Toute la lumière sur la LED

Toute la lumière sur la LED

Associée à la mouvance RSE, la technologie LED offre une solution alternative, performante, rationnelle et durable.

Le rendement lumineux est directement lié au concept utilisé pour fabriquer la LED.

Contraintes de rayonnement lumineux d’une LED

Pour rayonner, les photons doivent :

  • s’extraire du semi-conducteur en limitant au maximum la résistance mécanique entre la jonction et la surface de la LED ;
  • ne pas subir de réflexion interne ;
  • transiter par l’enveloppe externe en polyépoxydes ;
  • interfacer vers l’air extérieur via le “dôme” de diamètre largement supérieur (entre 3 mm et 5 mm) à celui de la “puce” (300 µm).

Les diodes électroluminescentes les plus récentes dédiées à aux fonctions d’éclairage intègrent un dôme plastique adapté à la dimension des puces pour optimiser le diagramme d’émission.

Contraintes de rendement lumineux d’une LED

En lien avec les unités de mesure candelaet lumen, la lumière visible optimale possible est de 683 lm pour 1 W si son spectre monochromatique est égal à 555 nm, valeur qui définit par ailleurs également la limite de sensibilité de l’œil humain.

Le rendement lumineux d’une LED varie selon la couleur

  • Pour une LED blanche, le fabricant Cree qui équipe les dispositifs d’éclairage distribué par Éclairage Professionnel communique sur un rendement lumineux réel très performant de 254 lm/W à partir de mesures réalisées en laboratoire ;
  • Les LEDs bleues dépassent rarement un rendement de 30 lm/W en situation réelle ;
  • Certaines LEDs vertes peuvent atteindre un rendement lumineux approchant 100 lm/W.

L’impact des puissances sur l’éclairage LED

Si la technologie est identique selon les puissances, le choix d’une puissance se justifie par l’utilisation envisagée.

LED de puissance inférieure à 1 Watt

De faible puissance, l’éclairage LED équipe essentiellement les voyants lumineux d’appareils domestiques.

LED de puissance supérieure à 2 Watts

En plein développement, les LEDs puissantes sont utilisées pour les flashes de téléphones portables ou les éclairages sous toutes ses formes.

Les procédés de fabrication des LEDs

Le matériau composant une LED conditionne l’émission de son rayonnement. Les matériaux actuellement disponibles permettent de générer sans limites toutes les valeurs du spectre lumineux. En exerçant une veille permanente sur les données techniques des équipements les plus performants du marché, Éclairage Professionnel offre à ses clients la garantie d’un rendement optimisé.

Les LEDs à l’arséniure de gallium

Ces LEDs très largement utilisées présentent d’excellentes performances en économie d’énergie. Pour fabriquer les LEDs infrarouges, l’arséniure de gallium (GaAs) est associée au silicium (Si) ou au zinc (Zn).

Les LEDs à l’arséniure de gallium-aluminium

Les diodes à l’arséniure de gallium-aluminium (AlGaAs) permettent un gain en puissance mais exigent une alimentation directe plus élevée. Sur le plan des qualités techniques, elles se caractérisent par une longueur d’onde réduite et une linéarité constante dans la limite de 1.5 ampères.

Les LEDs à double hétérojonction

Les diodes à double hétérojonction (DH) AlGaAs se distinguent par une commutation très rapide liée à leur capacité de jonction. Cette qualité technique autorise des performances particulières aux fibres optiques pour le transfert de données numériques.

Le spectre d’émission d’une LED définit son usage

Les LEDs chromatiques

L’énergie se concentre sur un spectre étroit de longueur d’onde comprise entre 20 nm et 40 nm. On définit le spectre de ces sources LED de “monochromatique”.

Les LEDs blanches

L’énergie produite par les LEDs blanches est visible lorsqu’elle sa température de couleur proximale est située entre 380 nm et 780 nm.

Les LEDs infrarouges

Sur des valeurs supérieures à 700 nm, l’énergie émise par une LED sort du spectre de la lumière visible. Il est alors possible d’émettre des signaux par télécommande, ou de réaliser des télémesures.

Le principe d’émission d’une LED

Principe général

Les photons sont émis lors de la recombinaison d’un électron et d’un trou d’électron au sein d’un semi-conducteur.

L’encapsulage du composant de la LED

Plusieurs types de boitiers sont disponibles pour canaliser l’émission du flux de lumière avec plus ou moins de précision :

  • encapsulage de type cylindrique à bout arrondi en 3, 5, 8 et 10 mm de diamètre
  • encapsulage de type cylindrique à bout plat ;
  • encapsulage de type rectangulaire ;
  • encapsulage sur support orienté ;
  • encapsulage faisant appel à une technologie traversante ;
  • encapsulage de surface.

Les LEDs puissantes présentent plus d’homogénéité en terme d’encapsulage et intègrent généralement plusieurs puces semi-conductrices. La capsule est souvent réalisée en polyépoxides teintés dans la masse ou colorés en surface.

Polarisation de la LED

Pour produire une lumière, la LED doit être polarisée en sens direct sur la base d’une jonction P-N.

Quelques repères dans la culture LED

Henry Joseph Round fut le premier à émettre de la lumière à partir d’un semi-conducteur en 1907.

Oleg Vladimirovich Losev brevète en 1927 le concept de la diode électroluminescente.

En 1962, Nick Holonyak Jr contribue à élaborer la première LED rouge. Suivent les LEDs jaunes et vertes.

En 1990, les recherches technologiques ouvrent la production de LEDs bleues et blanches sur la base de semi-conducteurs InGaN pour permettre des applications en éclairage notamment.

En publiant des informations techniques sur la technologie LED, Éclairage Professionnel souhaite contribuer à la promotion des applications qu’elle permet pour ses clients.

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