LED – expliquée simplement

LED – expliquée simplement
La technologie LED – le savoir-faire
théorique et pratique

Chapitre Page
1.0
Introduction
3
1.1 LED – qu’est-ce que c’est? 3
1.2 Pourquoi des LED? 3
2.0
Technologie LED
4
2.1 La fabrication 4
2.2 Couche chargée négativement 5
2.3 Types de LED 5
2.4 Types de montage de LED 6
2.5 Avantages de la technologie LED 8
2.6 Critères de qualité 8
2.7 Technique conventionnelle ou LED? 13
3.0
Applications LED
14
3.1 Où l’utilisation des LED est-elle pertinente? 14
3.2 Calcul du potentiel d’économie d’éclairage 15
3.3 Sources lumineuses LED 16
3.4 Luminaires LED 16
3.5 Luminaires / sources lumineuses commandés en tension 17
3.6 Luminaires / sources lumineuses commandés en courant 17
3.7 Luminaires / sources lumineuses tension réseau 18
3.8 Exemple de projet sur le thème rétrofit 19
4.0
Planication LED et installation
22
4.1 De l’éclairage conventionnel aux LED 22
4.2 Planification d’une installation LED 22
4.3 Variabilité des LED 22
4.4 Encastrement et montage de luminaires LED 24
5.0
Perspectives des OLED
25
6.0
FAQ
27
7.0
Lexique
30
Contenu
2
Quelle: SLV

3
Nous avons besoin de lumière pour vivre. La lumière rythme notre temps, dicte nos
cycles de sommeil et de veille. Outre la lumière naturelle du soleil, l’éclairage articiel
joue un rôle majeur du fait que nous passons beaucoup de temps à l’intérieur. Il nous
faut de la lumière surtout pendant la nuit: pour nous protéger et nous orienter, pour le
travail et les loisirs. L’éclairage articiel nous accompagne à l’intérieur et à l’extérieur,
dans la vie privée et professionnelle. La lumière inuence nos humeurs et notre bien-
être. De jour comme de nuit.
La présente brochure vous apporte des connaissances techniques complètes sur la
technologie et les applications des sources lumineuses et luminaires LED. An que vous
soyez paré pour l’avenir!
1.1 LED – qu’est-ce que c’est?
La LED – light-emitting diode, ou DEL, diode électroluminescente – est un composant
électronique à semi-conducteur. Lorsqu’un courant traverse la diode dans le sens passant,
celle-ci émet de la lumière. Contrairement aux sources lumineuses conventionnelles, les LED
sont des composants électroniques, à savoir de minuscules puces électroniques en cristaux
semi-conducteurs. Les LED se passent de ltres chromatiques: leur lumière est directement
produite en diverses couleurs grâce à différents matériaux semi-conducteurs. La luminescence
de substances anorganiques a été découverte en 1907 déjà, et la naissance des LED produites
industriellement remonte à 1962. Il existe des LED blanches depuis le milieu des années 1990.
Ces dernières années, l’efcacité des LED a doublé tous les deux ans. Aujourd’hui, les LED
trouvent place dans de nombreuses applications. Elles sont devenues des sources lumineuses
rentables largement reconnues pour leurs nombreux avantages. Leur succès dépend surtout
d’une bonne qualité, d’une installation et d’une mise en service correctes ainsi que des com-
pétences techniques permettant de déterminer quand et où leur emploi est pertinent.
1.2 Pourquoi des LED?
Les LED sont aujourd’hui des sources lumineuses rentables pour l’éclairage général et l’éclai-
rage d’accentuation. Là où cela est judicieux, elles peuvent remplacer les sources lumineuses
conventionnelles et ainsi améliorer la exibilité et réduire la consommation de courant. L’éner-
gie nécessite des ressources. L’utilisation de sources lumineuses et luminaires LED permet de
limiter les coûts engendrés par les prix croissants de l’électricité et d’exploiter rationnellement
l’énergie disponible dans de nombreuses applications.
Les LED sont petites, souples et graduables. Leur durée de vie est extrêmement longue et la
qualité de leur lumière est excellente. Utilisables à l’intérieur ou à l’extérieur, elles produisent
une lumière blanche ou colorée et ménagent les biens sensibles. La mise en œuvre cohé-
rente de la technologie LED et l’utilisation de commandes d’éclairage intelligentes permettent
d’épargner quelque 70% de l’énergie destinée à l’éclairage. La percée de la technologie LED
constitue sans doute le plus important bouleversement intervenu dans la technique d’éclairage
depuis des décennies.
1.0 Introduction
Quelle: Samsung

