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Article leds eclairage general

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Maîtrise des caractéristiques des diodes électroluminescentes :
un enjeu majeur en éclairage général
Benjamin MONTEIL (1), Jean-François BASSEREAU (2), Yann DESNOUVEAUX (3)
Arts et Métiers ParisTech
(1) Benjamin MONTEIL, Etudiant Master de Recherche au sein du Laboratoire Conception de Produits et Innovation aux Arts et Métiers
ParisTech, Responsable de www.led-fr.net,
(2) Jean-François BASSEREAU, Expert auprès du Laboratoire Conception de Produits et Innovation aux Arts et Métiers ParisTech,
(3) Yann DESNOUVEAUX, Responsable du bureau d’étude de SAMMODE,
RÉSUMÉ
Afin
de
pouvoir
intégrer
des
LEDs
(diodes
électroluminescentes) au sein d’un luminaire destiné à l’éclairage
général, il est vital de maîtriser leurs caractéristiques. Notamment
lors de la définition du besoin, des essais, de l‘approvisionnement
mais aussi de l’intégration.
MOTS CLEF: led, diode électroluminescente, éclairage, tri, bin,
binning, standard, norme, ssl, solid state lighting, del.
1
INTRODUCTION
L’évolution rapide et pérenne des performances des LEDs leur
ouvre constamment de nouveaux champs d’application. Depuis
peu, les LEDs tentent d’adresser le segment de l’éclairage général.
Or, la LED n’est pas une source lumineuse traditionnelle, c’est
avant tout un composant électronique qui émet de la lumière. Il en
résulte de nombreuses zones de flou au niveau normatif, une quasi
absence de standards, des moyens et des méthodes de mesure
inadaptés et des consommateurs désorientés.
Comment, dans ce contexte, maîtriser les caractéristiques des
LEDs afin de concevoir un luminaire destiné à l’éclairage général
?
Nous présenterons tout d’abord les LEDs de puissance et nous
tenterons de les comparer aux sources traditionnelles d’éclairage
avec des critères de choix classiques. Puis, nous traiterons de la
caractérisation et du tri des LEDs blanches proposés par les
fabricants. Enfin, nous mettrons en évidence les apports mais
aussi les limites des tris dans le processus de maîtrise des
caractéristiques des LEDs.
L’enjeu d’une telle maîtrise est l’utilisation généralisée des
LEDs en éclairage. La consommation énergétique consacrée à
l’éclairage dans les pays occidentaux étant de l’ordre de 5% à
15% (20% pour les USA), les économies potentielles sont
considérables [ZISSIS 2004].
2
LES LEDS
LED est l’acronyme Anglais de « light emitting diode», qui
signifie en Français diode électroluminescente (DEL).
L’appellation Anglaise est généralement préférée, cas courant
dans le domaine de l’électronique.
La LED appartient à la famille du Solid State Lighting (SSL).
Cette dernière s’oppose aux sources traditionnelles du fait que
l’émission de lumière n’est pas réalisée par le biais d’un filament
électrique ou d’un gaz mais d’une puce en phase solide.
2.1
Evolution et marchés des LEDs
2.1.1
Historique
Le phénomène de l’électroluminescence fut découvert par H. J
Round en 1907 [ROUND 1907] puis fut étonnement oublié
[ZISSIS 2007a]. Ce n’est qu’en 1962 que l’acte officiel de
naissance de la LED rouge a été signé [HOLONYAK 1962].
2.1.2
Une technologie qui évolue vite à allure contrôlée
Les LEDs possèdent une loi d’évolution : la loi de Haitz
[HAITZ 2000]. Elle énonce que, toutes les décennies, le flux
lumineux d’une LED est multiplié par 30 tandis que son coût est
divisé par 10 (Cf. Fig. N°1). Ceci correspond à un doublement du
flux lumineux tous les 24 mois et à une réduction du prix de plus
de 25% par an.
Figure N°1 - Evolution conjointe des performances et des coûts
des LEDs en quantité OEM [HAITZ 2000].
Les flux lumineux considérés sont ceux des LEDs les plus
performantes présentes sur le marché. Les prix sont à entendre
pour les OEM (Original Equipement Manufacturer). La loi de
Haitz peut être vue comme une analogie à la loi de Moore, qui
elle aussi décrit l’augmentation des performances en parallèle
d’une baisse des prix [MOORE 1975].
