaturisées.

ALIMENTATIONS ET CONTRÔLE

Certains luminaires sont alimentés directement par la tension du réseau (p.ex. lampes E27 et GU10). Dans ce cas, les convertisseurs sont intégrés dans les luminaires. La variation de ces produits se fait généralement par coupure de phase. D'autres luminaires sont alimentés par des convertisseurs externes (p.ex. modules LED). La variation de ces produits se fait par des signaux de commande séparés (p.ex. 1-10V, DALI, DMX) ou par modulation de fréquence (PWM).

ALIMENTATIONS

Selon le type d'implantation des LED, il y a deux types d'alimentations:

Les alimentations avec une tension de sortie constante. Elles convertissent la tension du réseau de 230V AC en une petite tension DC - par exemple 12 ou 24 Volt.

Les alimentations avec un courant de sortie constant. Elles convertissent la tension du réseau de 230V AC en un courant de sortie stabilisé - par exemple 350 mA, 700 mA ou 1050 mA. Dans ce cas, les LED peuvent être alimentées directement et sont alors câblées en série.

SYSTEMES DE CONTRÔLE ET VARIATION

Les luminaires LED peuvent être intégrés dans des systèmes de contrôle modernes grâce à des interfaces spécifiques. Pour les systèmes techniques simples, des interfaces analogiques sont utilisées (p.ex. système de contrôle 1-10V pour la variation).

Les protocoles digitaux DALI et DMX512 peuvent être intégrés dans les systèmes de contrôle des bâtiments tel le KNX. Ces systèmes mettent en réseau tous les composants techniques tel le chauffage, l'éclairage, les stores, la ventilation et l'équipement de sécurité. Ils offrent ainsi un grand confort avec une efficacité maximale.

Pour les applications plus restreintes (p.ex. éclairage blanc), les solutions de contrôle basées sur le protocole digital DALI (Digital Addressable Lighting Interface) sont appropriées. Avec peu de conducteurs, il peut contrôler individuellement des luminaires, même sur des longues distances. Une unité de commande centrale permet de contrôler des groupes de luminaires et les niveaux d'éclairage. Des dispositifs de détection de présence et de mesure de lumière ambiante peuvent y être intégrés. Ils permettent des économies d'énergie.

Pour les applications plus conséquentes (p.ex. avec éclairage architectural), les solutions de contrôle basées sur le protocole digital DMX512 (Digital Multiplexing) sont plus appropriées. Celui-ci est couramment utilisé par les architectes et les concepteurs d'éclairage. En effet, le DMX512, grâce à une unité de commande centrale, peut contrôleur jusqu'à 512 canaux avec une vitesse de transmission élevée. Ce protocole est préconisé pour l'éclairage architectural avec des mélanges de couleurs, des transitions de scènes et des séquences.