La diode LED est un type de diode semi-conductrice utilisée pour générer de la lumière à partir d'un signal électrique. Les afficheurs LED regroupent plusieurs LED dans un même composant pour former des chiffres ou des lettres
Introduction aux diodes LED
Les diodes LED, abréviation de Light Emitting Diode, sont des dispositifs semi-conducteurs qui convertissent l'énergie électrique directement en lumière visible grâce au phénomène d'électroluminescence. Les LED sont aujourd’hui une technologie largement utilisée en raison de leur efficacité énergétique, de leur durabilité et de leur polyvalence dans une variété d’applications.
1. Histoire et développement des diodes LED
Le concept d'électroluminescence, phénomène à l'origine de l'émission de lumière dans les diodes LED, a été découvert en 1907 par H.J. Round, un ingénieur britannique. Il faudra cependant attendre les années 1960 pour voir apparaître les premières diodes LED pratiques et efficaces. En 1962, Nick Holonyak Jr., un ingénieur de General Electric, a créé la première LED à lumière rouge visible utilisant de l'arséniure de gallium phosphorescent. Cette percée a marqué le début de l’ère moderne des LED.
Au cours des décennies suivantes, des progrès significatifs ont été réalisés dans la technologie LED, notamment l’expansion des longueurs d’onde pour englober des couleurs supplémentaires, telles que le vert, le jaune et le bleu. L’une des étapes les plus importantes s’est produite en 1994, lorsque Shuji Nakamura a développé la première LED bleue à haut rendement utilisant du nitrure de gallium. Cette innovation a permis la création de LED blanches en combinant la lumière bleue avec du phosphore jaune, ouvrant ainsi la porte à une large gamme d'applications d'éclairage LED.
2. Fonctionnement et structure des diodes LED
Les diodes LED sont principalement composées de matériaux semi-conducteurs. La structure de base d’une LED est constituée d’une couche de matériau semi-conducteur actif, qui peut être dopée pour ajuster ses propriétés électriques et optiques. Ce semi-conducteur actif est entouré de couches de matériaux semi-conducteurs de type P et N, formant une jonction PN.
Lorsqu'une tension électrique est appliquée aux bornes de la jonction PN, les électrons de la région N et les trous de la région P se recombinent dans la région active, libérant de l'énergie sous forme de photons. La longueur d'onde de la lumière émise est déterminée par l'écart énergétique du matériau semi-conducteur, permettant la production d'une variété de couleurs de lumière.
3. Caractéristiques des diodes LED
Les diodes LED présentent un certain nombre de caractéristiques distinctives qui les rendent très recherchées par rapport à d'autres sources d'éclairage, telles que les lampes à incandescence ou fluorescentes :
- Efficacité énergétique : les LED convertissent la majeure partie de l’énergie électrique en lumière, minimisant ainsi les pertes de chaleur. Cela les rend considérablement plus efficaces que les technologies d’éclairage traditionnelles.
- Durabilité : les diodes LED ont une durée de vie nettement plus longue que les autres sources lumineuses. Ils peuvent durer des dizaines de milliers d’heures de fonctionnement sans remplacement, réduisant ainsi les coûts de maintenance et la production de déchets.
- Allumage et extinction rapides : les LED s'allument instantanément et ne nécessitent aucun temps de préchauffage, contrairement aux lampes fluorescentes. Cela les rend idéaux pour les applications où une réponse rapide est cruciale, comme dans la signalisation ou l'éclairage de sécurité ou même pour la fabrication d'affichages et d'écrans vidéo.
- Contrôle de gradation : les diodes LED peuvent être facilement atténuées pour ajuster l'intensité lumineuse, ce qui les rend polyvalentes pour une variété d'applications d'éclairage et de design.
- Résistance aux chocs et aux vibrations : En raison de leur construction solide et de l’absence de filaments cassants, les LED sont plus résistantes aux chocs et aux vibrations, ce qui les rend adaptées aux applications dans des environnements difficiles.
4. Applications des diodes LED
Les diodes LED sont utilisées dans une grande variété d'applications, allant de l'éclairage général aux applications spécialisées :
- Éclairage domestique et commercial : les LED sont de plus en plus utilisées dans les lampes et luminaires pour l'éclairage intérieur et extérieur en raison de leur efficacité énergétique et de leur longue durée de vie.
