Lysdiode

En lysemitterende diode (forkortet til LED på fransk eller LED fra engelsk  : light-emitting diode ) er en opto-elektronisk enhed, der er i stand til at udsende lys, når den krydses af en elektrisk strøm . En lysdiode tillader elektrisk strøm at strømme i kun en retning og producerer ikke-kohærent monokromatisk eller polykromatisk stråling ved at omdanne elektrisk energi, når en strøm passerer gennem den.

Det har flere derivater, hovedsageligt OLED , AMOLED og FOLED (til fleksibel oled). På grund af deres lysudbytte erstatter LED -lamper andre typer lamper. De bruges også til konstruktion af flade tv -skærme : til baggrundsbelysning af flydende krystalskærme eller som den vigtigste belysningskilde i OLED -fjernsyn.

De første lysdioder på markedet producerede infrarødt , rødt, grønt og derefter gult lys. Ankomsten af ​​den blå LED, forbundet med teknisk og montageforskridt, gjorde det muligt at dække "båndet af emissionsbølgelængder, der strækker sig fra det ultraviolette (350  nm ) til det infrarøde (2000  nm ), hvilket opfylder mange behov. " . Mange enheder er udstyret med sammensatte lysdioder (tre lysdioder kombineret i en komponent: rød, grøn og blå), der gør det muligt at vise et stort antal farver.

Historie

Den første lysemission fra en halvleder stammer fra 1907 og blev opdaget af Henry Round . I 1927 indgav Oleg Lossev det første patent på det, der skulle kaldes, meget senere, en lysdiode.

I 1955 opdagede Rubin Braunstein den infrarøde emission af galliumarsenid , en halvleder, som derefter ville blive brugt af Nick Holonyak Jr. og S. Bevacqua til at skabe den første røde LED i 1962. I et par år begrænsede forskerne sig til nogle få farver som rød (1962), gul, grøn og senere blå (1972).

Shuji Nakamura, Isamu Akasaki og Hiroshi Amano

I 1990'erne tillod forskning af Shuji Nakamura og Takashi Mukai fra Nichia blandt andet inden for InGaN- halvlederteknologi oprettelse af blå lysdioder med høj lysstyrke, dernæst tilpasset til hvide lysdioder ved at tilføje en fosfor. Gul. Dette fremskridt muliggør store nye applikationer såsom belysning og baggrundsbelysning af tv- skærme og LCD-skærme . det7. oktober 2014, Shuji Nakamura, Isamu Akasaki og Hiroshi Amano modtager Nobelprisen i fysik for deres arbejde med blå lysdioder.

Økonomi

Udviklingen af ​​LED-teknologi følger en lignende lov som Moores lov , kaldet Act Haitz  (in) , opkaldt Roland Haitz fra Agilent Technologies , som bestemmer, at LED-ydelsen fordobles hvert tredje år, priser divideret med ti hvert tiende år.

Interessen for LED lamper i form af strømforbrug, levetid og elektrisk sikkerhed blev hurtigt bekræftet til bilen (i kabinen, og for forlygter og indikatorer, hvor lysdioder er mere effektive end xenon eller halogen kilder ), by- belysning, infrastruktur belysning, marine og luftfartsmæssige anvendelser. Denne interesse har i begyndelsen af 2000'erne styrket markedet, som i 2010 overskred tærsklen på ti milliarder amerikanske dollars (USD), understøttet af en samlet årlig vækst på 13,6% fra 2001 til 2012, og forventes at nå 14,8 milliarder USD inden udgangen af ​​2015. På dette marked steg andelen af ​​belysning støt fra 2008 til 2014 og skulle stabiliseres i 2018, mens andelen af ​​baggrundsbelysning skulle falde fra 2014 på grund af ændringersteknikker.

Andelen beregnet til bilen synes at være stabil i årene 2010-2015 (ca. 10% af det globale marked) og kunne forblive sådan indtil 2020. Lysdioder monterede først luksusbiler (Audi, Mercedes) og derefter mellemklasse (Seat Léon, Volkswagen Polo i 2014).

I 2016 er hovedproducenterne på dette marked Nichia og Toyoda Gosei i Japan, især for "high" power GaN LED'er (over 1 watt), Philips Lumileds Lighting Company og OSRAM Opto Semiconductors GmbH i Europa, Cree og General Electric i USA. Samsung Electronics og Seoul Semiconductor  (ind) producerer LED til biler.

Udstedelsesmekanisme

Rekombination af en elektron og en elektron hul i en halvleder fører til udsendelse af en foton . Faktisk kan overgangen af ​​en elektron mellem ledningsbåndet og valensbåndet udføres med bevarelse af bølgevektoren . Det er derefter strålende (emissivt), det vil sige ledsaget af emission af en foton. I en emitterende overgang er energien i den oprettede foton givet af forskellen i energiniveauerne før (E i ) og efter (E f ) overgangen:

(eV)

En lysdiode er et PN -kryds, der skal være forspændt fremad, når vi vil udsende lys. Potentialet på terminalerne skal være større end det, der pålægges af PN-krydset. De fleste rekombinationer er strålende. LEDs udsendende ansigt er P-zonen, fordi den er den mest strålende.