L’évolution des performances est décrite par le biais de feuilles
de route. Dans le domaine des LEDs de puissance, une des plus
connues est celle de l’OIDA (Optoelectronics Industry
Development Association).
Colloque CONFERE'08
Année
2002
2007
2012
2020
Efficacité lumineuse [lm/W]
25
75
150
200
Durée de vie [kh]
20
>20
>100
>100
Flux [lm/LED]
25
200
1000
1500
Prix du lumen [$/klm]
200
20
<5
IRC
75
80
>80
Feuille de route de l’OIDA [OIDA 2002]
<2
>80
Les feuilles de route sont dans l’ensemble respectées. Par
exemple, si on se réfère aux prévisions faites pour les LEDs
blanches, les fabricants produisaient en 2007 des LEDs à 75lm/W,
performance respectant les prévisions [LUMILEDS K2 2007].
Un rapport remis au sénat Américain en 2001 prévoyait, selon
un scénario « évolutionnaire », des efficacités lumineuses de
50lm/W pour les LEDs blanches en 2010 [SENAT US 2001].
Force est de constater que les prévisions de ce scénario ont été
largement dépassées.
Certaines applications nécessitent des performances qui ne
seront atteintes que dans plusieurs mois voire plusieurs années.
Les feuilles de route permettent d’optimiser la planification des
développements de produits actuellement irréalisables à base de
LEDs en les programmant en fonction des feuilles de route. Il est
donc possible de proposer sur le marché des produits innovants,
qui ne peuvent qu’intégrer des LEDs de dernière génération, dès
la commercialisation de ces dernières. Cette politique
d’anticipation donne un avantage concurrentiel conséquent vis-àvis des sociétés qui lancent les développements seulement lorsque
les LEDs adéquates arrivent sur le marché.
2.1.3
Les LEDs à la conquête de nouveaux marchés
Au fur et à mesure que les LEDs progressent, elles peuvent
pénétrer des nouveaux marchés [ZISSIS 2007b]. Depuis peu, elles
commencent à s’installer sur des applications à fort flux (Cf. Fig.
N°2).
Figure N°2 - Domaines d’application des LEDs en fonction de
leur flux et de leur couleur [ZISSIS 2007b]
2.1.4
A la croisée de deux mondes
La LED est une technologie qui se situe aux confins de deux
mondes : le monde de l’éclairage et le monde de l’électronique.
Les premiers sont coutumiers des contraintes thermiques, des
alimentations de toutes sortes. Les seconds maîtrisent la théorie de
l’éclairage, les phosphores et le réseau de distribution.
L’entrée des LEDs sur le marché de l’éclairage met aux prises
ces deux industries, dotées de leurs propres codes et de leurs
propres langages.
2.2
La technologie
Une LED est essentiellement composée d’une puce, qui émet
des photons, et d’un boîtier, qui protège l’assemblage.
2.2.1
Fonctionnement
Une LED est composée, à l’instar d’une diode, de deux
jonctions : P et N. L’une est en excès d’électrons (la couche N)
tandis que l’autre (la couche P) est en déficit d’électrons.
L’injection de courant entraine un déplacement des porteurs de
charges. Ces derniers se recombinent dans la couche active,
placée entre les couches P et N, et donnent naissance à des
photons.
Du fait de leur mode de fonctionnement, les LEDs émettent un
rayonnement monochromatique. Afin de générer du blanc, les
fabricants utilisent généralement une LED bleue (InGaN) au sein
de laquelle la puce est recouverte d’une couche de phosphore
(YAG:Ce) [ZISSIS 2004]. Le phosphore absorbe une partie du
rayonnement bleu et le convertit en radiations jaunes. Le mélange
de ces deux couleurs produit du blanc.
2.2.2
Les LEDs classiques
Une LED 5mm, modèle très connu, possède un boitier en résine
époxy. Ce dernier joue le rôle de contenant mais aussi de lentille.
Typiquement utilisées en tant que voyant, elles ne sont pas assez
puissantes pour être utilisées en éclairage. C’est pour cela que
nous ne les aborderons pas dans cet article.
2.2.3
Les LEDs de puissance
Une LED est dite de puissance lorsqu’elle consomme plus d’1/4
de Watt [MASSOL 2007a]. Par rapport à une LED classique, elle
possède, en sus, une pièce appelée « pad thermique » (Cf. Fig.
