La Vérité sur les LED Exposé réalisé pour le salon Vitrines et Tendances, Lumières et Tendances, Palais des Congrès de L

1. La Vérité sur les LEDExposé réalisé pour le salon Vitrines et Tendances, Lumières et Tendances, Palais des Congrès de Lyon, le 19 mars 2007. Le but de cette intervention est d’expliquer la LED simplement, pour avertir le public professionnel. C’est une source lumineuse extraordinaire qui a besoin de beaucoup de savoir faire pour remplir sa mission d’éclairer notre siècle d’une lumière intelligente et économe. Fabien Poutignat Président fondateur de Loupi électronique Intégrateur de LED depuis 1976 www.loupi.info

2. Sommaire 1) Questions de base • Comment ça s’appelle ? • Qu’est que c’est ? • Qui fabrique les sources ? • Qui assemble les sources ? 2)Comment ça marche • Quelle lumière cela fait ? • Comment cela s’alimente ? • Quels sont les vrais rendements ? 3) Les applications • Une nouvelle lumière • Combien ça coûte ?

3. Comment ça s’appelle ? • LED signifie Light Emitting Diode • En Français, Diode Émettrice de Lumière, DEL • Il se dit aussi « Diode Electro Luminescente » • L’académie Française recommande d’utiliser l’acronyme DEL • Cela semble difficile puisqu’il s’est constitué une communauté internationale qui utilise le terme LED… • On parle aussi d’ Éclairage à semi conducteur , en anglais SSL pour Solid State Lighting. • Alors, je vais rester sur LED, le terme le plus couramment utilisé Elles sont belles les LED…

4. Qu’est que c’est ?Exemple d’une LED classique, 1/10 de Watt • Une puce (Chip) de très petite taille est placée dans une petite coupelle. • Un micro fil d’or (Bonding wire) relie le dessus de la puce à l’une des broches, le dessous de la puce est contacté à la coupelle et à la deuxième broche. • Lorsque le courant passe dans la puce, une émission de lumière se produit vers l’avant.

5. Historique • La Led a été inventée par un ingénieur Américain Nick Holonyak Jr de chez Hewlett Packard aux USA dans les années 60. On avait déjà observé que les diodes classiques émettaient dans l’infrarouge, il est apparu que le Gallium émettait dans le spectre visible. • La LED est une source de lumière utilisée en premier dans les années 1970 et 1980 comme moyen de signalisation, de témoin de marche/arrêt par exemple ou d’éléments de décoration dynamique, ceci uniquement en Rouge/Orange/Jaune/Vert, et difficilement en Bleu. • Dans les années 1990, le professeur Nakamura de la société Nichia au Japon a réalisé une led émettant de la lumière blanche. C’était une révolution. Les premiers échantillons sont arrivés en France en 1997. • Au début des années 2000, l’efficacité lumineuse et la technologie ont tellement progressés que les LED deviennent des sources de lumière à part entière.

6. Qui fabrique les sources ?Le tableau des « Cross licence » des fabricants de LED est extrait de LEDsMAGAZINE N°3 octobre 2005 • La fabrication des LED est assurée par des grands groupes industriels, des milliers de brevets ont étés déposés dont certains sont des clefs incontournables. • Il est question d’usines HI-Tech qui se font une compétition régulière et participent au développement de cette nouvelle technologie, Philips avec Lumileds/Luxeon (racheté à Hewlett Packard), Osram (qui a investi depuis des années dans l’opto électronique), Cree l’américain, Nichia le japonais, Séoul Semi Conductor le coréen et de nombreux autres… • Il faut dire qu’il y a un certain nombre d’usines « suiveuses » très loin vers l’orient qui proposent des LED dites de contrebande qui ne présentent pas les caractéristiques de ce qui est annoncé par les leaders cités ci-dessus. Il est question d’une part de respecter la propriété industrielle de ceux qui l’ont et de préserver le marché en évitant d’acheter des LED illégales et hors specs.