Fremstillingsteknikker

Den bølgelængde af den udsendte stråling afhænger af bredden af ”  forbudte bånd  ” og derfor på materialet brugte. Alle værdier i lysspektret kan opnås med aktuelle materialer. Det infrarøde er opnået af Gallium Arsenid (GaAs) doteret med silicium (Si) eller zink (Zn). Producenter tilbyder mange typer dioder med forskellige egenskaber. Galliumarseniddioder er de mest økonomiske og mest udbredte. Dioderne i aluminiumgalliumarsenidet (AlGaAs) giver større udgangseffekt, men kræver en højere direkte spænding og en kortere bølgelængde (<950  nm , hvilket svarer til den maksimale detektorfølsomhed silicium); de har god linearitet op til 1,5  A . Endelig giver AlGaAs dobbelt heterojunction (DH) dioder fordelene ved de to tidligere teknikker (lav fremadspænding) med meget korte skiftetider (tid, der kræves for en strøm at stige fra 10% til 90% af dens endelige værdi eller til at falde fra 90 % til 10%), hvilket muliggør meget høje datahastigheder i digital datatransmission af optiske fibre . De koblingstider afhænger af kapacitansen af krydset i dioden.

Lyseffektivitet

Den lysvirkning varierer efter typen af dioder, fra 20 til 100  lm / W , og når 200 lm / W i laboratoriet  . En stor forskel i ydelse eksisterer afhængigt af farven (farve temperatur for hvid), magt eller brand. De blå lysdioder ikke overstige 30  lm / W , mens den grønne har en lysvirkning op til 100  lm / W .

Den teoretiske grænse for en kilde, der fuldstændig ville transformere al elektrisk energi til synligt lys, er 683  lm / W , men den skulle have et monokromatisk spektrum med en bølgelængde på 555  nm . Den teoretiske lysudbytte af et hvidt LED er ca. 250  lm / W . Dette tal er mindre end 683  lm / W, fordi øjets maksimale følsomhed er omkring 555  nm .

Lysstyrken for den nyeste generation af hvide lysdioder er større end for glødelamper, men også for kompakte lysstofrør eller endda for visse modeller af udladningslamper . Spektret for det udsendte lys er næsten helt indeholdt i det synlige område ( bølgelængder er mellem 400  nm og 700  nm ). I modsætning til glødelamper og gasudladningslamper udsender lysemitterende dioder stort set ingen infrarød bortset fra dem, der er fremstillet specielt til dette formål.

Lyseffektiviteten afhænger af LED'ets design. For at forlade enheden (halvleder og derefter ekstern epoxyhylster ) skal fotoner krydse (uden at blive absorberet) halvlederen fra krydset til overfladen og derefter passere gennem overfladen af ​​halvlederen uden at gennemgå nogen refleksion og især ikke til gennemgår total intern refleksion, som repræsenterer langt de fleste tilfælde. En gang inde i epoxyharpiksens ydre kappe (undertiden tonet af praktiske årsager og ikke af optiske grunde) passerer lyset gennem grænsefladerne mod luften ved næsten normal forekomst som tilladt af kuppelformen med en meget større diameter end chippen (3 til 5  mm i stedet for 300  µm ). I den seneste generation af lysdioder, især til belysning, er denne plastkuppel genstand for særlig opmærksomhed, fordi chipsene er temmelig millimeter i dette tilfælde, og emissionsmønsteret skal være af god kvalitet. Omvendt for gadgets finder vi lysdioder næsten uden kupler.

Skrueeffekt

Ved høje intensiteter falder lysdiodernes lyseffektivitet i løbet af deres levetid. Det blev mistænkt i 2007-2008, bedre forstået i 2010-2011 og derefter bekræftet i begyndelsen af ​​2013, at dette fald kan tilskrives en “  Auger-effekt  ”, der spreder en del af energien i form af varme. Forskningsprojekter har til formål at begrænse eller kontrollere denne effekt.

Tekniske egenskaber

Form

Denne komponent kan indkapsles i forskellige kasser, der er beregnet til at kanalisere lysstrømmen på en præcis måde: cylindrisk med afrundet ende i 3, 5, 8 og 10  mm i diameter, cylindrisk med flad ende eller i flad form (SMD LED), rektangulært, på albuesupport, i gennemløbsteknologi eller til overflademontering (Overflademonteret komponent , SMD).

Power-LED'er har mere homogene former: Luxeon 1  W modsatte er ret repræsentativ. Disse typer LED'er fås også i versionerne “multi-core”, “multi-chip” eller “ multi-chip ”  , hvis emissive del består af flere halvlederchips.

Den gennemsigtige konvolut eller "dæksel" er generelt lavet af epoxyharpiks , undertiden farvet eller dækket med farvestof.

Lysstyrke

Lysintensiteten af ​​elektroluminescerende dioder med lav effekt er ret lav, men tilstrækkelig til signalering på paneler eller enheder eller endda montering af flere enheder i trafiklys (trafiklys, fodgængerovergange). De blå er også stærke nok til at markere kanterne af vejen om natten i udkanten af ​​byerne. NASDAQ- bygningen i New York har en animeret lysfacade lavet udelukkende af LED (et par millioner).