N°3) qui a pour fonction l’évacuation de la chaleur générée au
niveau de la puce. Ces LEDs sont utilisées pour les applications
nécessitant une quantité de flux lumineux que ne peut pas fournir
une LED 5mm.
Figure N°3 - Coupe d’une LED de puissance OSRAM Golden
DRAGON
Les monopuce ne sont pas l’unique type de LEDs de puissance.
Il existe également des modèles multipuces [OSRAM OSTAR
2008].
Benjamin MONTEIL, Jean-François BASSEREAU, Yann DESNOUVEAUX
Maîtrise des caractéristiques des diodes électroluminescentes : un enjeu majeur en éclairage général
2
Colloque CONFERE'08
2.3
Les LEDs face aux critères de choix classiques
du monde de l’éclairage
Classiquement, afin de choisir une source lumineuse, on
compare :

Le couple (Flux lumineux, Puissance électrique)

La durée de vie

L’indice de rendu des couleurs

La température de couleur
[OSRAM CAT 2008] et [PHILIPS CAT 2008]
Ces critères sont-ils pertinents pour les LEDs blanches ?
2.3.1
Le couple (Flux lumineux, Puissance électrique)
Le flux lumineux d’une LED et sa tension inverse Vf, sont
caractérisés au courant nominal In par les fabricants. Ces deux
informations permettent de déterminer le couple (flux, puissance
électrique). Ce dernier permet d’accéder à l’efficacité lumineuse
de la LED, notée η, par la formule suivante : η=Flux/Puissance
[lm/W].
Les luminaires à LEDs requièrent un équipement et des
méthodes de mesures specifiques [HANSELAER et KAHO
2007]. La CIE (Commission Internationale de l’éclairage),
propose des méthodes de mesure adaptées [CIE 127:2007]. Il
n’est pas possible de réaliser des mesures fiables à l’aide de
matériel classique, conçu autour des sources lumineuses
traditionnelles. Il convient donc de faire appel à des laboratoires
dotés du matériel ad hoc si l’on souhaite réaliser des campagnes
d’essais fiables.
2.3.2
La durée de vie
Une LED ne se comporte pas comme une source lumineuse
traditionnelle : elle s’éteint au bout d’un temps extrêmement long.
Ceci explique pourquoi, au début des années 2000, les
constructeurs de LEDs annonçaient généralement des durées de
vie de 100.000 heures [LUMILEDS B&L 2002 et 2004].
Néanmoins, la quantité de flux lumineux décroit dans le temps, de
telle sorte qu’il existe un seuil à partir duquel on considère la LED
comme inopérante. Ceci explique pourquoi, de nos jours, les
valeurs annoncées sont plus faibles, de l’ordre de 60.000 heures
[LUMILEDS B&L 2007].
La définition de la durée de vie généralement admise d’une
LED est égale au temps qu’il faut pour que la moitié des lampes
émettent moins de 70% du flux initial. Cette valeur est appelée la
(B50, L70). Cette donnée est généralement fournie par les
constructeurs [LUMILEDS RELIABILITY 2007] et [CREE
RELIABILITY 2007].
2.3.3
L’indice de rendu des couleurs
L’indice de rendu des couleurs caractérise l’aptitude qu’à une
source à bien rendre les couleurs qu’elle éclaire. La source de
référence, dotée d’une IRC de 100, est le corps noir.
Initialement, la CIE a définie l’IRC comme une moyenne de
notes jugeant la capacité qu’a une source à reproduire 14 couleurs.
Les lampes fluorescentes ne reproduisant pas bien le rouge, la CIE
a révisé la méthode pour réduire le nombre d’échantillons de 14 à
8 [CIE 177:2007].
Les IRC calculés ne correspondent pas à l’effet ressenti par les
personnes éclairées par des LEDs blanches [CIE 177:2007]. Ceci
entraine que la définition de l’IRC n’est pas valable pour ces
dernières. Il est donc nécessaire d’en revoir la définition. Une
nouvelle définition de l’IRC, adaptée aux LEDs, doit être mise au
point et validée [CIE 177:2007]. Plusieurs méthodes sont en cours
d’étude [CIE 178:2007].
La notion d’IRC n’étant pas pertinente pour une LED blanche,
il faut pallier à cela par le biais de tests utilisateurs par exemple.
Le recours à des avis d’utilisateurs a pour avantage de s’affranchir
de la non pertinence du critère de l’IRC actuellement en vigueur.
