Lampe LED

Une lampe LED ou lumière LED est une lumière électrique qui produit de la lumière à l'aide de diodes électroluminescentes (LED). Les lampes LED sont nettement plus économes en énergie que les lampes à incandescence et les lampes fluorescentes équivalentes . Les lampes LED les plus efficaces disponibles dans le commerce ont des rendements supérieurs à 200 lumens par watt (lm/W) et convertissent plus de la moitié de la puissance d'entrée en lumière. Les lampes LED commerciales ont une durée de vie plusieurs fois supérieure à celle des lampes à incandescence et fluorescentes.

Les lampes LED nécessitent un circuit LED électronique pour fonctionner à partir des lignes électriques du secteur, et les pertes de ce circuit signifient que l'efficacité de la lampe est inférieure à l'efficacité des puces LED qu'elle utilise. Le circuit de commande peut nécessiter des fonctionnalités spéciales pour être compatible avec les variateurs de lampe destinés à être utilisés sur des lampes à incandescence. En général, la forme d'onde du courant contient une certaine quantité de distorsion, en fonction de la technologie des luminaires.

Les LED atteignent leur pleine luminosité immédiatement, sans délai de préchauffage. Les allumages et extinctions fréquents ne réduisent pas la durée de vie comme pour l'éclairage fluorescent. Le rendement lumineux diminue progressivement au cours de la durée de vie de la LED. Certaines lampes LED sont des remplacements directs des lampes à incandescence ou fluorescentes. Les lampes LED peuvent utiliser plusieurs packages LED pour améliorer la dispersion de la lumière, la dissipation de la chaleur et le coût global.

Le texte sur l'emballage des lampes LED vendues au détail peut indiquer le rendement lumineux en lumens, la consommation électrique en watts, la température de couleur en kelvins ou une description de couleur telle que « blanc chaud », « blanc froid » ou « lumière du jour », la plage de température de fonctionnement, si la lampe est compatible avec un variateur, si la lampe est adaptée aux conditions humides/mouillées/humides, et parfois la puissance équivalente d'une lampe à incandescence délivrant le même rendement en lumens.

Avant l’introduction des lampes LED, trois types de lampes étaient utilisées pour l’essentiel de l’éclairage général (blanc) :

• Les lampes à incandescence produisent de la lumière grâce à un filament incandescent chauffé par un courant électrique. Elles sont très inefficaces, avec une efficacité lumineuse de 10 à 17 lm/W, et ont également une courte durée de vie, généralement de 1 000 heures. Elles sont progressivement éliminées des applications d'éclairage général. Les lampes à incandescence produisent un spectre de lumière noire continue similaire à la lumière du soleil, et produisent donc un indice de rendu des couleurs (IRC) élevé.
• Les lampes fluorescentes produisent de la lumière ultraviolette par une décharge luminescente entre deux électrodes dans un tube à basse pression de vapeur de mercure , qui est convertie en lumière visible par un revêtement fluorescent ( phosphore ) à l'intérieur du tube. Elles sont plus efficaces que les lampes à incandescence, avec une efficacité lumineuse de 50 à 100 lm/W (selon la structure, le type de phosphore et le type de ballast utilisé), ont une durée de vie plus longue de 6 000 à 15 000 heures et sont largement utilisées pour l'éclairage résidentiel et de bureau. Cependant, leur teneur en mercure en fait un danger pour l'environnement et elles doivent être éliminées comme des déchets dangereux .
• Les lampes aux halogénures métalliques produisent de la lumière grâce à un arc électrique entre deux électrodes dans une atmosphère d'argon, de mercure et d'autres métaux, et d'iode ou de brome. Elles comptaient parmi les lampes électriques blanches les plus efficaces avant les LED, avec une efficacité lumineuse de 75 à 100 lm/W et une durée de vie relativement longue de 6 000 à 15 000 heures. Comme elles nécessitent une période de préchauffage de 5 à 7 minutes avant d'atteindre leur pleine puissance, les lampes aux halogénures métalliques ne sont pas utilisées pour l'éclairage résidentiel, mais pour l'éclairage commercial et industriel de grandes surfaces et, à l'extérieur, pour les éclairages de sécurité et les lampadaires. Comme les lampes fluorescentes, elles contiennent également du mercure dangereux.

