Comment la technologie LED a-t-elle évolué ?

1910s : Luminescence des matériaux semi-conducteurs

Si l'on veut retracer les origines des LED, il faut remonter au début du 20e siècle. En 1907, le scientifique H. J. Round a observé que lorsqu'un courant passait à travers une diode SiC, une faible lumière jaune-vert était émise. Il s'agit du premier phénomène enregistré basé sur les principes des DEL.

Dans les années 1920, le scientifique russe Oleg Losev a découvert que les diodes SiC et ZnO pouvaient émettre une lumière plus perceptible. Toutefois, à l'époque, la pureté des matériaux était extrêmement faible et la technologie existante ne permettait pas de les utiliser comme source lumineuse.

Années 1950 : la première série de DEL infrarouges

En 1947, la jonction p-n a été inventée, jetant les bases technologiques des diodes électroluminescentes (DEL). Dans les années 1950, des semi-conducteurs monocristallins de grande pureté, tels que le carbure de silicium (SiC) et l'oxyde de zinc (ZnO), ont été mis au point et, parallèlement, les procédés de fabrication d'électrodes métalliques ont commencé à mûrir.

C'est en 1962 que le scientifique Nick Holonyak Jr. a fabriqué la première DEL rouge visible en utilisant du phosphure d'arséniure de gallium (GaAsP). Cette réalisation est largement considérée comme le point de départ de la technologie moderne des diodes électroluminescentes. Technologie LED. Cependant, les LED développées au cours de cette période présentaient une luminosité et une efficacité lumineuse extrêmement faibles, avaient une durée de vie limitée et étaient très chères.

1970s : Les DEL commencent à être officiellement adoptées

Dans les années 1970, les DEL sont devenues des dispositifs électroniques adaptés à la production de masse. Le processus de fabrication des DEL rouges à base de GaAsP a progressivement évolué, et les DEL vertes et jaunes à base de phosphure de gallium (GaP) ont également commencé à être produites. Parallèlement, les DEL ont commencé à adopter le conditionnement DIP (Dual In-line Package) en trous traversants, ce qui a permis d'allonger la durée de vie des DEL et de réduire les coûts dans une certaine mesure.

Toutefois, au cours de cette période, les LED commençaient à peine à être utilisées pour l'éclairage et n'avaient pas encore atteint une véritable commercialisation. En effet, la technologie des LED n'avait pas encore atteint sa maturité, les niveaux de luminosité restaient faibles et les coûts unitaires étaient encore relativement élevés.

Années 1990 : invention de la LED bleue à haute luminosité

L'invention de la LED bleue

En 1990, les LED avaient atteint leur maturité dans les couleurs rouge et verte, mais les LED bleues faisaient encore défaut. Il était donc impossible de synthétiser de la lumière blanche, ce qui empêchait les DEL d'entrer véritablement sur le marché de l'éclairage. Enfin, en 1993, Shuji Nakamura a réalisé une percée technologique en utilisant le nitrure de gallium (GaN) et a produit une LED bleue à haute luminosité.

L'émergence des LED blanches

Après l'avènement des LED bleues, la question de la lumière blanche a également été résolue. En 1996-1997, des LED blanches ont été mises au point. Pour ce faire, on recouvre une puce LED bleue de phosphore YAG : Ce, qui convertit une partie de la lumière bleue en jaune. La combinaison de la lumière bleue et de la lumière jaune est perçue par l'œil humain comme une lumière blanche.

À ce stade, les LED blanches avaient déjà dépassé les lampes à incandescence en termes de luminosité, avec une efficacité lumineuse atteignant 20-40 lm/W et des durées de vie dépassant les dizaines de milliers d'heures, même si le coût d'utilisation restait élevé.

L'expansion vers d'autres domaines d'application

Avec l'avènement des LED bleues et blanches, elles ont commencé à être utilisées dans un large éventail de domaines, notamment les voyants lumineux des appareils électroménagers, les affichages numériques tels que les calculatrices et les horloges, ainsi que le rétroéclairage des premiers écrans LCD.