7. Qui assemble les sources LED? • Les grands fabricants des LED sont tous équipés d’unités de fabrication et de distribution de luminaires, Philips et Osram sont au point depuis longtemps, les autres rachètent des entreprise de luminaire pour intégrer les LED. • Les éclairagistes, enseignistes, électriciens se mettent à jour, il doivent apprendre un nouveau métier, celui de l’électronique. • De nombreuses nouvelles entreprises se créent autour de la LED avec plus ou moins de bonheur. • Des entreprises expérimentées en opto électronique se lancent dans la fabrication de lampes a LED

8. Que se passe-t-il exactement ? • Vu les enjeux du marché, vu que les usines doivent tourner pour amortir les investissements, il apparaît que tout le monde cherche a faire du remplacement de lampes traditionnelles… • On met des LED dans des ampoules, on remplace des ampoules par des leds dans des spots classiques, là n’est pas la nouveauté, il est absurde de conserver le même « emballage » alors que la source lumineuse est différente. • Je pense que le développement de la source LED amène un nouveau design lumière, nombre de lampes à LED de cette nouvelle génération sont déjà là.

9. La LED se déguise en ampoule

10. Le LED se montre innovanteA gauche plafonnier Loupi, a droite dalles Traxon

11. Comment ça marche, quelle lumière émise ? • Au départ, une LED émet une lumière monochrome, c’est à dire une « raie de lumière » qui correspond a une partie du spectre visible. Le rouge, le vert, le bleu, le jaune. • Les LED dites RVB (Rouge/Vert/Bleu) possèdent 3 émetteurs correspondant à 3 raies isolées du spectre visible

12. La vérité sur la LED RVB • On entend souvent que cette led peut faire 16 millions de couleurs. En réalité certaines nuances parmi les plus intéressantes (dans le jaune par exemple) demandent un réglage trop fin. • Cette LED ne peut faire un vrai blanc « lumière du jour », son spectre n’étant pas complet. • Par contre, c’est une excellente lumière d’ambiance et de décoration qui permet des innovations lumineuses extraordinaires!

13. Les LED au phosphore convertisseur de lumière • Heureusement, il y a les LED à spectre large, faites d’une led bleue recouverte par un phosphore convertisseur de lumière qui produit du jaune en sortie. • Le mélange du bleu plus le jaune dans lequel il y a du rouge et du vert, produit un blanc spectre large qui se rapproche très nettement de la lumière de notre soleil. • De plus, il est possible de contrôler la couche de phosphore qui va déterminer la température de couleur de la lumière émise, du plus chaud 2500K au plus froid 10000K. • Le contrôle du phosphore et de son dépôt est un point crucial de la LED, aussi bien pour son efficacité que pour sa durabilité.

14. LED blanches: Caractéristiques • Intensité lumineuse émise >>> Lumen • Température de couleur >>> Degré Kevin • Signature électrique >>> Volt/Ampère Les différences d’intensité et de couleur sont visibles, les différences électriques pas forcément évidentes peuvent provoquer des dommages à court ou long terme en fonction de l’électronique de commande. C’est pourquoi les LED destinées a l’éclairage sont triés selon les 3 critères ci-dessus appelés « RANK » ou « BIN ». La maîtrise de cette sélection est impérative pour tout assemblage de LED. Les sytémiers intégrateurs sont en général équipés pour contrôler et affiner la sélection commandée au fabricant.

15. Exemple de dispersions électriques

16. LED blanches: homogénéité • La source électroluminescente LED étant composée d’un émetteur bleu et d’une couche de phosphore convertisseur, si la couche est irrégulière, la lumière émise le sera aussi. • La qualité d’une LED se juge à l’homogénéité de son faisceau. • Une « mauvaise » LED présentera une lumière bleuté au centre du faisceau et un rond jaune autour, voire des éclats verts ou jaune. Les photos sont extraites du site www.ledmuseum.org

17. Les Alimentations • Une LED blanche « de puissance » basique a besoin d’une puissance électrique de 1,2 Watt, on a pris l’habitude de dire LED 1W. • Son alimentation est en basse tension, en moyenne 3,5 Volt, donc TBT, Très Basse Tension. • Cette énergie doit être délivrée a la LED sous forme de COURANT et non de TENSION, ceci pour obtenir les performances nominales de la LED , intensité et longévité.