Power- LED'er bruges også til maritim signalering som på permanente bøjer. To af disse dioder er placeret oven over hinanden og er tilstrækkelige til et højt belysningsniveau, som kan ses af både om natten.

LED'er høj effekt er dukket op i begyndelsen af 2000. I det første årti af det XXI th  århundrede, lyseffekten på 130 lumen / watt er således opnået. Til sammenligning opnår 60W wolframfilamentpærer  et lyseffekt på omkring 15 lumen / watt, og det teoretiske maksimale lyseffekt er 683 lumen pr. Watt (afledt af definitionen af candela og lumen ).

Fra 2014 er lysdioder tilstrækkeligt kraftige til at fungere som hovedbelysningen i bilsektoren. Brugt primært til position, stop, blinklys eller baklys, de vil helt sikkert erstatte alle glødelamper på lang sigt.

Farver

Lysets farve fra en lysemitterende diode kan fremstilles på forskellige måder:

Her er nogle farver afhængigt af den anvendte halvleder:

Farve Bølgelængde (nm) Tærskelspænding (V) Brugt halvleder
Infrarød λ> 760 ΔV <1,63 galliumaluminiumarsenid (AlGaAs)
Rød 610 <λ <760 1,63 <AV <2,03 gallium-aluminium arsenid (AlGaAs)
gallium phospho-arsenid (GaAsP)
orange 590 <λ <610 2,03 <AV <2,10 galliumphospho-arsenid (GaAsP)
Gul 570 <λ <590 2.10 <AV <2.18 galliumphospho-arsenid (GaAsP)
Grøn 500 <λ <570 2,18 <AV <2,48 galliumnitrid (GaN)
galliumphosphid (GaP)
Blå 450 <λ <500 2,48 <AV <2,76 zinkselenid (ZnSe)
gallium-indiumnitrid (InGaN)
siliciumcarbid (SiC)
Lilla 400 <λ <450 2,76 <AV <3,1
Ultraviolet λ <400 AV> 3.1 diamant (C)
aluminiumnitrid (AlN)
aluminium galliumnitrid (AlGaN)
hvid Varmt til koldt ΔV = 3,5

For hvid taler vi ikke om bølgelængde, men om proximal farvetemperatur . Det for lysemitterende dioder er ret variabelt afhængigt af modellen.

Almindelige moduler

Modul Dimensioner

(mm x mm)

Magtfulde

(Watt)

Lysstrøm

(Lumen)

Farveindeks

(Ra)

Intensitet

(Candela)

Vinkel

(grader)

radiator

(Ja Nej)

Effektivitet (minimum)

(lm / W)

Effektivitet (maksimum)

(lm / W)

Farver
8520 8,5 x 2,0 0,5 & 1 55-60 80 110 120 Monokrom
7020 7,0 x 2,0 0,5 & 1 40-55 75-85 80 110 Monokrom
7014 7,0 x 1,4 0,5 & 1 35-50 70-80 70 100 Monokrom
5736 5,7 x 3,6 0,5 40-55 80 15-18 120 ingen 80 110
5733 5,7 x 3,3 0,5 35-50 80 15-18 120 ingen 70 100
5730 5,7 x 3,0 0,5 30-45 75 15-18 120 ingen 60 90
5630 5,6 x 3,0 0,5 30-45 70 18.4 120 ingen 60 90
5060 5,0 x 6,0 0,2 26 ingen 130 Monokrom
5050 5,0 x 5,0 0,2 24 ingen 120 Monokrom eller RGB
4014 4,0 x 1,4 0,2 22-32 75-85 110 160
3535 3,5 x 3,5 0,5 35-42 75-80 70 84
3528 3,5 x 2,8 0,06-0,08 4-8 60-70 3 120 ingen 70 100
3258 3,2 x 5,8
3030 3,0 x 3,0 0,9 110-120 120 130
3020 3,0 x 2,0 0,06 5.4 2.5 120 ingen 80 90
3014 3,0 x 1,4 0,1 9-12 75-85 2.1-3.5 120 Ja 90 120
2835 2,8 x 3,5 0,2 14-25 75-85 8.4-9.1 120 Ja 70 125
1206 1,2 x 0,6 3-6 55-60
1104 1,1 x 0,4

(Kilder: Вікіпедія , kap. SMD LED -modul )

Ledningsføring og strømforsyning

Som alle dioder er lysdioder polariserede, de har en "passerende retning" og en "blokeringsretning". I blokeringsretningen er lavinespændingen lavere end på en såkaldt ensretterdiode. I kørselsretningen er der en tærskeleffekt og en nominel strøm, som ikke må overskrides: “-” polen er forbundet til “-” katoden og derfor “+” polen til “+” anoden. Kuppeldioder med lav effekt har typisk tre taster: katoden er kortere, elektroden inde i kuplen er større, og den ydre kant af kuplen er flad. Omvendt er anoden længere, elektroden inde i kuplen er mindre, og den ydre kant af kuplen er afrundet (se illustration).

