LED (DIODE ÉLECTROLUMINESCENTE)

LesLED sont actuellement la source de lumière la plus efficace, très petite, incassable et non destructive (lorsqu'elle est utilisée correctement). Elles sont maintenant utilisées pratiquement partout, dans de nombreuses puissances et tailles différentes.

IRC conventionnel et IRC HI

L'indice CRI fait référence à la qualité de la lumière, c'est-à-dire à la fidélité avec laquelle elle restitue les couleurs des objets éclairés. Il est compris entre 0 et 100. Les LED conventionnelles ont un IRC de . 70, les LED HI-CRI ont généralement un indice d'au moins 90. En même temps, elles ont un rendement lumineux légèrement inférieur. Elles conviennent au travail, à des activités spécifiques, aux personnes ayant une mauvaise vue, mais bien sûr pas seulement à elles.

Liste des LED que nous utilisons actuellement

• LED CREE XP-L2 - les LED les plus efficaces en taille 3x3mm, atteignant jusqu'à 220lm/W. Nous utilisons un modèle avec une température de couleur de 4500K ou 4000K (blanc neutre) et des bacs T6, W2 et W3. Cette série de LED est plus efficace que les populaires et utilisées Cree XP-G3 ou Cree XM-L2 et XM-L3.
• Samsung LH351D - nous utilisons une variante avec une température de couleur de 5000K et un indice CRI de 93. Leur rendement lumineux n'est inférieur que de 12 % à celui des XP-L2, T6, mais elles produisent une lumière absolument blanche comme neige, sans nuances et avec des couleurs précises. Sur les mêmes optiques TIR, elles produisent un centre plus étroit et plus défini que la Cree XP-L2, c'est pourquoi elles sont souvent combinées avec des optiques plus larges.

De nombreuses variantes

Les éléments LED sont produits par plusieurs grands fabricants, outre Cree, Osram, Nichia, Lumileds (Phillips), LG, Samsung et Seoul Semiconductor. Il existe de grandes puces pour circuits imprimés et de petites puces, blanches et colorées, faibles et plus puissantes, dans des tailles allant de 1x1 mm à 25x25 mm. Cela ne signifie certainement pas qu'une LED plus grande est meilleure ou qu'elle brille davantage. Chacune a une application différente.

Les puces LED carrées de 3 à 5 mm conviennent aux petites alimentations. Les réflecteurs ou les optiques TIR sont encore assez petits pour ces LED. Les puces LED plus grandes nécessitent des éléments optiques plus grands. Pour les LED plus grandes, il est déjà très difficile de diriger la lumière vers un faisceau suffisamment étroit pour ne pas créer d'artefacts (cercles, transitions nettes).

Durée de vie des DEL

CREE, dont nous utilisons les LED de la série XP-L2 dans nos projecteurs, indique une durée de vie de 50 000 heures de fonctionnement, après quoi le flux lumineux d'origine chute à 70 %. Cette durée est calculée et estimée selon une méthodologie basée sur un échantillon de 6000h et se réfère à un courant de passage de 3A, pour des courants inférieurs la durée de vie est encore plus élevée. En d'autres termes, si une personne équipée d'une lampe frontale éclairait pendant une heure chaque jour, cette réduction de la luminosité se produirait au bout de 99 ans environ. Ni vous ni nous n'avons donc à nous en préoccuper. Les LED, si elles sont bien refroidies, dureront éternellement.

Vous avez peut-être déjà eu une mauvaise expérience avec des bandes de LED dans votre cuisine, où elles ont progressivement cessé de fonctionner l'une après l'autre avant de s'éteindre toutes. Ce n'est pas du tout la même chose que les diodes électroluminescentes des lampes frontales. Les barrettes ont généralement des puces de mauvaise qualité, le courant de passage est réglé sur une valeur trop élevée, la barrette elle-même présente d'importants transitoires thermiques et est mal refroidie. Les DEL se dégradent progressivement sous l'effet de la chaleur et s'éteignent au bout d'un an. Vous n'avez pas à vous soucier de cela avec les phares.