Considérées comme des convertisseurs d’énergie, toutes ces lampes existantes sont inefficaces, émettant plus d’énergie d’entrée sous forme de chaleur résiduelle que de lumière visible. En 1997, l’éclairage électrique mondial consommait 2016 térawattheures d’énergie. L’éclairage consomme environ 12 % de l’énergie électrique produite par les pays industrialisés. Les nouveaux développements technologiques dans le domaine des semi-conducteurs électroluminescents, combinés aux énormes marchés des écrans et de l’éclairage de surface, ont encouragé le développement d’éclairages électriques plus économes en énergie.

Les premières LED à faible puissance ont été développées au début des années 1960 et ne produisaient de la lumière que dans les basses fréquences rouges du spectre. En 1968, les premières lampes LED commerciales ont été introduites : l'affichage LED de Hewlett-Packard , qui a été développé par Howard C. Borden et Gerald P. Pighini, et la lampe témoin LED de Monsanto Company . Cependant, les premières lampes LED étaient inefficaces et ne pouvaient afficher que des couleurs rouge foncé, ce qui les rendait inadaptées à l'éclairage général et limitait leur utilisation aux affichages numériques et aux voyants lumineux.

La première LED bleue à haute luminosité a été démontrée par Shuji Nakamura de Nichia Corporation en 1994. Isamu Akasaki , Hiroshi Amano et Nakamura ont ensuite reçu le prix Nobel de physique 2014 pour l'invention de la LED bleue. L'existence de LED bleues et de LED à haut rendement a conduit au développement de la première « LED blanche », qui utilisait un revêtement phosphorescent pour convertir partiellement la lumière bleue émise en fréquences rouges et vertes, créant une lumière qui apparaît blanche.

De nouvelles lampes LED sont arrivées sur le marché au début du 21e siècle aux États-Unis (Cree) et au Japon (Nichia, Panasonic et Toshiba), puis à partir de 2004 en Corée et en Chine (Samsung, Kingsun, Solstice, Hoyol et autres.)

Aux États-Unis, la loi sur l'indépendance et la sécurité énergétiques (Energy Independence and Security Act, EISA) de 2007 a autorisé le ministère de l'Énergie (DOE) à créer le concours Bright Tomorrow Lighting Prize , connu sous le nom de « L Prize », lampes à incandescence de 60 W et autres lampes. Les produits répondant aux exigences du concours n'utiliseraient que 17 % de l'énergie utilisée par la plupart des lampes à incandescence de l'époque.

Philips Lighting a cessé ses recherches sur les lampes fluorescentes compactes en 2008 et a commencé à consacrer la majeure partie de son budget de recherche et développement à l'éclairage à semi-conducteurs. Le 24 septembre 2009, Philips Lighting North America est devenue la première société à proposer des lampes dans cette catégorie pour remplacer l' ampoule standard A-19 de 60 W à vis Edison , par une conception basée sur leur ancien produit grand public « AmbientLED ». Le DOE a décerné le prix à Philips après 18 mois de tests approfondis. De nombreux autres produits tout aussi efficaces ont suivi.

Les premières lampes LED présentaient une chromaticité très différente de celle des lampes à incandescence qu'elles remplaçaient. Une norme a été élaborée, ANSI C78.377-2008, qui spécifiait les gammes de couleurs recommandées pour les produits d'éclairage à semi-conducteurs utilisant des LED blanches froides à chaudes avec différentes températures de couleur corrélées. En juin 2008, le NIST a annoncé les deux premières normes pour l'éclairage à semi-conducteurs aux États-Unis. Ces normes détaillent les spécifications de performance des sources lumineuses LED et prescrivent des méthodes de test pour les produits d'éclairage à semi-conducteurs.

En 2008, le programme Energy Star a également commencé à étiqueter les lampes qui répondent à un ensemble de normes en matière de temps d'allumage, de durée de vie, de couleur et de régularité des performances aux États-Unis et au Canada. L'objectif du programme est de réduire les inquiétudes des consommateurs en raison de la qualité variable des produits, en offrant une transparence et des normes pour l'étiquetage et la facilité d'utilisation des produits disponibles sur le marché. Energy Star Certified Light Bulbs est une ressource permettant de trouver et de comparer les lampes certifiées Energy Star.