På alle modeller og for alle kræfter er det vigtigt ikke at overskride den tilladte strøm (typisk: 10 til 30  mA for en LED med lav effekt og i størrelsesordenen 350 til 1000  mA for en LED med høj effekt. Kraftfuld). Af denne grund indsættes et strømbegrænsende kredsløb, ofte en modstand i serie for lav effekt. Fabrikantens data gør det muligt at beregne modstanden som en funktion af denne ønskede intensitet I, V Alim forsyningsspændingen, V LED den forreste spænding af LED og antallet n af lysdioder i serie ( Ohms lov  R = (V alim - n × V LED ) / I). Flere dioder kan grupperes i en serie- eller serieparallel ordning: direkte spændinger tilføjes i serietilstand; hvilket gør det muligt at reducere modstanden i serie og derfor at øge enhedens effektivitet. Den maksimalt tilladte strøm ganges med antallet af dioder parallelt.

En billig metode i energi og egnet til de højeste beføjelser består i at bruge en nuværende regulering kredsløb konstrueret på lignende principper som implementeret i skifte strømforsyninger . Denne metode bruges til LED-belysningslamper, kredsløbet er integreret i lampernes bund.

For at opretholde deres kolorimetriske egenskaber (proximal farvetemperatur, CRI osv.) Er det vigtigt at være særlig opmærksom på strømforsyningen til lysdioderne.

Styrker og svagheder

Fordele Ulemper
  • Den Farvegengivelse (CRI) er blevet bedre siden 2010. Såkaldte hvide lysdioder er generelt blå lysdioder eller lysdioder udsender i UV , er en del af den producerede lys forvandlet af fluorescens i gult lys ved hjælp af '' en fosfor som ofte er en granat af yttrium og aluminium dopet med sjældne jordartioner , såsom trivalent cerium Ce3 + (andre selvlysende materialer, der kan bruges til at producere en varmere hvid): spektret er mindre regelmæssigt end det for en halogenlampe. Mere sjældent opnås hvid ved hjælp af tre dioder i forskellige farver.
  • Lysdioder, som enhver elektronisk komponent, har maksimale driftstemperaturgrænser, ligesom visse passive komponenter, der udgør deres strømforsyningskredsløb (f.eks. Kemiske kondensatorer, der opvarmes som funktion af rms -strømmen ), hvilket medfører en del levetid for LED -lamper . Den varmeafledning af komponenterne i LED pærer er en faktor, der begrænser deres stigning i strøm, især i multi-chip samlinger. Forskning fokuserer på måder at begrænse temperaturen og bedre aflede varme fra strøm -LED'er (f.eks. Til gadebelysning eller billygter).
  • Ifølge producenten Philips falder lyseffektiviteten for visse lysdioder hurtigt (som med de fleste belysningsteknologier) for ikke længere at producere mere end 20% af den oprindelige mængde lys ved slutningen af ​​deres levetid, men for de mest effektive lysdioder på marked., ville mængden af ​​lys, der blev produceret ved slutningen af ​​dets levetid, stadig være mindst 70%. Temperaturen fremskynder faldet i lyseffektivitet. Philips specificerer også, at farven kan variere på nogle hvide lysdioder og skærer grønt, når de bliver ældre.
  • Fremstillingsprocessen for en LED er meget dyr i energi .
Outlook

I oktober 2016, laboratoriet for elektronik og informationsteknologi (LETI) i CEA og dets nabo, Institute of Nanosciences and Cryogenics (INAC), har udviklet en lysdiode, der er fire gange billigere at producere og producere tre gange mere lys.

Anvendelser

Familier

Der er flere måder at klassificere semi-lysemitterende dioder på:

Klassificering efter magt

Den første er en klassificering efter magt:

  • Lysdioder lav effekt <1  W . De er bedst kendt af offentligheden, fordi de har været til stede i vores daglige liv i årevis. Det er dem, der spiller rollen som indikatorlys på husholdningsapparater, f.eks.
  • den høje effekt LED> 2  W . De blomstrer, og deres applikationer er mere og mere kendt for offentligheden: mobiltelefonblitz, husholdningsbelysning, underholdningsbelysning, lommelygte eller forlygte ... Funktionsprincippet er identisk. Der er nogle væsentlige forskelle mellem de to familier, der hver især er afsat til et specifikt anvendelsesområde.
Klassificering efter emissionsspektrum

En anden måde at klassificere dem på er at overveje fordelingen af ​​energi i bølgelængdeområdet, der dækker det synlige (bølgelængder i størrelsesordenen 380 til 780  nm ) eller det usynlige (hovedsageligt infrarødt). ). Årsagen til sondringen er, at nogle dioder kan bruges til belysning, hvilket er en af ​​flagskibsapplikationerne i den (nær) fremtid:

  • kromatisk: energi koncentreres over et smalt bølgelængdeområde (20 til 40  nm ). Disse kilder har et næsten monokromatisk spektrum;
  • de hvide: energien fordeles i det synlige over hele bølgelængdeområdet ( ca. 380 til 780  nm );
  • infrarød: energi udsendes uden for det synlige lysspektrum (ud over 700  nm bølgelængde). De bruges til at transmittere fjernbetjeningssignaler eller til telemetri, der f.eks. Bruges til positionspåvisning af spilkonsoller såsom Wii , eller til at fungere som belysning til infrarøde kameraer  osv.
Andre placeringer

Andre klassifikationer er mulige, f.eks. I henhold til single-chip eller multi-chip karakter, levetid, energiforbrug eller endda robusthed i tilfælde af belastninger under begrænsninger (som for visse industrielle, militære, rumudstyr osv.)