- Éclairage automobile : les LED sont utilisées dans les phares, les feux arrière, les feux stop et les éclairages intérieurs des véhicules en raison de leur faible consommation d'énergie et de leur réponse rapide.
- Écrans et panneaux LED : les LED sont utilisées dans les écrans d'affichage, les panneaux d'information et l'affichage numérique en raison de leur luminosité, de leur contraste et de leur contrôlabilité individuelle des pixels.
- Electronique grand public : les LED se trouvent dans les appareils électroniques tels que les téléviseurs, les moniteurs, les smartphones, les montres et les appareils électroménagers, fournissant des indicateurs d'état et un rétroéclairage.
- Éclairage de signalisation et de sécurité : les LED sont utilisées dans les panneaux de signalisation, les feux tricolores, les panneaux de sortie de secours et les systèmes d'éclairage de sécurité en raison de leur fiabilité et de leur visibilité.
- Éclairage décoratif et architectural : les LED sont utilisées dans les applications d'éclairage décoratif, mettant en valeur les éléments architecturaux et créant des effets de lumière ambiante.
5. Défis et avancées futurs
Bien que les diodes LED aient considérablement progressé depuis leur invention initiale, elles sont encore confrontées à des défis et à des opportunités d'améliorations futures :
- Efficacité énergétique améliorée : les chercheurs continuent de travailler pour augmenter l’efficacité des LED, réduisant encore leur consommation d’énergie et augmentant leur rendement lumineux.
- Développement de nouvelles longueurs d'onde et couleurs : de nouveaux matériaux semi-conducteurs sont étudiés pour élargir la gamme de couleurs disponibles dans les LED et explorer des applications dans des domaines tels que l'agriculture et la médecine.
- Améliorations de la gestion thermique : La gestion de la chaleur est un aspect crucial pour la fiabilité et la durée de vie des LED. De nouveaux matériaux et conceptions d'emballage sont en cours de développement pour améliorer la dissipation thermique et réduire le stress sur les appareils LED.
- Intégration avec des systèmes intelligents : les LED s'intègrent de plus en plus aux systèmes de contrôle intelligents et aux réseaux d'éclairage pour fournir un éclairage adaptatif et efficace en fonction des conditions environnementales et des préférences de l'utilisateur.
En résumé, les diodes LED ont révolutionné l'industrie de l'éclairage et continuent d'être une technologie en constante évolution avec un vaste potentiel dans une variété d'applications. Grâce à leur efficacité énergétique, leur durabilité et leur polyvalence, les LED continueront à jouer un rôle essentiel dans l'éclairage et la technologie à l'avenir.
Comment fonctionne une diode LED ?
Fonctionnement électronique
Le fonctionnement d'une LED est basé sur le principe de l'électroluminescence, un phénomène dans lequel les électrons d'un matériau semi-conducteur se recombinent avec des trous, libérant de l'énergie sous forme de photons de lumière. Ce processus se produit dans la région active de la diode LED lorsqu'une tension électrique est appliquée aux bornes de la jonction PN.
- Structure de jonction PN : Une LED typique se compose d'une jonction PN formée par l'union de deux semi-conducteurs, un de type P et un de type N. Dans la région de jonction, les électrons du matériau de type N et les trous du P- type de matériau se rencontre et s'étend de l'autre côté. Lorsqu'une tension directe est appliquée (positive du côté P et négative du côté N), un flux de courant est créé à travers la jonction PN.
- Recombinaison électron-trou : les électrons de la région N et les trous de la région P se recombinent dans la région active de la LED lorsque le courant traverse la jonction PN. Au cours de ce processus de recombinaison, les électrons libèrent de l’énergie sous forme de photons de lumière. La longueur d'onde de la lumière émise est déterminée par l'écart énergétique du matériau semi-conducteur.
Matériaux semi-conducteurs
Les matériaux semi-conducteurs utilisés dans les diodes LED jouent un rôle crucial dans leur fonctionnement et déterminent leurs propriétés optiques et électriques. Les matériaux les plus courants sont l'arséniure de gallium (GaAs), le phosphure de gallium (GaP), le nitrure de gallium (GaN) et le nitrure de gallium et d'indium (InGaN). Le choix du matériau détermine la longueur d'onde de la lumière émise et donc la couleur de la LED.