Efficacité des LED

L'efficacité d'une LED, c'est-à-dire la quantité de lumière qu'elle émet, dépend principalement du courant que vous lui fournissez. Plus vous avez besoin de lumens, plus son efficacité (sa capacité à convertir l'énergie qui passe en lumière) diminue.

Par exemple, si un courant de 100mA traverse une LED Cree XM-L2, bin T6, elle produit un flux lumineux avec une efficacité de conversion de l'énergie en lumière de 180lm/W. Mais à 1A, seulement 145lm/W sont nécessaires. Mais à 1A, elle ne produit que 145lm/W et à 3A, 102lm/W. Le haut de gamme des LED est la série XP-L2, que nous utilisons dans tous nos éclairages. Elles atteignent des rendements record de 200lm/W à faible courant.

De ce point de vue, il est donc très avantageux d'avoir plus de puces LED dans le luminaire qui ne fonctionnent pas à leurs limites. Exactement pour que leur efficacité soit la plus élevée possible.

Le deuxième facteur, moins important, est la température de la LED. Plus la température de la LED est basse (= mieux la chaleur est dissipée), plus elle fonctionne efficacement.

Voici un écran d'impression d'une LED XP-L2 provenant du site web pct.cree.com, où vous pouvez facilement voir la tension, les lumens et l'efficacité (lm/w) de cette LED à différents courants et à la température de la puce.

Cônes lumineux et options de focalisation de la lumière

La LED elle-même produit un cône de lumière de 125°. Ce cône étant très large, la lumière doit être dirigée à travers une optique ou un réflecteur. Les deux permettent d'obtenir une largeur de cône raisonnable tout en améliorant considérablement la portée au loin. Un éclairage plus large facilite l'orientation dans l'espace, et une grande portée est utile pour rouler en toute sécurité à des vitesses plus élevées. Les réflecteurs conventionnels sont généralement dotés d'une couche réfléchissante en aluminium dont l'efficacité est d'environ 70 %. Le verre de couverture, en fonction du matériau et du nombre et de la composition des couches antireflets, ne transmet lui aussi que 92 % à 96 %. Il est préférable d'utiliser des optiques TIR, dont l'efficacité peut atteindre 93 % et qui n'ont pas besoin d'être recouvertes d'un verre de protection supplémentaire. Les optiques TIR sont fabriquées en PMMA, qui est lui-même assez dur. Le cône de ces optiques est beaucoup plus lisse du centre aux bords et ne présente pas de transitions nettes. De nombreux feux actuels - même de marque - utilisent des réflecteurs et, bien que le cône de lumière qui en résulte atteigne une grande distance, il n'offre pas l'éclairage périphérique nécessaire.

Nous avons choisi l'optique TIR, qui produit un cône avec des transitions douces et sans artefacts. L'efficacité et la taille sont supérieures à celles des réflecteurs, qui entraînent des pertes supplémentaires sur la lamelle couvre-objet. Dans les projecteurs, nous combinons plusieurs diffuseurs différents pour une illumination parfaite des bords et de la longue portée. Dans le même temps, nous n'utilisons pas de lamelles supplémentaires et les projecteurs sont tout de même étanches. Cela est possible grâce à notre savoir-faire, que nous n'appelons même pas par des noms anglais farfelus. Notre solution est idéale pour les sports et les loisirs et le cône de lumière qui en résulte est excellent.

La couleur de la lumière

Lacouleur (température) de la lumière est un autre élément important. Les fabricants produisent plusieurs teintes, c'est-à-dire les nuances de couleur des diodes. Les diodes les plus efficaces sont toujours bleues ou vertes (6500K ou plus), ce qui explique pourquoi de nombreuses lampes de poche bon marché émettent une lumière bleuâtre. Les diodes de couleur neutre arrivent sur le marché avec la même efficacité bien plus tard. Cependant, la température de couleur de la lumière influe considérablement sur la capacité à discerner des formes et des couleurs réalistes. Il est ainsi possible de distinguer les rochers, les branches et autres obstacles lorsque l'on fait du vélo ou que l'on court sur le terrain.