Almindelige lysdioder

Belysning
  • Vejskilte , belysning af biler , motorcykler , lastbiler eller cykler.
  • Jernbanesignalering.
  • Usynlig belysning til overvågningskameraer (i infrarød).
  • Armaturer og offentlig belysning (for nylig) med for eksempel Los Angeles , den første metropol, der udskiftede sine 140.000 bybelysningspærer med elektroluminescerende dioder fra 2009 til 2014, hvilket skulle reducere svarende til 40.500 ton kulstof de årlige emissioner i denne by ( svarende til emissionerne af 6.700 biler). Efter tilbagebetaling af investeringen planlægger byen også at reducere sine belysningsomkostninger ved at spare 10 millioner dollars årligt.
Skærm
  • Status signalering af forskellige enheder (advarselslys på forsiden eller på kredsløbet, bil dashboards, sikkerhedsudstyr).
  • Alfabetisk eller numerisk visning af måleinstrumenter, regnemaskiner, ure.
  • Visning af måleniveauer (tankniveauer, VU-meter ).
  • Statisk eller dynamisk visning af meddelelser (lyslogfiler).
Kvasi-monokromatisk lyskilde

Hvide lysdioder

Forbedringen af ​​effektiviteten af ​​lysdioder gør det muligt at bruge dem som erstatning for glødelamper eller fluorescerende lamper, forudsat at de er monteret i tilstrækkeligt antal:

I 2006 lancerede den amerikanske gruppe Graffiti Research Lab en bevægelse kaldet Led throwies, som består i at lysne offentlige steder op ved at tilføje farve til magnetiske overflader. Til dette kombinerer vi en LED, et lithiumbatteri og en magnet , og vi lancerer det hele på en magnetisk overflade.

LED'er bruges til at oprette meget store videoskærme (tv -stueområder i store haller, stadioner osv.).

Baggrundsbelysningen af ​​skærmen med lysemitterende dioder gør det muligt at fremstille skærme, der er tyndere, lysere, har et større farveområde og er mere økonomiske end sin forgænger LCD-baggrundsbelyst med lysstofrør ( CCFL- teknologi ).

Stigende lysdioder

I 2007 har Audi og Lexus nydt godt af undtagelser fra Europa-Kommissionen til at markedsføre modeller udstyret med LED-forlygter. I 2009 innoverede Ferrari 458 Italia også med LED -forlygter . I 2020 drager størstedelen af biler med højt udstyr fordel af LED-fjernlys, som nu er meget mere effektive end halogenglødelamper .

Flere byer erstatter deres offentlige belysning med lysdioder for at reducere deres elregning og lysforurening på himlen (belysning rettet nedad). Brugen af ​​lysdioder er også almindelig i lyskryds . Eksemplet med Grenoble citeres oftest: byen har opnået sit investeringsafkast på bare tre år. Faktisk tillader LED'er energibesparelser, men det er først og fremmest vedligeholdelsesomkostningerne, der falder på grund af deres robusthed.

I 2010 eksperimenterede Régie Autonomous des Transports Parisiens (RATP) med belysningsrum i Paris- metroen , især på Censier-Daubenton- stationen, den første metrostation, der blev fuldt oplyst af denne teknologi. I 2012, i betragtning af det modne produkt, besluttede RATP at ændre hele sin belysning til LED -teknologi. Mere end 250.000 lys vil blive ændret, hvilket gør Paris-metroen til det første store offentlige transportnetværk, der har "all LED". Udskiftningen af ​​lysene blev afsluttet i 2016.

Sundhed

Den mest omkostningseffektive metode til fremstilling af lysdioder, som er at kombinere en diode, der udsender en kort bølgelængde (i det blå) med en gul fosfor for at producere hvidt lys, rejser spørgsmålet om den intense komponent i delen. Blå i spektret af udsendt lys, en komponent, der vides at forstyrre døgnets ur .

I Frankrig anbefaler National Agency for Food, Environmental and Occupational Health Safety (ANSES) ikke længere at markedsføre offentligheden kun lysdioder, der ikke udgør en risiko relateret til lyseblå, samt en opdatering af den fransk-europæiske standard NF EN 62 471 .

Miljø

Den miljømæssige påvirkning af lysdioder diskuteres, da deres betydelige udvikling kunne øge spændingerne på markedet for visse ikke-vedvarende ressourcer ( sjældne jordarter eller ædle metaller ), og fordi omdannelsen af by- belysning til lysdioder ofte synes at føre til en stigning på markedet. global belysning af nattehimlen, og derfor af lysforurening , synlig fra rummet.

På den anden side har lysdioder et stort potentiale for energibesparelser , hvis deres anvendelse er begrundet for at undgå risikoen for en rebound -effekt .