Un programme similaire a été lancé au Royaume-Uni (géré par l' Energy Saving Trust ) pour identifier les produits d'éclairage qui répondent aux directives en matière de conservation de l'énergie et de performance. Ushio a lancé la première lampe à filament LED en 2008. Philips a lancé sa première lampe LED en 2009, suivie de la première lampe LED équivalente à 60 W au monde en 2010, et d'une version équivalente à 75 watts en 2011.

L'Illuminating Engineering Society of North America (IESNA) a publié en 2008 une norme documentaire LM-79 , qui décrit les méthodes de test des produits d'éclairage à semi-conducteurs pour leur rendement lumineux (lumens), leur efficacité (lumens par watt) et leur chromaticité.

En 2016 , selon Noah Horowitz du Natural Resources Defense Council , les nouvelles normes proposées par le ministère de l'Énergie des États-Unis signifieraient probablement que la plupart des ampoules utilisées à l'avenir seraient des LED.

En 2019, la consommation d'électricité aux États-Unis avait diminué pendant au moins cinq années consécutives, en partie parce que les consommateurs d'électricité américains remplaçaient les ampoules à incandescence par des LED en raison de leur efficacité énergétique et de leurs hautes performances.

En 2023, Signify NV a lancé les lampes LED hautement efficaces avec la classe d'efficacité européenne A, qui nécessite une efficacité d'au moins 210 lm/W.

En 2003, les premières lunettes chirurgicales à LED ont été présentées. Audi a présenté le concept-car Audi Nuvolari avec des phares à LED.

En 2004, Audi a sorti la première voiture avec feux de jour et feux directionnels à LED, l' Audi A8 W12 2004.

En 2005, une lampe LED a été installée pour éclairer la Joconde . Les LED étaient utilisées au Casino Breda aux Pays-Bas, à l'Opéra national de Vienne et sur le site du Grand Prix de Shanghai, par exemple. Des lampes de poche et des lampes frontales à LED étaient disponibles pour les personnes.

En 2006, certains des premiers projecteurs LED destinés à être utilisés dans les magasins ont été commercialisés.

En 2007, Audi a été le premier constructeur automobile à proposer des phares utilisant uniquement des LED, utilisés dans l' Audi R8 .

En 2008, Sentry Equipment Corporation à Oconomowoc , Wisconsin, États-Unis, a pu éclairer l'intérieur et l'extérieur de sa nouvelle usine presque exclusivement avec des LED. Le coût initial était trois fois supérieur à celui d'un mélange traditionnel de lampes à incandescence et fluorescentes, mais le coût supplémentaire a été récupéré en deux ans grâce aux économies d'électricité, et les lampes ne devraient pas avoir besoin d'être remplacées avant 20 ans. En 2009, le bureau de Manapakkam, Chennai , de la société informatique indienne iGate, a dépensé 3 700 000 ₹ ( 80 000 USD ) pour éclairer 57 000 pieds carrés (5 300 m ² ) d'espace de bureau avec des LED. L'entreprise s'attendait à ce que le nouvel éclairage soit rentabilisé en 5 ans.

En 2009, Audi a été le premier constructeur à proposer une voiture utilisant exclusivement l'éclairage LED, l'Audi R8 2009.

En 2009, le sapin de Noël exceptionnellement grand qui trône devant la cathédrale de Turku en Finlande était équipé de 710 lampes LED de 2 watts chacune. On a calculé que ces lampes LED ont été rentabilisées en trois ans et demi, même si elles ne fonctionnent que 48 jours par an.

En 2009, une nouvelle autoroute (A29) a été inaugurée à Aveiro , au Portugal ; elle comprenait le premier éclairage public routier européen à LED.

En 2010, les installations massives d'éclairage LED à usage commercial et public sont devenues courantes. Les lampes LED ont été utilisées dans un certain nombre de projets de démonstration d'éclairage extérieur et de lampadaires LED . Le ministère de l'Énergie des États-Unis a publié plusieurs rapports sur les résultats de nombreux projets pilotes d'éclairage extérieur municipal, et de nombreux autres projets de lampadaires et d'éclairage extérieur municipal ont rapidement suivi.