Espace énergétique (GAP) : L'espace énergétique du matériau semi-conducteur est l'énergie minimale requise pour qu'un électron passe de la bande de valence à la bande de conduction. Cet écart énergétique détermine l’énergie et la longueur d’onde de la lumière émise par la LED. Les matériaux avec des écarts énergétiques plus grands émettent de la lumière dans des longueurs d'onde plus courtes et des couleurs plus bleues, tandis que les matériaux avec des écarts énergétiques plus petits émettent de la lumière dans des longueurs d'onde plus longues et des couleurs plus rouges.
Construction physique
Les diodes LED sont fabriquées sous différentes formes et tailles pour s'adapter à une variété d'applications. La construction physique d’une LED typique comprend :
- Puce semi-conductrice : la puce semi-conductrice, où se produit l'émission de lumière, est montée sur un substrat en matériau semi-conducteur. Cette puce peut être rectangulaire, circulaire ou autre, selon la conception de la LED.
- Encapsulation : La puce semi-conductrice est encapsulée dans une résine époxy transparente ou une lentille en verre pour la protéger et concentrer la lumière émise dans la direction souhaitée. L'encapsulation fournit également une isolation électrique et une protection contre les agents environnementaux tels que l'humidité et la poussière.
- Connexions électriques : La puce semi-conductrice est connectée à des électrodes métalliques qui permettent la connexion électrique avec un circuit externe. Ces électrodes peuvent être disposées sur le dessus, le côté ou le bas du boîtier, en fonction du type de LED et de la disposition de conception.
Contrôle de l'intensité lumineuse
L’intensité lumineuse d’une LED peut être contrôlée en faisant varier le courant électrique qui la traverse. Bien que les diodes LED soient des dispositifs intrinsèquement non linéaires, leur luminosité peut être ajustée à l'aide de techniques de modulation de largeur d'impulsion (PWM) ou en faisant varier directement le courant d'alimentation. Cela permet d'ajuster la luminosité de la LED pour répondre aux besoins d'éclairage spécifiques dans différentes applications.
Considérations sur l’efficacité et la gestion thermique
L'efficacité et la gestion thermique sont des aspects importants dans le fonctionnement des diodes LED. Lorsque le courant traverse la LED, de la chaleur est générée dans la région active. Une chaleur excessive peut réduire l’efficacité de la LED et raccourcir sa durée de vie. Par conséquent, il est important de concevoir des systèmes de dissipation thermique efficaces, tels que des dissipateurs thermiques et des PCB métalliques, pour maintenir la température des LED dans des plages sûres et optimiser ses performances et sa durabilité.
En conclusion, le fonctionnement d’une LED repose sur le principe de l’électroluminescence, où la recombinaison d’électrons et de trous dans un matériau semi-conducteur actif génère de la lumière. Le choix des matériaux, la construction physique et le contrôle de l'intensité lumineuse sont des aspects clés de la conception et du fonctionnement efficace des diodes LED dans diverses applications d'éclairage et électroniques.
Types de diodes LED
Les diodes LED sont des composants électroniques extrêmement polyvalents utilisés dans une large gamme d'applications. Outre les LED individuelles, il existe différents types de diodes LED et de configurations d'affichage utilisées dans les applications électroniques et d'éclairage. Voici quelques-uns des types les plus courants :
- LED monochromes (spectre visible)
Ce sont les LED les plus basiques et les plus courantes. Ils émettent de la lumière dans une seule couleur et sont largement utilisés dans les applications de signalisation, d'éclairage et d'affichage. Ils sont disponibles dans une variété de couleurs, notamment le rouge, le vert, le bleu, le jaune et le blanc. Les LED monochromes peuvent être trouvées dans une variété de boîtiers, tels que les LED à montage en surface (SMD), les LED traversantes et les LED haute puissance.
- LED RGB (rouge, vert, bleu)
Ces LED contiennent trois puces semi-conductrices différentes qui émettent une lumière rouge, verte et bleue. En mélangeant ces trois lumières dans des proportions différentes, une large gamme de couleurs peut être créée. Les LED RGB sont essentielles pour éclairer des couleurs variables et créer des effets de lumière dynamiques.
- LED bicolores et tricolores
Ce sont des LED qui contiennent deux ou trois puces semi-conductrices, ce qui leur permet d'émettre deux ou trois couleurs différentes. Les LED bicolores peuvent changer entre deux couleurs, comme le rouge et le vert, tandis que les LED tricolores peuvent afficher trois couleurs, comme le rouge, le vert et le jaune..
