Technologie

Lampe fluorescente

Les premières expériences avec des lampes fluorescentes se passent durant le 19e siècle. C'est Tesla et Edison qui ont expérimenté les tubes électroniques. En 1901, Peter Cooper Hewitt a reçu le brevet pour le tube à basse pression électronique aux vapeurs de mercure.

Depuis la première lampe fluorescente des années trente du siècle dernièr, le progrès en luminophore a fait un long chemin. Le développement de la télévision en couleur et la découverte de la qualité des éléments du groupe des lanthanides, qui étaient auparavant pratiquement inconnus, ont eu une grande influence.

Il y a environ 10 types élémentaire de luminophore en poudre, dont le mélange dans des proportions convenables peut se approcher du spectre de la source fluorescente demandée. Avec ça on peut arriver à un Ra atteignant les 90.

Avec l'utilisation de luminophores spéciaux, dont la composition est soit brevetée ou bien protégée par le fabricant, il est possible d'atteindre un indice Ra de 98.

Les luminophores sont un mélange de poudres de sels complexes, par exemple de l'antimoine, du baryum, du cérium, de l'étain, de l'europium, du gadolinium, du germanium, de l'aluminium, du magnésium, du strontium, du terbium, du calcium, de l'yttrium et du chlore, du fluor ou du phosphore.

L'utilisation d'une couche de phosphore plus épaisse réduit la perméabilité de la partie visible de la lumière par les rejets de mercure, ce qui contribue à une meilleure reproduction des couleurs, même au prix d'une efficacité moindre.

Une invention également importante est l'agencement des électrodes permettant le transfert thermique du mercure dans le sens inverse des atomes qui sont transféré par un courant électrique. Ceci permet à la lampe fluorescente de fonctionner avec un courant continu, comme le courant issu des ballasts électroniques.

Parce que les tubes plus minces sont plus efficace, ils réduisent la consommation de matière et elles permettent la construction des lampes avec une moindre perte. La tendance est dans des tubes encore plus fins. Il y a 30 à 80 ans, les tubes normaux avaient un diamètre de 38 mm (T12), les tubes T8 d'un diamètre de 25 mm ont suivi et aujourd'hui ce sont les tubes T5 avec un diamètre de 16 mm qui s'imposent.

Ampoules

Depuis 1802, quand Humphry Davy a allumé pour la première fois un fil de platine en y faisant passer un courant électrique, les ampoules ont fait de grands progrès technologiques. Aujourd'hui, nous assistons à leur crépuscule.

Les ampoules classiques ont peu d'options en termes de rapprochement à la lumière du jour. Leur indice de rendu des couleurs est bien parfait (Ra = 100), mais le problème est avec la température de couleur Tc, qui est environ de 2900 K, ce qui correspond à une lumière chaude jaune.

Cette limite est donnée par le point de fusion du tungstène de 3695K, à partir duquel les filaments des ampoules sont produites.

La température du filament des ampoules classiques est environ de 2800 K, chez les halogènes c'est 2900-3000 K. L'augmentation de la température du filament conduit à une forte réduction de la durée de vie de l'ampoule. Par exemple, l'ampoule d'un projecteur avec une température du filament de 3300 K a une durée de vie seulement quelques heures.

L'utilisation de filtre est une approche révolutionnaire ici, qui réduirait l'excédent de jaune. Un filtre approprié est représenté par l'oxyde de néodyme Nd2O3. Cette substance est mélangée dans un flacon en verre, qui acquiert ainsi une teinte violette caractéristique. Les qualités de l'ion NdIII+ sont utilisées dans les filtres pour améliorer le contraste de l'optique astronomique, et en particulier dans la conception de lasers infrarouges.

Le filtre absorbe une partie de l'énergie lumineuse à la longueur d'onde aux environs de la couleur jaune, celle qu'on voit le plus dans les ampoules ordinaires. Le résultat est une lumière "moins jaune" – donc blanche - qui se combine avec des sources lumineuses fluorescentes NASLI beaucoup mieux que les ampoules ordinaires.

Un verre avec addition de Nd2O3 fluorescence dans la zone infrarouge proche (1300 nm). L'énergie absorbée est donc transformée en chaleur. Le filtre absorbe environ 20-25% du flux lumineux.

Le jaune c'est la couleur de transition dans le spectre entre le rouge et le vert. Le filtre de néodyme donc augmente le contraste entre le rouge et le vert.

Étant donné qu'il s'agit d'une source de lumière "de couleur", basé sur Ra déterminée par la méthode classique d'environ 75-80, ce qui est très trompeur. Pour l'objet de la détermination « de la qualité de couleur » des sources LED on travaille sur la définition d'une nouvelle variable, ce qui reflète la qualité de la couleur de cette source mieux que la méthode actuelle de la détermination de Ra.

Diodes électroluminescentes - LED

L'histoire de ces sources lumineuses remonte jusqu'à 1907, lorsque H.J. Round, l'assistant de G. Marconi, a découvert l'électroluminescence sur les cristaux de carbure de silicium. En 1927, ce phénomène est décrit en détail par O.V. Losev. L'explication théorique a été présenté en 1951 par K. Lehovec.