Nous utilisons actuellement des LED XP-L2 de la société américaine Cree avec une température de couleur de 4500K dans nos lampes frontales. Nous considérons qu'elles sont parfaitement neutres en termes de couleurs et qu'elles offrent une grande qualité d'affichage, ce que confirment les réactions de nos clients. Nous avons également utilisé des LED de 4000K et 5000K dans le passé, et nous considérons que les LED actuelles sont les meilleures.

Rendu des couleurs - CRI (Color Rendering Index)

Un problème courant avec les LED est un faible indice de rendu des couleurs (IRC). L'IRC prend des valeurs de 0 à 100 et définit la fidélité avec laquelle la lumière rend les couleurs. Une ampoule électrique a un IRC de 100. Les LED ont un IRC compris entre 65 et 95, celles qui dépassent 90 sont appelées HiCRI. Pour la photographie ou le tournage, on utilise exclusivement des lumières dont l'IRC est supérieur à 90. La figure suivante montre les différences entre les différentes valeurs de l'IRC.

Figure 4 : Image tirée de https://ledspots.org/color-rendering-index/

L'affichage inférieur de certaines couleurs est dû au fait que la LED ne génère pas la lumière à toutes les longueurs d'onde avec la même intensité. L'œil humain peut percevoir des longueurs d'onde comprises entre 390 et 700 nm, de sorte qu'il est peu probable que les extrémités de ce spectre affectent le rendu des couleurs. Toutefois, le problème réside dans le creux d'émission autour de 480 nm (bleu) et dans l'irrégularité de l'ensemble du spectre.

Figure 5 : Image tirée de la fiche technique de la Cree XM-L2.

Les diodes conventionnelles à puce unique (XP-L2, XM-L2, XP-G2, etc.) ont un indice de 70-75 à une température de couleur de 5000K. Les teintes plus froides peuvent avoir un indice aussi bas que 65, ce qui est faible et provoque un délavage des couleurs (désaturation). Les fabricants sont capables de produire des LED avec un indice de rendu des couleurs élevé (Cree produit des CRI de 90), mais malheureusement pas aussi puissantes. Par exemple, la XM-L2 avec une température de couleur de XM-L2 avec une température de couleur de 3000K et HiCRI (CRI=90) brille avec 1/3 d'intensité en moins que la variante 5000K.

Dans notre lampe frontale Lucifer, nous utilisons les diodes XP-L2 les plus puissantes de Cree. Nous utilisons maintenant une température de couleur de 4500K, que nous considérons comme une belle couleur blanche neutre avec un indice CRI de 70. Nous avions l'habitude de proposer des diodes avec un CRI90, mais plus maintenant. C'est parce que les diodes existantes sont tout simplement excellentes et brillent vraiment bien. Nous n'excluons pas de proposer à nouveau une option CRI90 à l'avenir et nous suivrons de près toutes les nouvelles LED qui apparaîtront.

Cependant, l'indice CRI Ra souffre d'imperfections, il est calculé uniquement sur la base d'un décalage de 8 couleurs pastel. Il ne prend donc pas en compte, par exemple, la couleur rouge profond R9, qui est importante dans le cinéma, la photographie, l'art ou la médecine. C'est pourquoi d'autres indices de qualité des couleurs ont été progressivement développés, comme le CRI2012 ou le CQS. L'IRC2012 est calculé à partir de 17 couleurs saturées. Le CQS (Color Quality Score) calcule son indice Qa à partir de 15 couleurs.

Vous pouvez voir ici une mesure spectroscopique typique d'une LED Cree XP-L2, 4000K, CRI90, bin U5.

Les LED sont divisées en plusieurs catégories de performance, en fonction de la quantité de lumière qu'elles produisent à un courant donné. Nous utilisons actuellement la plus haute catégorie disponible, V6. Il est bien sûr possible d'obtenir les catégories V5 et V4, beaucoup moins chères, qui ont respectivement un rendement lumineux de 93 % et 85 %, mais ce n'est pas ce que nous voulons faire. Nous essayons toujours de vendre des projecteurs dotés de la technologie la plus récente, même si cela coûte quelque chose.