- LED ultraviolettes et infrarouges
Les LED ultraviolettes (UV) émettent de la lumière dans la région ultraviolette du spectre électromagnétique et sont utilisées dans des applications telles que le durcissement de la résine, la désinfection, la détection de fluorescence et la détection de contrefaçon. Les LED infrarouges (IR) émettent de la lumière dans la région infrarouge et sont utilisées dans les applications de contrôle à distance, de sécurité, de vision nocturne et de capteurs de proximité.
- Afficheurs LED :
En plus des LED individuelles, il existe des écrans LED constitués de plusieurs diodes LED disposées en réseau pour former des caractères, des chiffres ou d'autres symboles. L’un des types d’écrans LED les plus courants est l’affichage à 7 segments. Ce type d'affichage se compose de sept segments individuels disposés en forme de « 8 » et est couramment utilisé pour afficher des chiffres numériques. Chaque segment peut être activé ou désactivé individuellement pour représenter les chiffres de 0 à 9 et certaines lettres, telles que A, B, C, etc. Les affichages à 7 segments sont largement utilisés dans des applications telles que les horloges numériques, les thermomètres, les chronomètres et les panneaux de commande.
- LED COB (Chip-on-Board)
Les LED COB sont une technologie avancée composée de plusieurs puces LED montées directement sur un substrat ou une carte de circuit imprimé (PCB).
La disposition des puces LED sur une même surface permet une plus grande densité de puissance et une meilleure répartition de la lumière.
Les LED COB offrent une luminosité et une efficacité supérieures à celles des LED individuelles, ce qui les rend idéales pour les applications à haute puissance et à haute luminosité telles que l'éclairage de grandes surfaces, l'éclairage extérieur, les projecteurs, les spots et les projecteurs. Je connais un dissipateur thermique.
- LED haute luminosité (HBLED)
Ils sont similaires aux COB. Les LED haute luminosité (HBLED) sont des diodes LED conçues pour produire un flux lumineux très intense.
Ces LED intègrent généralement un ensemble de puces LED haute puissance montées sur un substrat métallique pour une meilleure dissipation thermique.
Les HBLED sont utilisés dans les applications nécessitant un éclairage de haute intensité, telles que l'éclairage de scène, l'éclairage de studio, l'éclairage automobile, l'éclairage de façade et les projecteurs.
- Écrans matriciels LED
Ces écrans sont constitués d'une matrice de diodes LED disposées en lignes et en colonnes. Chaque LED individuelle de la matrice peut être allumée ou éteinte pour représenter des caractères alphanumériques, des graphiques ou des motifs spécifiques. Les écrans matriciels LED sont très flexibles et sont utilisés dans diverses applications, notamment les panneaux publicitaires, les systèmes d'information et les jeux électroniques.
- LED laser :
Les LED laser, également connues sous le nom de diodes laser, sont une variante spécialisée des diodes LED qui émettent une lumière cohérente et hautement adressable au lieu d'une lumière diffusée. Bien qu'elles partagent certaines similitudes avec les LED classiques, telles que la structure de base de la jonction PN et le fonctionnement basé sur la recombinaison des porteurs, les LED laser présentent des caractéristiques distinctives qui les rendent uniques. Voici une description plus détaillée des LED laser :
1. Principe de fonctionnement
Le fonctionnement d’une LED laser repose sur le même principe de base que celui d’une LED classique : la recombinaison de porteurs dans une région active semi-conductrice. Cependant, contrairement aux LED standards, les LED laser utilisent un processus appelé « émission stimulée de rayonnement » pour générer une lumière cohérente et hautement directionnelle.
Dans une LED laser, la région active du semi-conducteur est confinée entre deux miroirs hautement réfléchissants, dont l'un est partiellement transparent pour permettre à la lumière laser de s'échapper. Lorsqu'un courant électrique est appliqué à travers la diode laser, les électrons et les trous se recombinent dans la région active, générant des photons qui voyagent entre les miroirs réfléchissants. Ce processus d'émission stimulée amplifie la lumière et produit un faisceau cohérent de haute intensité qui émerge à travers le miroir partiellement transparent.
2. Structure et matériaux
Les LED laser sont construites avec des matériaux semi-conducteurs spécifiques, tels que l'arséniure de gallium (GaAs) et l'arséniure de gallium et d'indium (InGaAs). La structure de base d’une LED laser comprend :
Région active du semi-conducteur : Il s’agit de la région où se produisent la recombinaison des porteurs et l’émission de lumière laser. Il se compose généralement de plusieurs fines couches de matériaux semi-conducteurs dopés avec différentes impuretés pour ajuster les propriétés optiques et électriques.