4
2.0 Technologie LED
2.1 La fabrication
Les LED sont constituées de cristaux semi-conducteurs. Alors que dans les sources lumineuses
conventionnelles, la lumière est produite par un l incandescent ou un gaz, les LED sont de
minuscules puces électroniques en cristaux semi-conducteurs spéciaux. Avec la technologie
LED, nous sommes entrés dans l’ère de l’optoélectronique.
La matière première des LED est constituée de cristaux semi-conducteurs disposés en plaques
appelées wafers puis découpés en chips, ou puces. Les diodes électroluminescentes se com-
posent d’un semi-conducteur de base négatif présentant un excédent d’électrons. Puis s’ajoute
une très ne couche semi-conductrice positive présentant un manque d’électrons – on parle ici
de «trous». Placés sous tension, les électrons excédentaires et les «trous» se réunissent et se
combinent pour former la «couche barrière». L’énergie libérée est alors transformée en lumière
et en chaleur dans le cristal semi-conducteur.
Même les installations les plus modernes ne parviennent pas à conférer les mêmes caracté-
ristiques de ux lumineux et de chromaticité à toutes les zones du wafer. La sélection, le «bin-
ning», intervenant après la coupe du wafer en puces revêt donc une grande importance. Pour
garantir une qualité de lumière, une luminosité et une couleur de lumière constantes, les LED
de chaque lot doivent être triées et réparties en «bins» (anglais: récipients). Ce processus de
binning est surtout crucial avec les LED blanches. Vous en saurez plus à ce sujet en lisant le
chapitre «Critères de qualité» en page 8.
Pour simplier les contacts électriques et la protéger de son environnement, la LED est coulée
dans une lentille en silicone qui améliore également l’émission de la lumière.
Fabrication
Les installations modernes assurent une
production rapide et en grandes quan-
tités de matériaux semi-conducteurs.
Un wafer permet de produire des cen-
taines de puces LED.
La petite puce LED lumineuse est posée sur un gros élément conducteur de chaleur assurant
une bonne gestion thermique. La lentille assure la conduction primaire de la lumière.
Structure d’un module LED
Lentille
Liaison par bonding
Colle conductrice ou
soudage
Brasure
(par ex. avec
le circuit imprimé)
Circuit imprimé
Support / boîtier
Puce
Module
Quelle: OSRAM

Couche chargée
positivement
Couche chargée
négativement
Couche intermédiaire
5
2.2 Couche chargée négativement
Lorsque le courant passe par le semi-conducteur, celui commence à produire, à «émettre» de
la lumière. En langage technique, on parle d’«électroluminescence». Peu d’énergie suft. L’éner-
gie libérée est convertie en rayonnement dans le cristal semi-conducteur. Des réecteurs et des
lentilles guident, orientent la lumière produite.
Les LED sont alimentées en tension continue. Elles nécessitent un convertisseur de tension.
Contrairement aux lampes à incandescence, qui émettent un spectre complet, une LED n’émet
qu’une couleur précise. La couleur de sa lumière dépend du matériau semi-conducteur utilisé.
On recourt essentiellement à deux systèmes de matériaux (AllnGaP et InGaN) pour produire
des LED à haute luminosité et de toutes les couleurs, du bleu au rouge et, par conversion de
luminescence (voir page 10), au blanc. Différentes tensions sont nécessaires pour exploiter les
diodes dans le sens de conduction.
2.3 Types de LED
La LED High Power, aussi appelée LED hautes performances, produit le plus de lumière. La
plus petite LEP High Power est à peine plus grande qu’une tête d’allumette et atteint une ef-
cacité lumineuse de 100 lumens par watt (lm/W).
La LED Low Power provient des premiers stades de la technologie LED. Elle mesure trois ou
cinq millimètres et dispose d’un angle de rayonnement de 15 à 30 degrés. La marche victo-
rieuse des LED a débuté avec les LED laires de 5 mm; aujourd’hui, les LED Low Power sont
utilisées surtout pour la signalisation lumineuse. Elles sont alimentées par des courants de 20
à 100 milliampères (mA) maximum.
La LED Superux, aussi appelée Spider ou Piranha, offre une grande luminance. Elle est gé-
néralement alimentée en courant de 70 mA et comporte quatre broches. Ces LED permettent
aussi de réunir plusieurs puces dans un boîtier et de les commander individuellement. Leur
angle de rayonnement s’étend de 90 à 130 degrés. Les LED Superux sont souvent utilisées
dans la construction automobile.