2000s : Largement utilisé pour l'éclairage LED

Puce à haute puissance

Au début du 21e siècle, la technologie des LED bleues a progressivement évolué et les performances des LED se sont améliorées dans tous les domaines. L'efficacité lumineuse des LED blanches a atteint jusqu'à 70 lm/W, offrant une luminosité plus élevée, une consommation d'énergie plus faible et des performances dépassant de loin celles des lampes à incandescence et halogènes traditionnelles.

Des mesures d'évaluation précises et une durée de vie plus longue

La méthode de mesure de la durée de vie des LED a également évolué. Au lieu de simplement calculer le temps qui s'écoule jusqu'à la défaillance de l'appareil, la durée de vie est désormais définie comme le temps nécessaire pour que le flux lumineux tombe à 70% ou 80% de sa valeur initiale, désignée par L70 ou L80. Cette métrique d'évaluation de la durée de vie est utilisée depuis lors, ce qui permet à vos produits LED d'évaluer leur durée de vie avec plus de précision.

À l'époque, la durée de vie des LED avait été considérablement allongée, atteignant jusqu'à 50 000 heures selon la norme L70.

Technologie de dissipation de la chaleur

Les puces LED sont très sensibles aux températures élevées. Pour les lampes LED, les températures élevées accélèrent la dépréciation du flux lumineux, réduisent la durée de vie de la puce et diminuent l'efficacité du courant. Une dissipation efficace de la chaleur peut prolonger la durée de vie de votre LED et lui permettre de continuer à fonctionner correctement, même après une utilisation prolongée.

Les premiers boîtiers DIP et SMD ne permettaient pas une dissipation thermique adéquate. Dans les années 2000, les DEL ont progressivement adopté des conceptions de gestion thermique plus efficaces, notamment des substrats céramiques et métalliques à haute conductivité thermique, des dissipateurs thermiques en aluminium, un refroidissement par ventilateur et des conceptions de réflecteurs. Dans le même temps, des emballages COB plus efficaces ont été mis au point. Ces mesures ont permis d'allonger considérablement la durée de vie des LED.

Les LED remplacent les sources lumineuses traditionnelles

Les lampes incandescentes et fluorescentes sont de grande taille, ont une faible efficacité lumineuse et une courte durée de vie, et les lampes fluorescentes contiennent des substances telles que le mercure qui peuvent être nocives pour l'homme. Les LED ont non seulement une longue durée de vie, un meilleur indice de rendu des couleurs (IRC), des coûts de remplacement plus faibles, mais elles offrent également une efficacité lumineuse plus élevée.

En outre, et surtout, les puces LED sont petites et leur emballage est flexible, ce qui permet de les transformer en divers types de produits, tels que des ampoules, des downlights, des panneaux lumineux et des modules de rétroéclairage.

2010s : Grand développement de la technologie des écrans LED

Poursuite de l'amélioration des performances

Les LED ont continué à se développer rapidement au cours du 21e siècle. Vers 2015, les LED à haut rendement ont atteint des efficacités lumineuses d'environ 150-220 lm/W, des durées de vie L70 de près de 100 000 heures et des indices de rendu des couleurs (IRC) de 90 ou plus, répondant ainsi aux exigences de la plupart des applications haut de gamme.

DEL à faible pas de pixel

D'une manière générale, un pas de pixel plus petit rend votre écran LED plus clair. Depuis 2009, les écrans LED d'intérieur ont commencé à utiliser des LED emballées par SMD, ce qui permet à l'écran de s'éclaircir. hauteur des pixels à P2-P3 mm, ce qui permet d'obtenir une résolution plus élevée. En 2012, le pas des pixels a atteint P1,5-P2 mm et a été utilisé dans de nombreux écrans d'intérieur haut de gamme.