Néanmoins, il faut considérer les avis à la lumière de la
subjectivité de la perception visuelle.
2.3.4
La température de couleur
La température de couleur d’une source lumineuse caractérise
la teinte du blanc. Une teinte bleutée sera dite froide tandis qu’une
teinte jaunâtre sera dite chaude (Cf. Fig. N°4).
6510K
3460K
5030K
4170K
2840K
Figure N°4 - Teinte de différentes sources lumineuses blanches
[XIE 2007]
Sur le diagramme CIE 1931 (Cf. Fig. N°5), les couleurs pures
(radiations monochromatique) sont disposées sur la périphérie
courbe de l’espace tandis que les couleurs issues de mélanges sont
placées à l’intérieur du diagramme (le blanc s’y trouve au centre).
La ligne droite qui relie les deux extrémités du spectre est la droite
des pourpres. Le rayonnement émis par un corps noir, décrit par la
loi de Planck, est situé sur le lieu du corps noir, dont l’appellation
Anglaise est « blackbody radiation curve ».
Figure N°5 - Diagramme CIE 1931 [LUMILEDS P&P 2008]
La notion de température de couleur ne suffit pas à caractériser
une LED blanche. En effet, une LED ne possède pas un spectre de
corps noir [NICHIA NJS 2008]. Il en résulte que les coordonnées
chromatiques d’une LED blanche peuvent se situer nettement en
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Maîtrise des caractéristiques des diodes électroluminescentes : un enjeu majeur en éclairage général
3
Colloque CONFERE'08
dessus ou en dessous du lieu du corps noir. Ceci explique
pourquoi l’on parle de température de couleur corrélée
(« Correlated Color Temperature » en Anglais) et non de
température de couleur pour une LED.
Afin de caractériser la teinte d’une LED blanche, il est
nécessaire de quadriller une zone proche du lieu du corps noir.
2.3.5
Corrélation des critères
Les LEDs possèdent des performances à la hauteur des sources
d’éclairage traditionnelles. A la différence que les LEDs ne
possèdent pas de standards de puissance, ce qui rend la
comparaison directe délicate.
Lampe
incandescente
Lampe
halogène
Lampe
fluocompacte
Tube
fluorescent T5
Puissance
[W]
Flux
[lm]
IRC
1200
Efficacité
lumineuse
[lm/W]
12
100
70
1200
16
100
20
1200
60
85
14
1200
86
85
100
Valeurs typiques [OSRAM CAT 2008] pour des lampes ayant
un flux lumineux de 1200 lumen
Il n’est pas possible d’intégrer à ce tableau une ligne qui
synthétise l’état de l’art actuel des LEDs. En effet, elles sont
radicalement différentes selon leurs caractéristiques. Certaines
LEDs de puissance émettent plus de 1000 lumen pour 15W
[OSRAM OSTAR 2008] alors que d’autres émettent plus de 100
lumen pour 1W seulement [CREE XR-E 2007].
Figure N°6 - Efficacité lumineuse en fonction du flux lumineux.
Valeurs typiques des LEDs de la gamme d’OSRAM OS.
CW : blanc froid, NW : blanc neutre, WW : blanc chaud
[OSRAM DRAGON PLUS, DIAMOND, OSTAR 2008]
Les LEDs de teinte froide possèdent des IRC de l’ordre de 70
tandis que les LEDs de teinte chaude possèdent des IRC
généralement supérieurs à 80. Parallèlement, les LEDs sont
d’autant plus performantes que la teinte est froide [CREE XR-E
2007].
Les LEDs produisant qualitativement la meilleure lumière sont
celles qui sont les moins efficaces. Il en résulte qu’il faut trouver
un compromis entre performances et qualité de lumière.
Parallèlement, pour une teinte donnée, une LED sera d’autant
plus efficace qu’elle sera parcourue par un courant faible (Cf. Fig.
N°6). Il en résulte que les systèmes à haute efficacité lumineuse
tendent à multiplier le nombre de LEDs.
A noter que les LEDs sont très sensibles à la température et que
cela influe sur le couple (Flux lumineux, Puissance électrique), la
durée de vie, l’IRC et la teinte du blanc [NICHIA Θ 2003],
[SEOUL Θ 2005] et [LUMILEDS Θ 2006]. Volontairement, nous
n’aborderons pas cet aspect dans cet article.
