Les diodes électrolumineuses (LED) ont révolutionné l’éclairage traditionnel, leur efficacité lumineuse exceptionnelle étant l’avantage principal. En tant qu’indicateur clé de la capacité d’une LED à convertir l’énergie électrique en lumière visible, l’efficacité lumineuse détermine directement la luminosité, la consommation d’énergie et la valeur environnementale de l’éclairage, servant de pierre angulaire pour comprendre les bienfaits d’économie d’énergie des LED.
I. Qu’est-ce que l’efficacité lumineuse des LED ?
L’efficacité lumineuse des LED est mesurée enlumens par watt (lm/w); une valeur plus élevée indique une utilisation énergétique plus forte. Les ampoules à incandescence traditionnelles n’atteignent que 10-20 lm/W, les lampes fluorescentes 50-80 lm/W, tandis que les LED commerciales produites en série ont atteint 100-150 lm/W, les produits haut de gamme dépassant 200 lm/W, offrant un potentiel d’économie d’énergie de plus de 50 %. Une évaluation complète de l’efficacité lumineuse nécessite également de référencer l’efficacité quantique externe (EQE) et l’efficacité des prises murales (WPE) pour refléter pleinement la performance de l’éclairage.
II. Facteurs clés affectant l’efficacité lumineuse des LED
L’efficacité lumineuse des LED est influencée par plusieurs facteurs, avec trois aspects clés :
1. Puce et matériaux
La puce est le cœur de l’émission de lumière. La qualité cristalline des matériaux à base de nitrure de gallium (GaN) détermine directement la limite supérieure d’efficacité lumineuse, car les défauts provoquent des pertes d’énergie. De plus, la taille de la puce et la structure du puits quantique influencent également l’efficacité de l’éclairage.
2. Conception d’emballage et optique
L’emballage vise à réduire la perte de photons. Une colle d’emballage à indice de réfraction élevé et des structures optimisées peuvent améliorer le taux d’extraction des photons. Pour les LED blanches, la performance du phosphore est cruciale — des phosphores de faible qualité entraînent une décroissance rapide de la lumière et une faible efficacité lumineuse.
3. Dissipation de la chaleur et environnement de fonctionnement
70 % à 80 % de l’énergie électrique d’une LED est convertie en chaleur. L’augmentation de la température des jonctions réduit significativement l’efficacité lumineuse et accélère le vieillissement, c’est pourquoi une conception efficace de dissipation de la chaleur est essentielle pour maintenir une grande efficacité. Un courant et une tension de fonctionnement instables affectent également l’efficacité lumineuse.
III. Technologies et tendances en amélioration de l’efficacité lumineuse
L’efficacité lumineuse des LED approche de sa limite théorique de 250-300 lm/W. Les technologies d’amélioration se concentrent sur trois domaines : optimiser la qualité des cristaux et la structure des puits quantiques au niveau des matériaux ; adopter un emballage intégré COB et un nano-revêtement au niveau de l’emballage ; et la combinaison de conducteurs intelligents pour ajuster les conditions de travail afin d’optimiser l’efficacité. Le développement futur se concentrera sur l’optimisation coordonnée de l’efficacité, de la qualité de la lumière et de la fiabilité, en s’adaptant aux technologies Mini/Micro LED.
IV. Valeur d’application des LED à haute efficacité lumineuse
La valeur fondamentale d’une haute efficacité lumineuse réside dans les économies d’énergie et de coûts. Pour l’éclairage public municipal, les LED à haute efficacité peuvent réduire la puissance de 250W (lampes traditionnelles à sodium haute pression) à moins de 100W, économisant ainsi plus de 1 000 kWh par lampe par an. Dans l’éclairage domestique et commercial, ils réduisent les factures d’électricité et les coûts d’entretien. De plus, ils étendent les scénarios d’éclairage aux secteurs industriel, horticole et médical, favorisant des améliorations écologiques dans tous les secteurs.
Conclusion
L’amélioration de l’efficacité lumineuse des LED est le résultat de l’intégration des industries des semi-conducteurs et de l’éclairage, servant de soutien essentiel à la conservation mondiale de l’énergie et à la réduction des émissions. À l’avenir, tout en maintenant une grande efficacité, les LED bénéficieront d’améliorations complètes en matière de qualité et d’intelligence de la lumière, offrant des expériences d’éclairage plus efficaces et respectueuses de l’environnement.