L'essor des mini LED

Dans les années 2010, une technologie Mini LED plus avancée a vu le jour. Les mini LED sont une technologie de gradation avancée utilisée dans les écrans LCD, avec des dizaines de milliers de LED de rétroéclairage derrière l'écran, chacune ayant un diamètre inférieur à 200 microns. Ces LED sont divisées en milliers de zones, chacune d'entre elles pouvant être graduée individuellement, ce qui améliore considérablement les performances de l'écran en matière de couleurs.

Aujourd'hui encore, le Mini LED est relativement cher, mais c'est un excellent choix si vous voulez acheter un écran LCD.

Croissance rapide du marché mondial des DEL

Au cours des années 2010, le marché mondial des LED a connu une expansion rapide. En 2010, le marché mondial des LED était évalué à environ 15 milliards d'USD, pour atteindre 38 milliards d'USD en 2015. À la fin de la décennie, les LED se sont progressivement répandues dans l'éclairage, les écrans et l'éclairage automobile, tandis que la demande d'écrans LCD rétroéclairés, d'ordinateurs portables et de téléviseurs augmentait. Téléviseurs rétroéclairés par LED ont presque complètement remplacé les lampes à incandescence traditionnelles.

Dans le même temps, des régions et des pays, dont l'Europe, la Chine et les États-Unis, ont introduit des normes d'économie d'énergie et de réduction des émissions, éliminant progressivement les lampes à incandescence et les lampes fluorescentes. Ces politiques signifient que vous verrez davantage de produits intégrant la technologie LED à l'avenir.

2020s : Technologie d'affichage haut de gamme

Un marché en pleine expansion

Par rapport aux années 2010, les LED ont conquis une plus grande part du marché dans les années 2020. Vous constaterez également que les LED sont de plus en plus répandues et qu'elles ont pénétré divers secteurs d'activité. Selon les rapports de marché de sources faisant autorité, telles que Fortune Business Insights et Grand View Research, le marché mondial des LED était évalué à environ 55 milliards USD en 2020 et devrait dépasser les 70 milliards USD d'ici 2025.

Micro LED : Une nouvelle avancée

Par rapport aux écrans LED traditionnels, les micro LED se caractérisent par des puces LED beaucoup plus petites, un pas de pixel plus fin et un nombre de LED nettement plus élevé. Un écran d'une résolution de 8K peut contenir de l'ordre de 100 millions de pixels.

Toutefois, la commercialisation des micro LED par les fabricants n'en est qu'à ses débuts. La technologie Micro LED nécessite des processus de fabrication extrêmement complexes, et les défis tels que les faibles taux de rendement et les coûts de réparation élevés restent difficiles à surmonter. Par ailleurs, la technologie Micro LED est la technologie d'affichage LED la plus avancée que vous puissiez acheter. À l'heure actuelle, seuls des fabricants de premier plan tels que Samsung ont commercialisé la technologie Micro LED.

La combinaison des LED et de l'IA

Dans les années 2020, les technologies de l'IA ont progressivement mûri et ont été adoptées par de nombreuses industries. Parallèlement, les industries de l'IA et des LED ont commencé à se croiser à un stade précoce.

Pour les écrans LED, l'IA peut être intégrée dans les algorithmes d'affichage de l'écran LED, ce qui permet d'améliorer automatiquement l'image, notamment en augmentant la résolution, en réduisant le bruit et en optimisant la qualité de l'image. gradation locale.

Pour l'éclairage LED, l'IA peut ajuster la luminosité et la température de couleur en fonction des différents environnements, suivre les rythmes naturels de la lumière du jour et même améliorer l'efficacité énergétique, ce qui peut vous offrir une meilleure expérience d'éclairage.

Les perspectives de la technologie LED

Au milieu des années 2020, la technologie des LED était parvenue à un haut degré de maturité. Quel que soit le secteur, les LED étaient parmi les meilleures en termes d'efficacité lumineuse, de consommation d'énergie et de coût.