3
CARACTERISATION ET TRI DES LEDS BLANCHES
3.1
Caractérisation des LEDs blanches par les
fabricants
Les LEDs sont testées et caractérisées à leur courant nominal
par les fabricants suivant les paramètres suivants :

Sa quantité de flux [lumen]

Ses coordonnées colorimétriques, ou teinte

Sa tension inverse Vf [volt]
« Binning and labeling » est le processus qui vise à caractériser
les LEDs et à leur assigner un code spécifique.
Les valeurs déterminées lors de la caractérisation sont traduites
en un code propre à chaque fabricant. La lecture de ce dernier
permet de connaitre les caractéristiques d’une LED.
Les constructeurs de LEDs publient un document, intitulé
« binning and labeling », qui présente leur politique de
caractérisation [LUMILEDS B&L 2007], [SEOUL B&L 2008] et
[CREE B&L 2008].
3.2
Tri en fonction du flux lumineux
Pour le flux lumineux, les performances des LEDs sont classées
au sein d’une échelle. Les intervalles de cette échelle, les tris,
appelés « bin », sont généralement dénommés par des lettres et
sont propres à chaque fabricant. Concrètement, une LED blanche
Lumileds émettant 100 lumen appartient au « bin U ».
Bin
code
J
K
L
M
N
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Minimum photometric
flux [lumen]
6,3
8,2
10,7
13,9
18,1
23,5
30,6
39,8
51,7
67,2
87,4
113,6
147,7
192,0
Maximum photometric
Flux [lumen]
8,2
10,7
13,9
18,1
23,5
30,6
39,8
51,7
67,2
87,4
113,6
147,7
192,0
249,6
Codes des tris (ou « bin ») de Lumileds en termes de flux pour
la plupart des produits de la gamme [LUMILEDS B&L 2007]
3.3
Tri en fonction des coordonnées chromatiques
Chaque fabricant possède son propre quadrillage de l’espace
colorimétrique. Ce dernier couvre une large gamme de teintes de
blanc, allant des teintes froides aux teintes chaudes.
Initialement, les fabricants proposaient des LEDs dont la
température de couleur n’était pas contrôlée, du fait des
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Maîtrise des caractéristiques des diodes électroluminescentes : un enjeu majeur en éclairage général
4
Colloque CONFERE'08
technologies employées, notamment lors de la phase du dépôt de
phosphore sur la puce [MASSOL 2007b].
Afin de répondre aux besoins des clients, les fabricants ont mis
en place des quadrillages de l’espace colorimétrique. Ce
quadrillage est réalisé de telle sorte qu’un tri, appelé « bin »,
contienne moins de trois ellipses de MacAdam. Une ellipse de
MacAdam est une zone de l’espace colorimétrique, de forme
elliptique, à l’intérieur de laquelle on ne perçoit absolument pas
de variation de teinte du blanc à l’œil nu [MAC ADAM 1942,
1943].
Blanc chaud
Blanc neutre
3.3.1
Augmentation de la densité du maillage
Originellement, le nombre de tris a eu tendance à augmenter
alors que la surface globale du quadrillage restait globalement
inchangée. Ceci se traduisit par un affinage du quadrillage
[LUMILEDS B&L 2004, 2007].
Blanc froid
Figure N°9 – Quadrillage (ou « binning ») de Lumileds pour les
LEDs blanches en 2007 [LUMILEDS B&L 2007]
Du fait de l’amélioration des processus de fabrication, les
caractéristiques colorimétriques des LEDs sont mieux anticipées
[LUMILEDS PR 2008]. Ceci explique que des tris du quadrillage
soient progressivement supprimés. Dès à présent, une rangée de
tris (de « bin ») est supprimée pour les teintes chaudes de la
Luxeon Rebel [LUMILEDS REBEL 2008]. Ceci aboutit au
quadrillage suivant :
Figure N°7 – Quadrillage de Lumileds pour les LEDs de
teinte froide en 2004 [LUMILEDS B&L 2004]
Figure N°8 - Quadrillage de Lumileds pour les LEDs de
teinte froide en 2007 [LUMILEDS B&L 2007]
Sur les figures ci-dessus, les tris X1, V1 et WA ont été
subdivisés tandis que deux nouveaux tris sont apparus : U0 et VP.