18. Le rendement des alimentations • Nous avons besoin d’un premier transformateur qui va convertir le secteur 220V en TBT, basse tension, moins de 48v. • Il faut ajouter un convertisseur qui va produire le courant pour les LED. • Alors, qu’est-t-il du rendement ?

19. La vérité sur les rendements • Pour qu’une Lampe a LED soit réellement efficace en termes de Lumens par Watt, il faut que l’alimentation le soit aussi. • Le fournisseur d’alimentation ou le systémier devra donc annoncer un rendement acceptable de l’ordre de 80%

20. Oui, une LED chauffe • Il est dit qu’une LED ne chauffe pas, c’est faux ! • Une LED chauffe beaucoup moins qu’une ampoule au tungstène. • Il est possible de très bien gérer cette chaleur et de l’évacuer en douceur par conduction et convexion avec des matériaux appropriés. • Il est possible de fixer un maximum de 60°, en dessous du seuil de la brûlure, de manière a ce qu’aucune partie de l’appareil, y compris la source ne puisse causer de dommages a personne.

21. Le Rendement des LED de plus de 1W • La base de la LED d’éclairage , c’est 1W pour un chip de 1mm². • De quelques Lumens par Watt au siècle dernier, on arrive maintenant à 50 lumen/Watt en commercial et à plus de 100 lumen Watt en labo, objectif 150 ! • Naturellement, les industriels amalgament les chips de 1mm², 4 puces juxtaposés font une LED de 5 Watt. • MAIS, il devient de plus en plus difficile d’extraire la chaleur et le rendement baisse subséquemment. • Ce qui veut dire que pour un éclairage de vitrine, si on utilise des spots faits avec des LED 5W, on va retrouver les mêmes problèmes de chauffe que pour les spots halogènes…. • Il est clair que les Lampes LED installées dans des spots classiques vont chauffer et seront moins intéressantes en économie d’énergie…

22. Rendement, longévité • Une LED 1W est spécifiée pour émettre 70% de son flux nominal après 50000 heures en continu soit presque 6 ans ! • Pour que cela soit possible, il faut donc assurer: >>Un fabricant de LED ayant un réel savoir faire et les brevets qu’il faut. >>Une sélection précise des LED en fonction des besoins, un contrôle de l’homogénéité. >>Une alimentation délivrant un courant régulé avec un rendement acceptable >>Un assemblage qui tient compte de l’évacuation de la chaleur.

23. La nouvelle lumière LED Les avantages sont considérables, la lumière passe sous contrôle, on commence a rivaliser avec l’astre du jour ! >>Fini les ampoules brûlantes >>Fini les radiateurs domestiques qui font un peu de lumière >>Fini les ampoules qui pètent au mauvais moment >>Fini la lumière jaunasse avec laquelle je ne vois plus rien… >>Fini les sifflements haute fréquence de mon variateur halogène >>Fini les tubes dans lesquels règnent des orages électriques haute fréquence… Bienvenue à la lumière durable, économe et intelligente !

24. Combien ça coûte ? • Alors, les prix sont évidemment variable selon la prestation et la provenance de ces nouvelles lampes. • Il m’est difficile de vous donner des prix marché, pour cela il vous suffit de faire le tour des stands… • La vérité, c’est qu’une lampe a LED est environ 8 fois plus cher qu’une lampe a tube fluo, à flux lumineux émis égal… • Mais c’est comme si on comparait une automobile à pétrole et une automobile électrique avec pile à combustible ! • A long terme, la LED n’est pas plus chère, payer plus son éclairage rentre dans une logique d’investissement avec un cadre marketing point de vente, des critères de qualité, une volonté d’innover et d’améliorer. • Il s’agit réellement d’une nouvelle lumière qui provoque un engouement mondial, LES LED ENVAHISSENT LA PLANETE !

25. FIN Merci de votre attention Que le Gallium soit avec vous !