À l'avenir, grâce aux avancées technologiques dans des domaines connexes, l'efficacité lumineuse et les processus de fabrication des LED pourront être encore améliorés, les technologies d'affichage LED deviendront plus matures et les prix deviendront plus abordables. Dans le même temps, les LED s'intégreront dans des produits intelligents plus avancés, tels que les écrans AR/VR, l'éclairage intelligent et les applications thérapeutiques des LED.

Technologie d'éclairage traditionnelle

Lampe à incandescence

La lampe à incandescence est la source de lumière électrique la plus traditionnelle. Lorsqu'un courant électrique traverse le filament de tungstène, celui-ci résiste au courant, chauffe et produit de la lumière visible. Bien que les lampes à incandescence puissent fournir un éclairage de haute luminosité, elles ont une courte durée de vie et une faible efficacité lumineuse, et ont été largement remplacées par les LED et les lampes fluorescentes.

Lampe halogène

La lampe halogène est une version améliorée de la lampe à incandescence, qui ajoute des gaz halogènes tels que l'iode ou le brome à l'intérieur de l'ampoule, améliorant ainsi l'efficacité lumineuse et la durée de vie par rapport aux lampes à incandescence traditionnelles. Cependant, sa consommation d'énergie reste élevée et elle est progressivement remplacée par les LED.

Lampe fluorescente compacte (LFC)

Le lampe fluorescente compacte (CFL) est un type de lampe fluorescente. Elle est de petite taille, économe en énergie et a une durée de vie plus longue qu'une lampe à incandescence. Elle est largement utilisée pour l'éclairage des habitations et des bureaux. Cependant, comme elle contient du mercure, son élimination incorrecte peut nuire à l'environnement et à la santé humaine, et elle a été progressivement abandonnée.

Lampe au xénon

La lampe au xénon est une source lumineuse à décharge de gaz à haute intensité, composée de deux électrodes en tungstène à haute température, d'un tube en verre de quartz et remplie de gaz xénon à haute pression. Le gaz xénon est ionisé par une décharge à haute tension, formant un arc électrique qui produit une lumière blanche très brillante.

Dans le domaine de l'éclairage, les lampes au xénon ont été largement remplacées par les LED. Toutefois, dans des applications telles que la simulation optique et les grands projecteurs, où les LED ne peuvent pas répondre aux exigences de luminosité très élevée et de spectre continu, les lampes au xénon restent irremplaçables pour le moment.

Foire aux questions

Peut-on rendre les écrans LED sensibles au toucher ?

Oui. Bien que les écrans LED soient par nature des dispositifs d'affichage émettant de la lumière, une couche de détection tactile peut être ajoutée pour permettre une fonctionnalité tactile. Il existe deux méthodes principales : le toucher infrarouge et le toucher capacitif. Le concept de base du toucher capacitif a été proposé dès les années 1960 et, dans les années 2000, la technologie tactile a été largement appliquée dans les smartphones et les écrans tactiles.

Comment les grands écrans parviennent-ils à assurer l'uniformité des couleurs et de la luminosité ?

Pour les grands écrans LED, l'obtention d'une couleur et d'une luminosité uniformes nécessite une qualité élevée au niveau du matériel et de l'étalonnage des couleurs. En ce qui concerne le matériel, cela inclut la qualité des puces LED, la conception optique et la précision des soudures. En ce qui concerne l'étalonnage des couleurs, des techniques telles que la gradation locale et l'étalonnage en usine sont utilisées pour maintenir des performances de haute qualité.

Comment les écrans LED deviennent-ils de plus en plus fins ?

Les écrans LED deviennent de plus en plus fins, principalement en raison de la taille réduite des puces LED, de la diminution de l'épaisseur des circuits imprimés, des méthodes d'emballage plus avancées et de la conception plus rationnelle des modules. Parallèlement, les matériaux d'emballage se sont améliorés, les alliages d'aluminium ou la fibre de carbone remplaçant souvent les cadres en acier, ce qui rend les écrans LED plus légers et plus minces.

IvanLED : Fabricant professionnel d'écrans LED

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