Virkninger på dyrelivet

Der er også bekymringer om sundhedsmæssige konsekvenser af forkert brugte lamper. Ifølge en undersøgelse, der blev offentliggjort i 2014 i tidsskriftet Ecological Applications , mens kommunal og industriel natbelysning allerede har ændret fordelingen af ​​forskellige arter af hvirvelløse dyr omkring lyskilder og synes at bidrage til regression eller forsvinden af ​​mange arter sommerfugle, gadebelysning har tendens til at bruge lysdioder i stor skala. Spørgsmålet om påvirkningen af ​​lampernes lysspektre får derfor betydning. Disse lysspektre har ændret sig meget for nylig, og de vil ændre sig igen med udviklingen af ​​LED'er. Det ser imidlertid ud til, at lysspektret, der udsendes af lysdioder, der er markedsført i årene 2000-2014, tiltrækker møl og visse andre insekter mere end det gule lys fra natriumdamppærer på grund af deres høje følsomhed. Af disse natlige hvirvelløse dyr på det grønne -blå og UV-dele af spektret. Belyste flyvende insektfælder udstyret med lysdioder fanger 48% flere insekter end de samme fælder ved hjælp af natriumdampelamper, med en effekt, der også er relateret til lufttemperaturen (hvirvelløse dyr er koldblodede dyr, naturligvis mere aktive, når temperaturen stiger). Under denne undersøgelse blev mere end 20.000 insekter fanget og identificeret: de hyppigst fangede arter var sommerfugle og fluer.

Disse lamper er kolde og brænder ikke insekter som halogenlamper kunne, men lysdiodernes meget attraktive for mange hvirvelløse dyr kan være fatalt for dem; deres flyvning er forstyrret, og i afvandingsområdet placeres de i en "  økologisk fælde  " -situation, fordi de stort set er overeksponeret for rovdyr som edderkopper og flagermus med mulige mere globale økologiske effekter, hvis disse lamper blev brugt i stor skala (forstyrrelse af madbaner og mulig forstærkning af angreb af visse afgrøder eller skovbrug med "plantesundhedsskadegørere" tiltrukket af disse lamper, såsom den forskellige Bombyx , som har været en kilde til betydelig skade, siden den blev introduceret i USA, og som er meget tiltrukket af lys (forfatterne peger på havne, hvor LED-belysning direkte kan tiltrække skadedyr eller invasive fremmede arter, der ved et uheld bringes ind af både). Disse unormalt foretrukne arter kan igen bringe sjældne eller truede indfødte arter i fare.

Undersøgelsen fra 2014 kunne ikke konkludere, at manipulering af farvetemperaturen på lysdioder mindskede deres indvirkning, men forfatterne mener, at brug af filtre eller en kombination af røde, grønne og blå lysdioder muligvis kunne mindske denne indvirkning. Dødelig tiltrækning på bekostning af øget elektricitet og grå energi forbrug eller sjældne jordarter . De konkluderer, at der er et presserende behov for samarbejdsforskning mellem økologer og lysingeniører for at minimere de potentielt negative konsekvenser af fremtidig udvikling inden for LED-teknologi. Opstrøms kunne eco - design af lysdioder lette genbrug af brugte lamper og nedstrøms genbrug af lysdioder fra forældede eller udtjente genstande. Ligeledes er intelligente systemer til styring af belysning til faktiske behov mulige: lamper udstyret med filtre, der begrænser blågrøn og næsten UV-emissioner, bedre forvirret, dvs. producerer mindre glorie og mindre blændende, lyser kun op med den nødvendige intensitet og kun når det er nødvendigt, via en intelligent belysningsproces , der omfatter påvisning af tilstedeværelse og omgivende lys, hvis det er muligt integreret i et smart grid eller et mere globalt økodomotisk system. I 2014 testede fire byer, herunder Bordeaux , Riga i Letland , Piaseczno i Polen og Aveiro i Portugal denne type løsning inden for rammerne af det europæiske "LITES" -program (når de er installeret, er disse systemer 60% dyrere, men denne ekstra omkostning skal hurtigt genvindes ved at spare strøm og forbedre kvaliteten af nattemiljøet ).