Jusqu'à la fin des années 50, on a réussi à créer dans des conditions de la laboratoire, plusieurs semi-conducteurs émettant un rayonnement dans la zone infrarouge et en 1962 N. Holonyak a développé la première diode émettant une lumière visible – le rouge. On a vite découvert un procédé pour produire des LED jaunes et l'efficacité de ces éléments est encore augmentée. Au début des années 70 les LED ne sont pas chères et peuvent être utilisées comme indicateurs et elles ont trouvé des applications dans les nouvelles calculatrices de poche. Plus tard la LED verte a suivi, mais on a réussi à produire la LED bleue en 1989 et peu de temps après la première LED blanche est arrivée. Les découvertes dans les années 90 ont considérablement augmenté l'efficacité des LED, par exemple grâce aux structures multicouches, multi-étages et de résonance. La consommation des LED a augmenté des milliwatts à quelques watts et leur performance spécifique dépasse déjà les lampes fluorescentes.

On trouve des LED comme indicateurs dans la plupart des appareils électroniques, elles éclairent les téléphones portables, elles brillent dans les lampes de poche et elles sont utilisées comme source de lumière dans certains téléviseurs et projecteurs. Au cours des dernières années elles pénètrent aussi dans le domaine de l'éclairage, à la fois pour l'éclairage public et l'éclairage extérieur des bâtiments mais aussi pour éclairer l'intérieur et dans le transport.

La LED est une source de lumière à semi-conducteur, constitué de couches de matériaux à base de silicium et d'autres éléments, dans laquelle le passage du courant électrique est accompagné d'effets quantique et de l'émission d'un photon. Le spectre du photons émis est étalé dans une cloche dans une bande relativement étroite autour de la longueur d'onde dominante et donc c'est une source de lumière d'une couleur donnée.

La lumière blanche peut être obtenu à l'aide d'une LED en composition de quelques couleurs. Le plus commun est une LED bleue avec le luminophore jaune. La lumière bleue passe partiellement et se transforme partiellement dans le luminophore en jaune, en même temps la perception qui en résulte est la lumière blanche. De cette façon, vous pouvez obtenir une LED blanche depuis un blanc chaud au blanc du jour lorsque l'indice de rendu des couleurs est autour de 75-80. En utilisant des luminophores spéciaux on peut réaliser un Ra environ 90, mais au prix d'une baisse de la capacité de mesure. Une autre possibilité c'est l'utilisation de LED (ultra-)violette comme source de rayonnement d'excitation et d'un mélange de luminophores pour la convertir en lumière blanche. On suppose que cette procédure peut être atteint un Ra jusqu'à 97 au cours de la capacité de mesure élevée. Une autre possibilité est le "mélange" du blanc avec plusieurs couleurs LED. Avec la plus courante LED RGB (R = rouge, G = vert, B = bleu) on ne peut réaliser qu'un Ra de seulement 70. Avec de nouveaux composants avec les quatre couleurs RGBA (A = orange, jaune-orange) on peut atteindre un Ra de 90. On utilise également RGBAW (W = blanc, WW = blanc chaud), où Ra peut être jusqu'à 97. Chaque composante de couleur peut être contrôlée séparément, ce qui offre une variété d'applications. Sur le marché on peut trouver récemment des unités LED/Light/ Engin avec RGBW comme matrice LED, le condenseur et l'électronique, qui représentent une solution complète pour la création d'une lumière agréable avec des paramètres variables tels que la gradation, le changement de température de couleur, l'éclairage fantaisiste, décoratif ou biodynamique.

Par rapport aux autres sources de lumière, l'avantage des LED est une grande efficacité et un potentiel pour la poursuite de son amélioration. Si les lampes fluorescentes atteignent la limite d'environ 100 lm/W, les LED atteignent aujourd'hui plus de 150 lm/W et on estime qu'il sera possible d'atteindre plus de 220 lm/W. Un autre avantage est la longue durée de vie prévue, qui est 3 à 5 fois la durée de vie d'une lampe fluorescente. Le temps d'allumage d'une LED est très court, ce qui est un gros avantage en comparaison avec les ampoules par exemple pour des feux de freinage des voitures. Une autre application de cette propriété c'est la modulation de largeur d'impulsion (PWM) avec lequel on peut contrôler le flux lumineux linéaire moyenne dans l'amplitude pleine avec des pertes mineures.

Le principal inconvénient des LED c'est leur coût élevé, ce qui ne compense pas pour le moment ni la combinaison d'une plus grande efficacité et d'une durée de vie plus longue. La décision pour les sources LED signifie généralement d'acheter de nouvelles lumières. Cependant, il y a des lampes fluorescentes de remplacement ou des lampes à LED, qui représentent généralement une solution de compromis. Paradoxalement, un désavantage est le potentiel encore non réalisé de performances spécifiques en combinaison d'une durabilité maximale. Les investisseurs dans cette situation choisissent souvent des solutions traditionnelles moins coûteuses et ils attendent. La longue durée de vie des diodes LED est souvent surestimée et les valeurs 30-100 mille heures ne peut pas souvent être réalisée sans un coût élevé de refroidissement de qualité. L'inconvénient pittoresque peut être même l'efficacité: des feux de circulation LED - contrairement à ceux à lampes fluorescentes – gèlent en hiver.

Les LED sont souvent critiquées pour leur indice inférieur de la couleur de rendu Ra. Cependant les tests ont montré que les gens évaluent certains types de lumières LED mieux que ce qu'on pourrait penser à partir d'une comparaison des valeurs de Ra. Il est probable que, avec la montée des LED vienne sur la scène de la technique de l'éclairage une nouvelle mesure de qualité des couleurs qui reflétera le sentiment subjectif d'une source de lumière mieux que l'indice Ra, qui n'est pas bien adapté pour les diodes LED.