Miroirs réfléchissants : des miroirs réfléchissants, un à chaque extrémité de la région active, forment une cavité résonante qui amplifie la lumière laser par réflexion multiple. Ces miroirs sont généralement constitués de couches alternées de matériaux avec différents indices de réfraction pour maximiser la réflexion.
Zone de gain : Il s'agit de la région où l'amplification optique se produit grâce au processus d'émission stimulée de rayonnement. La longueur et la composition de cette région déterminent les propriétés spectrales et d'émission de la LED laser.
3. Caractéristiques et applications
Les LED laser présentent plusieurs caractéristiques distinctives qui les rendent adaptées à des applications spécifiques :
Cohérence : La lumière émise par une LED laser est cohérente, ce qui signifie que toutes les ondes lumineuses ont la même phase et la même direction. Cela permet aux LED laser de produire des faisceaux étroits et hautement directionnels utiles dans la signalisation, les communications optiques et les applications médicales.
Monochromaticité : les LED laser émettent de la lumière dans une seule longueur d'onde ou couleur, ce qui les rend adaptées aux applications nécessitant une précision spectrale, telles que la lecture de codes-barres, l'impression laser et la spectroscopie.
Haute intensité lumineuse : les LED laser peuvent générer des faisceaux lumineux extrêmement brillants et concentrés, ce qui les rend idéales pour les applications d'éclairage, de projection et de découpe.
Faible divergence : les faisceaux lumineux laser LED ont une faible divergence, ce qui signifie qu'ils conservent leur taille et leur forme sur de longues distances. Cela les rend utiles dans des applications telles que la télémétrie, le suivi et le positionnement.
4. Applications des lasers LED
Les LED laser sont utilisées dans une grande variété d'applications, notamment :
Communications optiques : les LED laser sont essentielles dans les systèmes de communications optiques, tels que la fibre optique et la transmission laser, où elles sont utilisées pour envoyer des données sur de longues distances avec une vitesse et une précision élevées.
Médecine et thérapie : En médecine, les LED laser sont utilisées dans les thérapies par la lumière pour traiter diverses conditions médicales, telles que la stimulation de la croissance cellulaire, la réduction de la douleur et la promotion de la cicatrisation des plaies.
Instrumentation scientifique : les LED laser sont utilisées dans les instruments scientifiques, tels que les microscopes à fluorescence, les spectromètres et les lasers à piège optique, pour effectuer des mesures précises et des expériences de recherche.
Industrie et fabrication : Dans l'industrie, les LED laser sont utilisées dans les applications de découpe, de soudage, de marquage et de gravure, où elles fournissent une source de lumière puissante et hautement contrôlée pour les processus de fabrication de haute précision.
En résumé, les diodes LED sont disponibles dans une variété de types et de configurations pour s'adapter à un large éventail d'applications. Des simples LED individuelles aux écrans matriciels complexes, les LED sont des composants essentiels de l’électronique et de l’éclairage modernes.
Tailles et/ou capsules utilisées dans les diodes LED
Sans être une liste exhaustive, elle vous présente les capsules les plus couramment utilisées, ainsi que leurs caractéristiques communes de manière très générale, notamment en ce qui concerne la puissance, le courant et l'angle de vue.
Pour les diodes LED traversantes ou conventionnelles :
1. LED 3 mm (T-1) :
Ce sont les plus courants et sont utilisés dans une grande variété d’applications.
Diamètre: 3mm
Hauteur : 2,5 mm
Angle de vision : 20-30 degrés
Courant : 20 mA
Puissance : 5-10 mW
LED 2. 5 mm (T-1 3/4) :
Ils sont plus lumineux que les LED de 3 mm et sont utilisés dans des applications nécessitant un rendement lumineux plus élevé.
Diamètre: 5mm
Hauteur : 4,8 mm
Angle de vision : 20-30 degrés
Courant : 20 mA
Puissance : 10-20 mW
3. LED de 8 mm :
Ce sont les LED les plus lumineuses des LED montées de manière conventionnelle et sont utilisées dans des applications nécessitant un rendement lumineux maximal.
Diamètre: 8mm
Hauteur : 5,6 mm
Angle de vision : 20-30 degrés
Courant : 20 mA
Puissance : 20-30 mW
4. LED 10 mm :
Elles sont moins courantes que les LED de 3 mm, 5 mm et 8 mm, mais sont utilisées dans certaines applications spéciales.