Noter og referencer

  1. "  Led -belysning: 5 nøglepunkter og 4 nye funktioner  ", Le Moniteur ,5. marts 2020( læs online , hørt 26. juni 2020 )
  2. Jonathan Parienté , "  Den smukke historie om lysdioder  " , Le Monde ,24. marts, 2009(adgang til 21. oktober 2015 ) .
  3. C. Noé, Fotobiomodulation i dermatologi: Forståelse og brug af lysdioder , John Libbey Eurotext - Doin, coll.  "Lasere og relaterede teknologier",2014, 182  s..
  4. Det er faktisk mere nøjagtigt rækkevidden af farver , det vil sige, hvad øjet får indtryk af.
  5. B. Chambion, Undersøgelse af pålideligheden af ​​moduler baseret på hvide lysdioder til bilapplikationer (doktorafhandling), 253  s. ( læs online [PDF] ) , kap.  I ("Moderne teknik for hvide strøm -LED'er til bilbelysning"), s.  16.
  6. Benjamin Monteil , "  History of LEDs  " , på LED-fr.net ,30. september 2003(adgang 19. november 2017 ) .
  7. (in) "  Nobel Shocker: RCA Had the First Blue LED in 1972  " , IEEE Spectrum (adgang 21. oktober 2015 ) .
  8. Nicolas Pousset, "  Karakterisering af farvegengivelsen af ​​lysdioder  " , på tel.archives-ouvertes.fr ,2009, s.  44-45.
  9. (i) "  Nobelprisen i fysik i 2014  " på den officielle hjemmeside for Nobelprisen ,7. oktober 2014(adgang til 7. oktober 2014 ) .
  10. (in) '  Haitz lov  ' , Nature Photonics , bind.  1, n o  1,2007, s.  23 ( DOI  10.1038 / nphoton.2006.78 , Bibcode  2007NaPho ... 1 ... 23 ).
  11. B. Chambion, op. cit. , kapitel I ("Moderne teknik for hvide strøm -LED'er til bilbelysning"), s.  19/253 .
  12. Nicolas Pousset, Karakterisering af farvegengivelse af lysdioder (doktorafhandling),2009( læs online ) , s.  48-49, 52.
  13. (in) "Leverer op til 200 lumen per watt  ," Cree (adgang til 28. januar 2013).
  14. (in) "  LUXEON Rebel Color Direct Specification  " [PDF] på philipslumileds.com .
  15. Denne værdi stammer direkte fra definitionen af candela Og i forlængelse heraf af lumen .
  16. Fabrikanten Cree annoncerede at opnå 254  lm / W i laboratoriet: (da) "  Cree sætter ny F & U -præstationsrekord med 254 lumen pr. Watt power LED  " , på Cree .
  17. (i) Bulashevich, KA, & Karpov, SY (2008). Er Auger-rekombination ansvarlig for effektivitetsoverførslen i III-nitrid-lysemitterende dioder? . physica status solidi (c), 5 (6), 2066-2069.
  18. Gardner, NF, Müller, GO, Shen, YC, Chen, G., Watanabe, S., Götz, W., & Krames, MR (2007). Blå-emitterende InGaN - GaN dobbelt-heterostruktur-lysemitterende dioder, der når maksimal kvanteffektivitet over 200A ∕ cm2 . Anvendte fysikbreve, 91 (24), 243506 ( abstrakt ).
  19. Li, X., Liu, H., Ni, X., Özgür, Ü., & Morkoç, H. (2010). Effekt af transportøroverfald og Auger-rekombination på effektivitetsfaldet i InGaN-baseret blå LED. Supergitter og mikrostrukturer, 47 (1), 118-122 ( abstrakt ).
  20. (in) Kioupakis, E., Rinke, P. Delaney, KT og Van de Walle, CG, Indirekte Auger-rekombination som på grund af effektivitetsfald i nitrid-lysemitterende dioder . Anvendte fysiske breve, 98 (16), 2011, 161107.
  21. "  Vi ved endelig, hvorfor LED'er er ineffektive  ", Le Monde , 6. maj 2013.
  22. (in) "  Direkte måling af sneglelektroner udsendt fra en lysdiode med halvleder under elektrisk injektion  " , Physical Review Letters ,25. april 2013(adgang til 8. november 2019 ) og (en) “  1304.5469v1  ” [PDF] , på arXiv .
  23. Bae, WK, Park, YS, Lim, J., Lee, D., Padilha, LA, McDaniel, H., ... & Klimov, VI (2013). Styring af indflydelsen fra Auger-rekombination på præstationen af ​​kvante-punkt lysemitterende dioder . Naturkommunikation, 4.
  24. "  LED SMD  ", på espaceampouleled.fr (adgang til april 2014).
  25. Laurent Massol, “  Hvide lysdioder: de forskellige teknologier  ”, Led Engineering Development [PDF] (adgang 14. november 2015).
  26. Nicolas Pousset, Karakterisering af farvegengivelse af lysdioder (doktorafhandling),2009( læs online [ arkiv af2. februar 2012] ),s.  50-52.
  27. "I dag ved vi, hvordan man producerer lysdioder i alle farver i regnbuen og selv for et meget stort antal af farver, som er 'ikke' til stede i regnbuen" . Farver som brun er faktisk ikke til stede i regnbuen og produceres ved variationer i bølgelængder ( polykromatiske lysdioder ).
  28. (uk) “SMD LED Module” , i Вікіпедія ,17. maj 2019( læs online )
  29. Jean-Jacques ROUSSEAU Professor i fysik ved UFR Sciences ved University of Maine, "  Karakteristik af lysdioder  " ,2018(adgang til 11. februar 2020 )
  30. N. Pousset, B. Rougié, S. Aubert og A. Razet, "  Hvide strøm-LED'er: morgendagens lyskilder  " [PDF] , på nicolas.pousset.pagesperso-orange.fr/ ,2009.
  31. F. Bedu et al. , Understøttelse af oplæring af bilbelysning , Renault, 2012.