En 2016, le gouvernement indien a lancé le programme « Ujala LED bulb scheme » pour réduire l'empreinte carbone de l'Inde et économiser l'électricité. Il a distribué gratuitement 370 millions d'ampoules LED en mars 2022, ce qui a permis d'économiser 200 milliards de roupies ( 2,4 milliards de dollars américains) sur la facture d'électricité des ménages de la classe moyenne et des ménages pauvres. Le programme vise à remplacer toutes les ampoules à incandescence et CFL par des ampoules LED plus efficaces dans le pays. Pour réduire le prix des ampoules LED, le gouvernement a encouragé la production d'ampoules dans le pays.

Les lampes LED sont souvent fabriquées avec des réseaux de modules LED montés en surface .

Une différence significative par rapport aux autres sources lumineuses est que la lumière est plus directionnelle. Une LED est un émetteur « lambertien », produisant un cône de lumière avec des points à mi-puissance à environ 60° de l'axe. Une diode laser est une autre forme d'émetteur LED, mais produit de la lumière par un mécanisme différent.

L'éclairage à usage général nécessite une lumière blanche, imitant un corps noir à une température spécifiée, du « blanc chaud » (comme une ampoule à incandescence) à 2700 K, à la « lumière du jour » à environ 6500 K. Les premières LED émettaient de la lumière dans une bande de longueurs d'onde très étroite, d'une couleur caractéristique de la bande interdite énergétique du matériau semi-conducteur utilisé pour fabriquer la LED. Les LED qui émettent une lumière blanche sont fabriquées selon deux méthodes principales : soit en mélangeant la lumière de plusieurs LED de différentes couleurs, soit en utilisant un phosphore pour convertir une partie de la lumière en d'autres couleurs. La lumière n'est pas la même qu'un véritable corps noir, donnant aux couleurs une apparence différente de celle d'une ampoule à incandescence. La qualité du rendu des couleurs est spécifiée par l' indice de rendu des couleurs (IRC) et, en 2019, elle est d'environ 80 pour de nombreuses ampoules LED et de plus de 95 pour les éclairages LED à IRC élevé plus chers (100 est la valeur idéale).

Les LED RVB ou trichromatiques blanches utilisent plusieurs puces LED émettant des longueurs d'onde rouges, vertes et bleues. Ces trois couleurs se combinent pour produire une lumière blanche. L'IRC est médiocre, généralement de 25 à 65, en raison de la plage étroite de longueurs d'onde émises. Des valeurs IRC plus élevées peuvent être obtenues en utilisant plus de trois couleurs de LED pour couvrir une plus grande plage de longueurs d'onde.

La deuxième méthode, à la base de la plupart des lampes LED disponibles dans le commerce, utilise des LED en conjonction avec un phosphore pour produire des couleurs complémentaires à partir d'une seule LED. Une partie de la lumière de la LED est absorbée par les molécules du phosphore, ce qui les fait fluorescer , émettant une lumière d'une autre couleur via le décalage de Stokes . La méthode la plus courante consiste à combiner un émetteur LED bleu avec un phosphore jaune, produisant une gamme étroite de longueurs d'onde bleues et une large bande de longueurs d'onde « jaunes » couvrant en fait le spectre du vert au rouge. La valeur IRC peut aller de moins de 70 à plus de 90, bien qu'une large gamme de LED commerciales de ce type ait un indice de rendu des couleurs d'environ 82. Après des augmentations successives de l'efficacité, qui avait atteint 210 lm/W en production en 2021, ce type a surpassé les performances des LED trichromatiques. Les phosphores utilisés dans les LED à lumière blanche peuvent donner des températures de couleur corrélées dans la plage de 2 200 K (incandescence atténuée) jusqu'à 7 000 K ou plus.

Les systèmes d'éclairage réglables utilisent des banques de LED colorées qui peuvent être contrôlées individuellement, soit en utilisant des banques séparées de chaque couleur, soit des LED multipuces avec les couleurs combinées et contrôlées au niveau de la puce. Par exemple, des LED blanches de différentes températures de couleur peuvent être combinées pour construire une ampoule LED qui diminue sa température de couleur lorsqu'elle est atténuée.

