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L'évolution et le fonctionnement de l'éclairage LED : de l'invention aux applications modernes

De Evolutie en Werking van LED-verlichting: Van Uitvinding tot Moderne Toepassingen

Introduction

L’éclairage LED a subi une transformation remarquable au cours des dernières décennies, passant d’une obscure découverte scientifique à une solution d’éclairage omniprésente et économe en énergie. Dans cet article, nous approfondissons le fonctionnement de l’éclairage LED, ses origines et l’évolution de ses applications. Nous discuterons également de quelques exemples fascinants et fournirons un support visuel avec des images si nécessaire.

L'invention de la LED

L'histoire de l'éclairage LED commence avec une découverte révolutionnaire dans les années 1960. Nick Holonyak Jr., scientifique chez General Electric, a développé la première LED fonctionnelle, fabriquée à partir de phosphure d'arséniure de gallium (GaAsP). Ces premières LED émettaient de la lumière infrarouge et avaient principalement des applications militaires.

Fonctionnement des LED

LED signifie Light Emitting Diode. La base du fonctionnement d’une LED réside dans le principe de l’électroluminescence. Lorsqu'un courant électrique traverse le matériau semi-conducteur (comme le nitrure de gallium), des électrons remplissent les trous de la structure cristalline et émettent des photons. Il en résulte un éclairage clair et efficace caractéristique.

LED et émission de lumière

Le fonctionnement de l’éclairage LED repose sur le phénomène d’électroluminescence dans les matériaux semi-conducteurs. Une LED est constituée d'un matériau semi-conducteur placé entre deux couches conductrices. Lorsqu'une tension est appliquée aux bornes des couches conductrices, un courant électrique est créé à travers le matériau semi-conducteur. Ce courant est constitué d'électrons et de trous (trous électroniques) qui entrent en collision les uns avec les autres dans le matériau semi-conducteur.

Lors de ces collisions, l’excès d’énergie est libéré sous forme de photons (particules lumineuses). Le matériau semi-conducteur spécifique utilisé dans la LED détermine la couleur de la lumière émise. Par exemple, le nitrure de gallium (GaN) est souvent utilisé pour la lumière bleue et blanche, tandis que d'autres matériaux tels que le phosphure d'aluminium-gallium-indium (AlGaInP) sont utilisés pour la lumière rouge et verte.

Durabilité et longue durée de vie

Une caractéristique notable de l’éclairage LED est sa longue durée de vie par rapport aux lampes à incandescence et fluorescentes traditionnelles. Ceci est en partie dû au fait que les LED n'ont pas de filament qui s'use et qu'il n'y a pas non plus de gaz qui s'échappe comme avec les lampes fluorescentes.

De plus, minimiser la dissipation thermique est essentiel pour prolonger la durée de vie des LED. Les LED génèrent de la chaleur, mais contrairement à l'éclairage traditionnel, qui gaspille de la chaleur, les LED doivent dissiper la chaleur pour maintenir leurs performances et leur durée de vie. La dissipation thermique est obtenue via des dissipateurs thermiques et des matériaux thermiques qui dispersent efficacement la chaleur.

Perte de lumière et contrôle de l'éclairage

Bien que les LED durent beaucoup plus longtemps que l’éclairage traditionnel, il existe une certaine perte de lumière avec le temps. Ceci est souvent exprimé par Lumen Maintenance, qui indique la quantité de lumière que la LED retient après une certaine période de temps. Les LED de haute qualité peuvent avoir une rétention de lumière allant jusqu'à 70 à 90 % après 50 000 heures d'utilisation.

La possibilité de contrôler la lumière LED dans différentes intensités, depuis un éclairage d'ambiance doux jusqu'à un éclairage de stade extrêmement lumineux, est rendue possible en ajustant le courant circulant à travers la LED. L'augmentation du courant peut augmenter la luminosité, mais cela doit être géré avec précaution pour éviter une surchauffe.

Évolution de la technologie LED

Au cours des années suivantes, la technologie LED a été développée et perfectionnée. Les scientifiques et les ingénieurs ont découvert de nouveaux matériaux semi-conducteurs et développé des LED capables de produire de la lumière visible. L’introduction des LED bleues dans les années 1990 a marqué un tournant, car elle a ouvert la voie à la création de lumière blanche en combinant des LED bleues avec des LED rouges et vertes.

Applications de l'éclairage LED

L'éclairage LED a provoqué une révolution sans précédent dans diverses industries. Certaines applications notables incluent :

  1. Éclairage pour usage domestique et professionnel : les ampoules LED sont désormais un choix populaire en raison de leur efficacité énergétique et de leur longue durée de vie.

  2. Technologies d'écran : les LED sont utilisées dans les téléviseurs, les moniteurs et les panneaux d'affichage pour leur capacité à afficher des images vives et claires.

  3. Éclairage public et embellissement urbain : les LED sont utilisées dans les lampadaires et l'éclairage architectural pour économiser l'énergie et transformer les villes.

  4. Éclairage automobile : Les voitures modernes utilisent des phares et des feux arrière à LED pour leur luminosité et leur durabilité.

  5. Applications médicales : les LED sont utilisées dans les dispositifs médicaux tels que les unités de photothérapie néonatale et l'éclairage chirurgical.

Exemples d'innovation

Un exemple notable d’innovation LED est le développement des OLED (Organic Light Emitting Diodes). Les OLED utilisent des matériaux organiques pour émettre de la lumière, ce qui leur permet d'être flexibles, fines et même transparentes. Cette technologie a conduit à des écrans pliables et à d’autres applications révolutionnaires.

Conclusion

Le parcours depuis la première LED infrarouge jusqu'à l'éclairage LED avancé d'aujourd'hui est tout simplement inspirant. Les LED ont non seulement changé notre façon d’aborder l’éclairage, mais ont également contribué aux économies d’énergie et à la durabilité. En regardant l’évolution de la technologie LED, nous ne pouvons qu’anticiper des développements encore plus passionnants à l’avenir.

Source:

  1. https://nl.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode
  2. https://www.nrc.nl/nieuws/2018/10/09/de-historie-van-de-led-a2416629
  3. https://www.ledsmagazine.com/leds-ssl-design/article/21172274/led-luminaire-design-fundamentals-for-efficient-thermal-management
  4. https://www.ledsmagazine.com/leds-ssl-design/article/21169792/the-many-factors-contributing-to-lumen-maintenance