UE10 Projet Tuteurés Les sources d`éclairage à Leds
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Dhennin Samuel LP VI UE10 Projet Tuteurés Les sources d'éclairage à Leds 1 SOMMAIRE I. II. Généralités I.1) Historique p.3 I.2) Constitution p.3 I.3) Fonctionnement p.5 Avantages II.1) Liste des avantages p.6 II.2) Comparaison avec les lampes à incandescence p.8 III. Différents dispositifs III.1) Eclairage diffus p.9 III.2) Eclairage direct p.10 III.3) Backlight p.11 III.4) On axis light p.12 III.5) Eclairage structuré p.13 IV. Conclusion p.14 2 I. Généralités I.1) Historique 1907 : Découverte de la première émission de lumière par un semi-conducteur par Henry Joseph Round. 1955 : Invention de la première Led infrarouge par Rubin Braunstein. 1962 : Première diode électroluminescente rouge créé par Nick Holonyak Jr. et Sam Bevacqua de la compagnie General Electric (GE). I.2) Constitution Une Led est constituée de quelques éléments, détaillés ci-dessous : 3 Voici une vue plus précise sur la puce : 4 : fil de bonding 5p : couche de type P (en excès de trous c'est à dire en déficit d'électron) 5n : couche de type N (en excès d'électrons) 5a : couche active 6 : coupelle réflectrice Il y a 3 choses à savoir sur les Leds : - La couleur de la lentille ne définit pas la couleur de la lumière émise car il en existe avec lentille translucide qui émettent de la lumière de couleur. - Les Leds n’ont pas les deux pattes de la même taille, la plus longue correspond à l’anode et l’autre à la cathode. - Le boîtier a une encoche du coté de la cathode. Cela permet de savoir dans quel sens placer les Leds même avec les pattes coupées. Enfin, nous pouvons dire que les Leds ont un symbole ressemblant énormément à celui d’une simple diode : 4 I.3) Fonctionnement Sous l'effet d'une différence de potentiel appliquée entre les deux couches, des électrons pénètrent dans la couche de type N. Ce qui équivaut à une injection de trous dans la couche de type P. A l'interface de ces deux zones, les électrons et les trous se recombinent en donnent naissance à un photon. D'où l'émission de lumière. 5 II. Avantages II.1) Liste des avantages Nous pouvons dire que les Leds ont plusieurs avantages par rapport aux autres sources lumineuses. Voici ces différents avantages : -rendement effectif : Le rendement d'une source lumineuse est à considérer sur plusieurs niveaux. -La source lumineuse -L'optique -Utilisation du flux On peut schématiser ces trois niveaux de la manière suivante : Dans le cas de l'éclairage à Led, on a un rendement lumineux de l'ordre de 50 lm/W. L'optique possède une efficacité de l'ordre de 80% et le flux est bien focalisé. Ceci aboutit à un rendement lumineux effectif global de l'ordre de 50x0,80=40 lm/W. 6 -Température de fonctionnement (operating temperature) Les Leds peuvent être utilisées à basse température, généralement les constructeurs indiquent des températures inférieures à -40°C. Et cela peut aller jusque 100°C, voir 200°C pour certaines. -Alimentation Vf : tension directe (forward voltage)=> Tension appliquée dans le sens direct. Vaut entre généralement entre 1,8V et 5V. Vr : tension inverse admissible (allowable reverse voltage)=> Tension appliquée dans le sens indirect. La Led n'y est pas passante, mais tout comme une diode classique, elle ne supporte pas qu'on lui applique une tension inverse trop importante. If : courant direct (forward current)=> Courant qui traverse la Led lorsqu'elle est alimentée dans le sens direct. Pour les Leds basse consommation, If=2 mA Pour les Leds classiques 5 mm, If=20 mA Pour les Leds de puissance, If vaut de 100mA et 2A. -Prix Nous pouvons trouver des Leds pour moins de 10 cts sur le marché. En général, lorsque nous comparons les prix des systèmes d’éclairage par Leds et les autres, nous pouvons constater une différence de prix. -Dispositifs Les dispositifs existant avant l’apparition