Diamètre: 10mm
Hauteur : 7,5 mm
Angle de vision : 20-30 degrés
Courant : 20 mA
Puissance : 30-40 mW
5. LED Piranha ou superflux :
Ce sont des LED haute puissance qui se caractérisent par leur forme carrée.
Diamètre: 5mm
Hauteur : 4,6 mm
Angle de vision : 120 degrés
Courant : 350 mA
Puissance : 100-150 mW
6. LED PLCC :
Ce sont des LED haute puissance caractérisées par leur encapsulation en plastique.
Diamètre: 5mm
Hauteur : 4,8 mm
Angle de vision : 120 degrés
Courant : 350 mA
Puissance : 100-150 mW
Tailles des capsules pour les diodes LED en montage SMD :
1. LED 0402 :
Ce sont les plus petites des LED CMS et sont utilisées dans des applications nécessitant une très petite taille.
Dimensions : 0,4 mm x 0,2 mm
Angle de vision : 120 degrés
Courant : 20 mA
Puissance : 5-10 mW
2. LED 0603 :
Elles sont légèrement plus grandes que les LED 0402 et sont utilisées dans une grande variété d'applications.
Dimensions : 0,6 mm x 0,3 mm
Angle de vision : 120 degrés
Courant : 20 mA
Puissance : 5-10 mW
3. LED 0805 :
Ils constituent une taille populaire pour les LED CMS et sont utilisés dans des applications qui nécessitent un bon équilibre entre taille et puissance.
Dimensions : 0,8 mm x 0,5 mm
Angle de vision : 120 degrés
Courant : 20 mA
Puissance : 10-20 mW
4. LED 1206 :
Ils constituent une taille populaire pour les LED CMS et sont utilisés dans des applications nécessitant un rendement lumineux plus élevé.
Dimensions : 1,2 mm x 0,6 mm
Angle de vision : 120 degrés
Courant : 20 mA
Puissance : 20-30 mW
5. LED 3528 :
Il s'agit de LED SMD haute puissance qui se caractérisent par leur grande taille.
Dimensions : 3,5 mm x 2,8 mm
Angle de vision : 120 degrés
Courant : 150 mA
Puissance : 50-100 mW
6. 5050 LED :
Il s'agit de LED SMD haute puissance qui se caractérisent par leur taille encore plus grande.
Dimensions : 5,0 mm x 5,0 mm
Angle de vision : 120 degrés
Courant : 150 mA
Puissance : 100-150 mW
Finitions des capsules LED (teintées, transparentes, diffuses)
Les différentes finitions teintées, claires et diffuses sont des options d'encapsulation des diodes LED qui affectent la dispersion et l'intensité de la lumière émise. Chacun possède des caractéristiques spécifiques qui les rendent adaptés à différentes applications. Voici une explication de chacun :
- Finition teintée (Tinted LED) :
Caractéristiques : La finition teintée fait référence à un revêtement coloré appliqué sur l'encapsulation de la diode LED.
Ce revêtement donne une couleur ou un ton spécifique à la lumière émise par la LED.
La couleur du revêtement peut varier du transparent au foncé, selon le degré de teinte.
La couleur de la lumière émise par la LED sera influencée par la couleur du revêtement teinté.
Applications : Les LED avec une finition teintée sont couramment utilisées dans les applications où un éclairage avec une teinte spécifique ou un aspect esthétique particulier est requis.
Ils sont utilisés dans l’éclairage décoratif, l’éclairage ambiant, la signalisation et les effets d’éclairage spécialisés.
- Finition claire (Clear LED) :
Caractéristiques : La finition transparente fait référence à une encapsulation transparente qui permet à la lumière émise par la diode LED de se propager avec peu ou pas d'obstruction. Ce type d'encapsulation fournit un flux lumineux direct et clair, sans diffraction significative. La lumière émise par une LED à finition transparente a tendance à être plus brillante et plus concentrée que celle des autres finitions.
Applications : Les LED à finition transparente sont idéales pour les applications où une lumière vive et ciblée est nécessaire, telles que les indicateurs, la signalisation, l'éclairage des panneaux et le rétroéclairage.
