DIODE ELECTROLUMINESCENTE : DEL ou, anglicisme, LED

La LED, que les francophones se devraient de nommer DEL, est un composant électronique émettant de la lumière lorsqu'un courant électrique y circule dans un sens donné. Une LED, DEL, est polarisée. La LED, DEL, ne laisse passer le courant électrique que de l'anode vers la cathode, du pôle positif vers le pôle négatif. La tension entre les bornes d'une LED, DEL, dépend de la couleur émise, elle varie en fonction de la couleur émise.

La LED, DEL, diode électroluminescente, produit un rayonnement monochromatique incohérent en transformant de l'énergie. La LED, DEL, est un composant électronique, un composant optoélectronique.

Les LEDs ne sont plus seulement témoins lumineux, il existe des LEDs de haute, voire de très haute brillance utilisables pour l'éclairage public par exemple.

La LED, DEL, produit de la lumière visible et uniquement de la lumière visible, une caractéristique propre à l'utilisation de certains matériaux semi-conducteurs.
La LED, DEL, bénéficie d'un rendement lumineux 10 fois supérieur à la lampe à incandescence.
La LED, DEL, jouit d'une durée de vie 50 fois supérieure à la lampe à incandescence.

QUELQUES DATES, HISTOIRE, DE LA LED, DEL

L'américain Nick Holonyak Jr. a créé la première diode à spectre visible en 1962. Les chercheurs croient devoir se limiter aux couleurs rouge, jaune et vert jusqu'en 1974, année de la découverte de l’électroluminescence de GaN dans le bleu.

Le japonais Shuji Nakamura, Maîtrise en génie électronique, rejoint la Nichia Corporation en 1979. En 1984 il débute ses recherches et met au point la première LED haute luminosité bleue en 1990, toujours au service de Nichia Corporation.
Avec la LED bleue, le blanc devient accessible en excitant des luminophores jaunes avec une partie de la lumière bleue ou en combinant la lumière de LEDs rouge, verte et bleue. La LED bleue, partiellement convertie en jaune par une couche de phosphore, est la clé de la LED blanche et de ses applications majeures : éclairage et écrans.
LED blanche entre en production en 1993.

AVANTAGES DE LA DIODE ELECTROLUMINESCENTE, DEL, LED

Un corps chaud émet de la lumière, très chaud il émet de la lumière blanche. Une lampe à incandescence est un radiateur qui accessoirement éclaire un peu. L’efficacité de la lampe à incandescence est désastreuse, elle n'émet seulement que 5 % de lumière utile pour 12 % de chaleur et 83 % d'infrarouge. Si aujourd’hui le rendement énergétique d'une LED est de 25 à 30%, d’ici à 2015 à 2020, ce rendement sera certainement de 50 %.

Les LEDs blanches ont ouvert la porte à l’éclairage dans un contexte favorable de recherche d’efficacité énergétique. Une meilleure efficacité et moins gourmande en énergie à service équivalent, avec une durée de vie de 50'000 heures, 100'000 prévues à moyen terme, la LED génère moins de déchets à recycler. La LED engendre moins, voire pas, de maintenance et ne contient pas de mercure à l'image des lampes fluorescentes
La capacité de produire de la lumière blanche à partir d'une LED permet des rendements de conversion potentiellement très élevés. On se doit encore juste de patienter aux environs des années 2015 pour obtenir un blanc de qualité comparable à celui de l’éclairage à incandescence.