Figure N°10 - Quadrillage (ou « binning ») de Lumileds pour la
LED Luxeon Rebel blanche [LUMILEDS REBEL 2008]
3.3.2
Diminution du nombre de tris (ou de « bin »)
En 2007, chez Lumileds, le quadrillage de l’espace
colorimétrique était le suivant [LUMILEDS B&L 2007] :
Le mouvement va se poursuivre dans le futur. Ainsi, à terme,
les seuls tris restants seront ceux proches de la courbe de Planck
[LUMILEDS PR 2008], (Cf. Fig. N°11).
Benjamin MONTEIL, Jean-François BASSEREAU, Yann DESNOUVEAUX
Maîtrise des caractéristiques des diodes électroluminescentes : un enjeu majeur en éclairage général
5
Colloque CONFERE'08
produit initial s’il n’a pas été intégré à la politique de tri des
contraintes en termes de pérennité de l’approvisionnement.
Parallèlement, il conviendra également de spécifier une garantie
de service après vente qui soit en accord avec la politique de tri de
la société. Il semble peu probable de pouvoir échanger des LEDs
d’aujourd’hui par celles qui existeront dans dix ans. Cela n’est pas
rédhibitoire mais il est nécessaire d’en avoir conscience et de
communiquer l’information en toute transparence.
Figure N°11 - Futur quadrillage (ou « binning ») de Lumileds
pour les LEDs blanches [LUMILEDS PR 2008]
3.3.3
Diversité des espaces colorimétriques
L’évolution constante du quadrillage chez les fabricants peut
rendre des références obsolètes. Ceci est le cas pour les tris (ou
« bin ») QM, PM, NM et MM sur la Rebel de Lumileds
[LUMILEDS REBEL 2007, 2008] (Cf. Fig. N°10).
Chaque fabricant possède son propre espace colorimétrique (ou
de « binning »). Ceci a plusieurs conséquences, dont notamment
la difficulté de substituer une LED blanche d’une marque par celle
d’une autre facilement (Cf. Fig. N°12). A la rigueur il peut être
possible de substituer un tri (ou « bin ») d’un fabricant par celui
d’un autre, tant que les deux possèdent une zone de recoupement
assez importante. Mais dans les faits, cela n’est pas possible. En
effet, typiquement, on commande des LEDs appartenant à
plusieurs tris (ou « bin ») voisins afin de réduire les problèmes
d’approvisionnement. Ceci induit des zones de recoupement trop
peu précises pour assurer une variation de teinte imperceptible
d’une LED à l’autre.
3.4
Tri en fonction de la caractéristique électrique
Il est possible de demander aux distributeurs des lots de LEDs
triés en fonction de leur tension inverse Vf.
L’intérêt de ce tri est généralement lié aux caractéristiques de
l’alimentation lorsque cette dernière est dimensionnée au plus
juste. En effet, si une alimentation fonctionne proche de sa limite
(la tension qu’elle peut supporter est proche de la tension de
l’ensemble des LEDs), l’intégration d’un lot de LEDs possédant
un Vf élevé aura pour effet de dépasser la tension maximale et
d’endommager le système.
Un autre cas dans lequel le tri est nécessaire est lorsque
l’architecture prévoit des LEDs disposées en parallèle. Dans ce
cas, il faut veiller à ce que les LEDs aient un Vf homogène
[PHILIPS XITANIUM 2006].
3.5
Nécessité de mise en place d’une politique du
tri
3.5.1
Tri et quantités éligibles
La caractérisation des LEDs par les fabricants leur permet de
procéder à des tris, plus ou moins fins en fonction des demandes
qu’ils reçoivent. Si l’on représente la production par un cube dont
trois faces sont visibles (Cf. Fig. N°13), un tri suivant n’importe
quel paramètre (le flux, la teinte ou le Vf), réduire l’offre. Et ce
d’autant plus que le tri est fin.
Même sur un stock constitué de quantités très importantes de
LEDs, il n’est pas possible d’opter pour certaines combinaisons de
tris. En effet, des incompatibilités existent. Par exemple, les LEDs
blanc chaud ne sont pas disponibles dans les flux maximum.
Figure N°12 - Superposition des espaces de binning blanc froid de
chez Seoul Semiconductor (P4) et de CREE (XR-E) [SEOUL B&L
2008] et [CREE B&L 2008]
Dans le cadre du service après-vente, il est nécessaire de
pouvoir échanger un luminaire défaillant par un nouveau, tant que
court la période de garantie prévue par le contrat.