- Finition diffusée (Diffused LED) :
Caractéristiques : La finition diffuse fait référence à un emballage qui a été traité pour disperser plus uniformément la lumière émise par la diode LED. Ce traitement réduit l'intensité de la lumière directe et adoucit les bords de l'ombre, créant ainsi une lumière plus douce et plus diffuse. La finition diffuse contribue également à réduire l’éblouissement et offre une répartition plus uniforme de la lumière.
Applications:
Les LED à finition diffuse conviennent aux applications où un éclairage doux et uniforme est nécessaire, telles que l'éclairage d'ambiance, l'éclairage de signalisation intérieure, le rétroéclairage des écrans et des tableaux de bord.
Résumé:
La finition teintée donne une couleur spécifique à la lumière émise et est utilisée dans des applications esthétiques ou de design.
La finition transparente fournit une lumière vive et directe, idéale pour les applications où une intensité lumineuse élevée et ciblée est requise.
La finition diffuse disperse la lumière plus uniformément et plus doucement, adaptée aux applications nécessitant un éclairage doux et sans éblouissement. Le choix entre ces finitions dépendra des besoins spécifiques de l’application, notamment de l’esthétique souhaitée, de l’intensité lumineuse requise et du type de dispersion lumineuse souhaité.
Graphique de l'angle de vision d'une diode LED 2θ½
Le graphique qui représente l'angle de vision ou l'ouverture d'une diode LED est généralement représenté en coordonnées polaires. Le graphique polaire de la luminosité d'une diode LED est une représentation graphique de l'intensité de la lumière émise par la LED en fonction de l'angle d'émission. Il s'agit d'un graphique circulaire dans lequel l'axe radial représente l'intensité lumineuse et l'angle θ représente l'angle d'émission par rapport à l'axe perpendiculaire à la surface de la LED.
Explication de θ :
θ = 0° : Correspond à la direction perpendiculaire à la surface de la LED. Dans ce cas, l’intensité lumineuse est maximale.
θ > 0° : À mesure que θ augmente, l'intensité lumineuse diminue.
θ = 90° : L'intensité lumineuse est minimale.
θ > 90° : L'intensité lumineuse augmente à nouveau, mais n'atteint pas la même intensité qu'à θ = 0°.
Forme du graphique :
La forme du graphique polaire de luminosité dépend du type de LED. Les LED avec un angle de vision large ont un graphique plus large, tandis que les LED avec un angle de vision étroit ont un graphique plus pointu.
Nous définissons l'angle θ/2, celui dans lequel l'intensité lumineuse est juste la moitié de l'intensité maximale, c'est-à-dire la moitié de celle à 0º. Compte tenu du fait que la diode LED est symétrique, l'angle d'ouverture de la LED est double et s'exprime par 2θ½. Dans l’exemple suivant, nous le verrons plus clairement :
Les points limites de la valeur d'intensité égale à 0,5 avec le lobe du graphique sont à 15º et -15º. Nous définissons donc que la diode LED dans le graphique a une ouverture de 30º ou 2θ½= 30º
Graphique du spectre d'une diode LED
Le graphique de fréquence lumineuse d'une LED montre la quantité de lumière émise par la LED en fonction de la longueur d'onde de cette lumière, également connue sous le nom de spectre d'émission de la LED. Pour comprendre ce graphique, il est utile de comprendre quelques concepts de base :
- Spectre d'émission:
Le spectre d'émission d'une LED représente la répartition de l'intensité lumineuse émise par la LED à différentes longueurs d'onde du spectre électromagnétique.
Chaque LED émet de la lumière à une longueur d'onde spécifique ou dans une plage étroite de longueurs d'onde, en fonction des matériaux semi-conducteurs utilisés dans sa construction.
- Longueur d'onde:
La longueur d'onde est la distance entre deux crêtes adjacentes d'une onde lumineuse. Elle se mesure en nanomètres (nm).
Dans le spectre visible, les longueurs d’onde les plus courtes correspondent aux couleurs bleu et violet, tandis que les longueurs d’onde les plus longues correspondent aux couleurs rouge et orange.
- Fréquence lumineuse :
La fréquence lumineuse est la quantité de lumière émise par la LED à une certaine longueur d'onde. Elle est exprimée en unités telles que watt par mètre carré par nanomètre (W/m²/nm) ou similaire.
Le graphique de fréquence lumineuse montre comment l'intensité lumineuse de la LED varie en fonction de la longueur d'onde.
Interprétation du graphique :
Sur le graphique, l'axe horizontal représente la longueur d'onde en nanomètres (nm), tandis que l'axe vertical représente l'intensité lumineuse en unités telles que W/m²/nm ou similaire.