des Leds dans l’éclairage industriel peuvent tous être fabriqués avec des Leds. Ainsi si une entreprise souhaite moderniser son éclairage, elle a la possibilité de prendre une même base mais en changeant juste la source lumineuse. -Durée de vie Les Leds ont également l’avantage d’avoir une durée de vie très impressionnante. Les Leds rouges peuvent en effet tenir jusque 100 000 heures contre 1000 pour les lampes à incandescence classique. -Eclairage constant Contrairement aux autres sources lumineuses, les Leds n’ont pas de diminution d’efficacité lumineuse. Elles éclairent de la même façon pendant toute leur vie et s’éteignent à la fin. 7 -Flexibilité d’éclairage Les dispositifs d’éclairage à Leds étant constitué d’une multitude de sources lumineuses peuvent éclairer certaines zones plutôt que d’autres. Cela peut être utile si jamais nous voulons avoir un éclairage rasant sur une chaîne de production dont les produits changent régulièrement. II.2) Comparaison avec les lampes à incandescence (Leds non infrarouge) Caractéristiques: -Efficacité lumineuse :-40 lm/W -Durée de vie :-100 000h -12 lm/W pour une lampe de 100W -1000 h 8 III. Différents dispositifs III.1) Eclairage diffus Avantages : -Donne un éclairage doux et homogène dans toutes les directions. -Minimise les ombres. Inconvénients : -Diminue légèrement les contrastes. Applications : -Pièces brillantes, métalliques. -Pièces 3D où les ombres peuvent être un problème. Pour cet éclairage il y a 2 montages différents : Une source lumineuse, et une plaque semitransparente pour diffuser les rayons lumineux. Les rayons lumineux ne vont pas directement sur l’objet à éclairer. 9 III.2) Eclairage direct Avantage : -Les lampes ponctuelles halogènes ou non sont faciles à mettre en place et à utiliser. -L’utilisation d’un éclairage direct donne un contraste maximum. Inconvénients : -Ombrage important sur les pièces 3D (utiliser au moins 2 éclairages ou anneau autour de la caméra pour minimiser les ombres. -Réflexion spectaculaire sur les pièces brillantes. Applications : -Améliorer le contraste de l’image. -Mise en évidence de défauts ou de formes. 10 III.3) Back light Avantages : -Donne un contraste maximum entre la pièce et le fond. -Simplifie l’image en donnant seulement la silhouette de la pièce. Inconvénients : -Détails de surface perdus. Applications : -Très utile pour les applications de contrôle dimensionnel de l’extérieur des pièces ou contrôle intérieur de trous (collimater l’éclairage pour les mesures précises). 11 III.4) On axis light Avantages : -La caméra est normale à l’objet, pas d’effet de perspective. -Crée un effet de fond brillant (les surfaces brillantes sont claires et les surfaces diffusantes sont sombres). Inconvénients : -L’épaisseur du miroir peut produire une image double (rarissime). Applications : -Détection de défauts rayures, fissures sur surfaces lisses. -Eclairage de petites cavités. 12 III.5) Eclairage structuré Avantages : -Méthode permettant une mesure. -Met en évidence le profil de surface sur de très faibles contrastes. -Différentes formes d’éclairage sont disponibles : grilles, points, cercles. Inconvénients : -Peu fiable pour le mesures précises sur les surfaces non réfléchissantes. -La pièce doit être balayée pour une mesure complète (long, analyse difficile). 13 IV. Conclusion Pour conclure, nous pouvons dire que les Leds ont une chance de devenir la source lumineuse utilisée dans quelques années vu l’énorme évolution dont elles ont profitées depuis un certain temps. Plus souples d’utilisation, avec un large spectre lumineux à disposition, une durée de vie incroyablement longue, une puissance pouvant égaler maintenant la fibre optique et une consommation moindre, voila leurs atouts. Cependant il y a une vraie guerre entre les entreprises pour devenir leaders du marché. Quelle entreprise sera la future leader du marché ? 14