  32. OSRAM, Pålidelighed af OSLON -produktfamilien , 2012 [PDF] .
  33. Nicolas Grandjean, "  Hvide lysdioder  ", Pour la science , nr .  421,december 2002, s.  32-38.
  34. N. Pradal, Synteser, formgivning og karakteriseringer af nanostrukturerede fosforer til en ny generation af kviksølvfrie belysningsenheder (doktorafhandling), University Blaise Pascal-Clermont-Ferrand II, 2012.
  35. R. Ait Lhadj, A. og F. Khamlichi Mata Cabrera Design Optimering af en køleplade til belysning emitting diode , Besancon, 20 th  franske kongres Mechanics, August 28-September 2, 2011.
  36. (i) P. Panaccione, T. Wang, X. Chen, L. SUSAN og GQ Lu, "Forbedret varmeafledning og optisk ydelse af høj-effekt LED emballage med nanosilver sintret die-vedhæfte materiale", Journal of Microelectronics og elektronisk emballage , nr .  7 (3), 2010, s.  164-168 .
  37. Lovgivning kræver producenterne til at angive lyseffekten af deres LED pærer efter 6000 timers brug.
  38. “LED -lamper: alt hvad du behøver at vide, før du køber,” på ddmagazine.com, 30. september 2009.
  39. "EARTO Innovation Awards 2016 tildelt Leti og Inac" , på inac.cea.fr, 2. december 2016.
  40. “EARTO Innovation Awards 2016” , på earto.eu, 12. oktober 2016.
  41. "CEA tildelte 2016 EARTO Innovation Awards for en revolutionerende 3D LED" , CEA , 28. oktober 2016.
  42. “  Los Angeles Street Lighting Goes to LED,  ” Enerzine.com , 23. februar 2009.
  43. LED-Throwies .
  44. (in) "  LCD-tv'er grønnere, mere kontrast med smartere LED-baggrundsbelysning  " på EE Times ,14. november 2008(adgang 29. december 2019 ) .
  45. RATP lancerer et udbud om at erstatte alle lyspunkter med LED-belysning "Arkiveret kopi" (version af 6. august 2018 på internetarkivet ) [PDF]
  46. Aurélie Barbaux, "  RATP gør skolen med sin 100% LED-belysning  ", L'Usine Nouvelle ,11. januar 2018( læs online ).
  47. (en) SM Pawson, MK-F. Bader, “  LED-belysning øger den økologiske indvirkning af lysforurening uanset farvetemperatur  ”, American Ecological Society , oktober 2014.
  48. .
  49. "  ANSES udtalelse og rapport om virkninger på menneskers sundhed og miljøet (fauna og flora) af systemer, der anvender lysemitterende dioder (LED'er)  " , på ANSES ,5. april 2019.
  50. "  LED - lysemitterende dioder  " , på Det Nationale Agentur for Fødevare-, Miljø- og Arbejdsmiljøsikkerhed ,2. februar 2018.
  51. "  Belysningssystemer, der bruger lysemitterende dioder: sundhedseffekter, der skal tages i betragtning  " [PDF] , på ANSES ,25. oktober 2010(adgang til 19. maj 2019 ) .
  52. "  NF EN 62471  " , Fotobiologisk sikkerhed for lamper og enheder, der bruger lamper, på AFNOR ,december 2008(adgang til 19. maj 2019 ) .
  53. (in) Christine Nguyen og Julia Calderone, "  Astronauter fandt noget bekymrende i teseskud fra rummet  ", businessinsider.com , 12. januar 2016 [video] .
  54. (i) Thomas W. Davies, Jonathan Bennie og Kevin J. Gaston, "  gadebelysning valuta sammensætningen af hvirvelløse samfund  ," Biology Letters , den 23. oktober 2012 (online, kan 23, 2012).
  55. (i) Richard Fox, "  Faldet af møl i Storbritannien: en gennemgang af årsager som muligt  ," Insect Bevarelse og mangfoldighed , 2013 [PDF] .
  56. (i) Thomas W. Davies, Jonathan Bennie Richard Inger, Natalie Hempel de Ibarra og Kevin J. Gaston, "  Kunstig lysforurening: flytter spektrale signaturer skiftende balancen af vekselvirkninger mellem arter?  ” , Global Change Biology , bind.  19, nr .  5,maj 2013, s.  1417–1423 ( læs online ).
  57. (in) EF Schubert, JK Kim, "  Solid-state lyskilder bliver smarte ," Science , 27. maj 2005.
  58. (i) Willian E. Walliner, Lee Humble, Robert E. Levin, Yuri N. Baranchikov og T. Ring Card, "  Reaktion af voksne møl lymantriid til belysning enheder i den russiske Fjernøsten  ," Journal of Economic Entomology , flyvning.  88, nr .  2. april 1955.
  59. (in) David L. Wagner, Roy G. Van Driesche "  Trusler, der er stillet over for usædvanlige eller truede insekter ved invasioner af ikke-arter  ," Årlig gennemgang af entomologi , 2010 [PDF] .
  60. (en) Europa-Kommissionen , "  LITES: Intelligent LED-baseret gadebelysning til energibesparelse  " (arkiv, adgang 11. oktober 2014), kort præsentation [PDF] og instruktioner om CORDIS .

Bibliografi

  • Frank Wohlrabe, Praktisk vejledning til infrarød: fjernbetjening, telemetri , takymetri, Publitronic, 29. maj 2002, ( ISBN  2866611284 ) .
  • Libero Zuppiroli og Daniel Schlaepfer, Fremtidens lys , Presses polytechniques et universitaire romandes, 2011, ( ISBN  9782880749422 ) .

Tillæg

Relaterede artikler

eksterne links