La LED accumule les propriétés intéressantes. Une LED est une source de dimensions réduites, au poids très faible, avec une luminance élevée. L'émission de lumière d'une LED est bien délimitée dans le contexte source plane et émission hémisphérique encore agrémenté d'une efficacité importante en couleur. Une source froide permettant l'utilisation de matières plastiques.
Les principales conséquences des propriétés d'une LED sont son rendement élevé, hors de la dépréciation thermique, et le contrôle total du flux émis. La distribution lumineuse précise de la LED et l'inutilité de filtre pour les faisceaux colorés offre une liberté de design pratiquement illimitée.
L'utilisation de la basse tension est garante d'une grande autonomie et surtout élimine le risque électrique.
La LED est fiable et solide, la résistance aux chocs découle de l'absence de filament et l'affranchissement du tube de verre.
L'optique d'une LED est plus efficace par une meilleure utilisation de la lumière. Elle est encore facilitée par l'absence de chaleur rayonnée, pas de problèmes de ventilation. Une LED n'a pas besoin de filtres et dispose d'un fort potentiel en couleurs saturées. Les contrôles de la couleur et de l’intensité sont indépendants
La LED n'émet ni infrarouge, ni U.V., elle fonctionne parfaitement à basse température.
Le temps de réponse d'une LED est extrêmement court. La gradabilité totale, facile, est efficace énergétiquement.

FREINS A L'UTILISATION, DE LA LED, DEL

Les principaux freins qui subsistent à l'utilisation massive des LEDs sont :
  ·   Les coûts, le prix du lumen, restent élevés.
  ·   Le poids de l’électronique associée.
  ·   La rupture technologique qu’implique l'emploi de LEDs requiert des compétences nouvelles.       La fabrication de LEDs  quitte le champ des acteurs traditionnels.  L'emploi de LEDs requiert
      des  électroniciens  qui  se  lancent dans  l’éclairage et des éclairagistes qui se lancent dans
      l’électronique.
  ·   Les  contraintes  liées  aux  progrès  fulgurants   de   cette  technologie.   La  segmentation
      industrielle devient complexe à appréhender
  ·   Le cycle de renouvellement rapide des produits ne facilitent pas leur déploiement.
  ·   Pour donner tout son potentiel une LED doit être parfaitement utilisée.
  ·   Les contraintes électroniques, optiques et thermiques.

La température de fonctionnement d’une LED, notamment sa température de jonction, influence de nombreux paramètres. La chaleur reste néfaste au fonctionnement optimal d'une LED, elle agit : sur le spectre lumineux et la durée de vie de la LED, le flux, l’efficacité, la tension d’alimentation Vf. Le rendement de la LED décroît rapidement avec la hausse de la température de jonction. Si le rendement est affecté par la chaleur, la durée de vie de la LED décroît tout aussi rapidement avec la hausse de la température de jonction.
Les spécifications des fabricants sont toujours données pour une température de jonction ambiante. La puissance électrique non convertie en lumière est évacuée par conduction. Un dimensionnement thermique précis des systèmes à LED est essentiel à leur bon fonctionnement.

Le choix de l’intégration finale thermique reste donc cruciale et dépendra des paramètres suivants : température de fonctionnement, compacité, puissance et niveau de protection du système.
Les solutions se trouvent du côté de l'asservissement thermique, l'utilisation de matériaux à hautes qualités thermiquement dissipantes et sur les dimensions des dissipateurs.

Il est important aujourd'hui d'améliorer la résistance thermique des LEDs et d'en augmenter la température maximale de jonction. Le premier effet sera d'en améliorer encore le rendement.

Le pilotage en courant sur un mode continu ne livre pas un éclairage optimisé et souffre de dissipation thermique. Sa mise en oeuvre est simple donc peu chère. Le pilotage en courant sur un mode pulsé avec son contrôle de la durée d’éclairage permet une consommation réduite et une durée de vie améliorée. Le courant de pilotage, supérieur, amène un flux instantané plus important mais les coûts sont élevés. La maîtrise de l’alimentation se doit d'être affinée.

La maîtrise des coûts reste encore par trop floue.

LED, DEL, LUMIERE DU FUTUR

La lampe à incandescence et la LED, Light Emitting Diode, produisent de la lumière avec de l’électricité. Dans les deux cas, de l’électricité est transformée en lumière mais le principe de fonctionnement est très différent.

L’éclairage était probablement le dernier des bastions résistant au tout numérique. Avec l’arrivée des LEDs ultrabrillantes, l’éclairage est entré à son tout dans l’ère numérique.

LED, lumière du futur mais avec l’ère de l’éclairage électronique, à quoi s’attendre ? Qui peut prévoir où cela nous mènera ?