Du fait de la myriade de fabricants de LEDs présents sur le
marché, de leur évolution mais aussi de la densité de maillage des
espaces colorimétriques, il est statistiquement peu probable qu’un
nouveau luminaire propose une colorimétrie équivalente au
Figure N°13 – Symbolisation du tri des LEDs blanches et
incidence sur les quantités éligibles [LE HOUEDEC 2006]
Il en résulte que plus les caractéristiques des LEDs demandées
seront situées sur des intervalles réduits et plus les quantités
éligibles seront faibles.
Benjamin MONTEIL, Jean-François BASSEREAU, Yann DESNOUVEAUX
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6
Colloque CONFERE'08
3.5.2
Impacts d’une politique de tri inadaptée
Un tri trop large entraine une augmentation du taux de produits
jugés comme étant de mauvaise qualité. Ceci du fait de
différences plus marquées en termes de teintes de blanc.
Si le tri est trop fin, les conditions d’approvisionnement sont
moins favorables : en moyenne, les délais sont plus longs et les
prix sont plus élevés sans que l’on crée de valeur ajoutée
supplémentaire.
3.5.3
Mise en place et optimisation de la politique du tri
Il est primordial de mettre en perspective, dès la phase de
conception, les besoins en termes de finesse de tri et les impacts
que cela occasionne.
L’optimisation de la politique de tri permet de parvenir au
« juste tri », véritable équilibre entre les différents facteurs que
sont les contraintes techniques, la pérennité du produit, les délais
et les coûts (Cf. Fig. N°14).
4
CONCLUSION
Les LEDs blanches ont atteint des niveaux de performances qui
les rendent compatibles avec des applications d’éclairage général.
Du fait de leurs caractéristiques singulières, les LEDs ne peuvent
pas être directement comparées aux sources traditionnelles.
Cependant, l’utilisation de moyens de mesures adaptés et de tests
utilisateurs permet de définir avec rigueur les caractéristiques des
LEDs requises pour un projet. Les avancées en termes de normes
et de standards permettront dans le futur de déterminer plus
aisément les caractéristiques des LEDs destinées à un produit.
La caractérisation systématique opérée par les constructeurs
permet de connaître les caractéristiques précises des LEDs mises
en œuvre. Quant aux tris proposés, ils permettent de sélectionner
les LEDs adaptées à un projet afin d’aboutir à un véritable travail
de sur mesure. La maîtrise des caractéristiques des LEDs passe
par la mise en œuvre d’une politique de tri, qui, optimisée, tend à
aboutir à une politique de « juste tri ». Cette dernière repose sur
une intégration en amont des besoins en termes de finesse de tri
mais surtout des impacts qui en résultent. Dans le futur, du fait
d’une meilleure maîtrise par les constructeurs des procédés de
fabrications mais aussi du fait des brevets partagés croisés et de
l’apport de la standardisation, les tris devraient gagner en
précision et devraient devenir plus homogènes d’un constructeur à
l’autre.
Tant que les standards, les normes, les consommateurs et les
technologies seront immatures, savoir définir les caractéristiques
nécessaires et suffisantes des LEDs et savoir mettre en place une
politique de tri adaptée, constitue sans nul doute un avantage
stratégique pour les entreprises. La maîtrise des caractéristiques
des LEDs constitue donc un enjeu majeur en éclairage général.
REFERENCES
Figure N°14 – Les tenants et aboutissants de la finesse du tri
Concevoir un produit qui nécessite des LEDs triées très
finement n’est pas inenvisageable. Le tout est d’intégrer dès le
départ du processus de conception les caractéristiques souhaitées
des LEDs ainsi que les incidences des choix.
3.6
Apports de la définition de standards
Une standardisation du quadrillage de l’espace colorimétrique
(du « binning ») chez tous les constructeurs de LEDs serait d’une
aide précieuse. En effet, cela permettrait d’être plus flexibles en
termes de choix des composants. Il serait alors possible de
changer de modèle voire même de marque sans impacts en termes
de colorimétrie. Aux Etats Unis, l’ANSI C78.377A propose un
maillage de l’espace colorimétrique [DOE 2007].
Parallèlement, le recours aux brevets partagés est une pratique
très commune chez les constructeurs de LEDs [TG&CREE 2008],
[TG&NEUMARK
2008],
[TG&OSRAM
2007],
[TG&LUMILEDS 2006] et [GE&NICHIA 2006]. Ceci tend à
uniformiser la production mondiale. Il en résulte un mouvement
de convergence naturelle.
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