La courbe sur le graphique montre comment l'intensité lumineuse de la LED varie en fonction de la longueur d'onde. Cette courbe peut être continue ou présenter des pics et des creux en fonction des caractéristiques spécifiques de la LED et des matériaux utilisés dans sa fabrication.
Les sommets du graphique représentent les longueurs d'onde auxquelles la LED émet le plus de lumière, tandis que les vallées représentent les longueurs d'onde auxquelles elle émet moins de lumière ou pas de lumière.
La forme et la largeur de la courbe sur le graphique dépendent de plusieurs facteurs, notamment du matériau semi-conducteur utilisé dans la LED, de la conception du boîtier et de tout revêtement optique appliqué à la LED.
Dans l'exemple de graphique suivant, nous voyons comment l'intensité maximale se produit à une fréquence dont la longueur d'onde est d'environ 455 nm. et nous avons une zone de vallée entre 480 nm et 520 nm. λ = 455nm.
Applications:
Le graphique de fréquence lumineuse est utile aux concepteurs et aux fabricants d'éclairage LED pour comprendre les caractéristiques spectrales des LED et sélectionner celles qui conviennent à leurs applications spécifiques.
Il est également important que les chercheurs et les scientifiques qui étudient les matériaux semi-conducteurs et les propriétés optiques des LED améliorent leur efficacité et leurs performances.
En résumé, le graphique de fréquence lumineuse d'une LED fournit des informations sur la façon dont l'intensité lumineuse de la LED varie à différentes longueurs d'onde du spectre électromagnétique, ce qui est crucial pour comprendre et optimiser ses performances dans diverses applications d'éclairage.
Cromaticité d'une diode conduite
La chromaticité d’une diode LED se réfère à la qualité de la couleur de la lumière émise. La cromaticité peut être représentée au milieu des coordonnées :
- x : indique la position de la couleur sur l'épi rouge-vert
- y : indique la position de la couleur sur l'eje azul-amarillo
La chromaticité d'une LED est elle-même représentée dans la feuille de données du fabricant et est très importante entre autres pour garantir que toutes les LED d'une même couleur d'une application soient iguales.
La chromaticité d'une LED peut varier en fonction de la température, du courant et de la tension.
La chromaticité d'une LED peut être méditée par l'utilisation d'un spectroradiomètre.
Il existe différents espaces de couleur pour définir la chromaticité, comme l'espace de couleur CIE 1931, l'espace de couleur CIE 1976 et l'espace de couleur sRGB.
Indice de reproduction chromatique ou CRI
Le CRI, ou indicateur de reproduction chromatique, d'une diode LED est une mesure de la capacité de la LED pour reproduire les couleurs de manière précise en comparaison avec une source de lumière naturelle. S'exprime sur une échelle de 0 à 100, siendo 100 est la meilleure reproduction chromatique possible.
Explication :
Valor CRI alto (90-100) : Les couleurs sont reproduites avec une grande précision et sept naturelles. Idéal pour les applications où la précision de la couleur est cruciale, comme les musées, les boutiques de vêtements, etc.
Valor CRI moyen (80-90) : La reproduction de la couleur est bonne, mais certaines couleurs peuvent être légèrement apagées. Adecuado para la mayoría de las aplicaciones generales.
Valeur CRI basse (0-80) : La reproduction de la couleur est déficiente et les couleurs peuvent être saturées. Seules les applications où la précision de la couleur n'est pas importante sont recommandées.
Facteurs qui affectent le CRI :
Type de LED : Les LED de haute puissance ont probablement un CRI plus élevé que les LED de basse puissance.
Couleur des LED : Les LED de couleur blanc chaud doivent avoir un CRI plus élevé que les LED de couleur blanc froid.
Fabricant de LED : Les différents fabricants peuvent avoir différents processus de fabrication qui affectent le CRI.
Importance du CRI :
Le CRI est important pour :
Sélectionnez la LED appropriée pour une application spécifique : Pour les applications où la précision de la couleur est cruciale, comme les musées ou les vêtements de vêtements, elles nécessitent un CRI élevé.
Assurez-vous que les couleurs soient naturelles : Un CRI aide à ce que les couleurs soient les plus réalistes possibles.
Éviter la distorsion de la couleur : Un CRI bas peut faire en sorte que les couleurs soient apagées ou déformées.