Les puces LED nécessitent une alimentation électrique à courant continu (CC) contrôlé et un circuit approprié en tant que pilote LED est nécessaire pour convertir le courant alternatif de l'alimentation en courant continu à tension régulée utilisé par les LED.

Les pilotes LED sont des composants essentiels des lampes LED pour garantir une durée de vie et des performances acceptables de la lampe. Un pilote peut fournir des fonctionnalités telles que la gradation et la commande à distance. Les pilotes LED peuvent être placés dans le même boîtier de lampe que la matrice de diodes ou montés à distance des diodes électroluminescentes. Les pilotes LED peuvent nécessiter des composants supplémentaires pour respecter les réglementations relatives au courant harmonique de ligne CA acceptable.

Les lampes LED fonctionnent à une température plus basse que leurs prédécesseurs car il n'y a pas d'arc électrique ou de filament de tungstène, mais elles peuvent toujours provoquer des brûlures. La gestion thermique des LED haute puissance est nécessaire pour maintenir la température de jonction du dispositif LED proche de la température ambiante, car une température accrue réduit le rendement lumineux et peut provoquer une panne catastrophique . Les LED utilisent beaucoup moins d'énergie pour un rendement lumineux donné, mais elles produisent de la chaleur, et celle-ci est concentrée dans une très petite matrice semi-conductrice. En raison de leur faible température de fonctionnement, les lampes LED ne peuvent pas perdre beaucoup de chaleur par rayonnement ; au lieu de cela, la chaleur est conduite par l'arrière de la matrice vers un dissipateur thermique ou une ailette de refroidissement de conception appropriée , d'où elle est dissipée par convection. Les lampes à très haute puissance destinées à des utilisations industrielles sont souvent équipées de ventilateurs de refroidissement . Certains fabricants placent les LED et tous les circuits dans une ampoule en verre comme les ampoules à incandescence classiques, mais avec un remplissage en gaz d'hélium pour conduire la chaleur et ainsi refroidir les LED. D'autres placent les LED sur une carte de circuit imprimé avec un support en aluminium ; Le dos en aluminium est relié thermiquement à la base en aluminium de la lampe à l'aide de pâte thermique, et la base est encastrée dans une coque en plastique mélaminé. En raison de la nécessité d'un refroidissement par convection autour d'une lampe LED, une attention particulière est nécessaire lors du placement de la lampe dans un luminaire fermé ou mal ventilé ou à proximité d' une isolation thermique .

Le terme « chute d'efficacité » fait référence à la diminution de l'efficacité lumineuse des LED à mesure que le courant électrique augmente. Au lieu d'augmenter les niveaux de courant, le rendement lumineux est généralement augmenté en connectant plusieurs émetteurs LED en parallèle et/ou en série dans une seule lampe. La résolution du problème de chute d'efficacité signifierait que les lampes LED domestiques nécessiteraient moins de LED, ce qui réduirait considérablement les coûts.

Les premières suspicions étaient que la chute de rendement des LED était due à des températures élevées. Les scientifiques ont montré que la température n'était pas la cause principale de la chute de rendement. Le mécanisme à l'origine de la chute de rendement a été identifié en 2007 comme étant la recombinaison Auger , qui a été associée à une réaction mixte. Une étude de 2013 a identifié de manière concluante la recombinaison Auger comme étant la cause.

Certains lasers ont été adaptés comme alternative aux LED pour fournir un éclairage hautement focalisé.

Les lampes LED sont utilisées pour l'éclairage général et spécial. Lorsqu'une lumière colorée est nécessaire, les LED qui émettent intrinsèquement une lumière d'une seule couleur ne nécessitent aucun filtre absorbant l'énergie. Les lampes LED sont généralement disponibles en remplacement direct des ampoules ou des luminaires, remplaçant soit un luminaire entier (comme les panneaux lumineux LED remplaçant les plafonniers fluorescents ou les luminaires à projecteur LED remplaçant les luminaires halogènes similaires) ou des ampoules (comme les tubes LED remplaçant les tubes fluorescents à l'intérieur des plafonniers ou les lampes de remplacement LED HID remplaçant les ampoules HID à l'intérieur des luminaires HID). Les différences entre le remplacement d'un luminaire et le remplacement d'une ampoule sont que, lorsqu'un luminaire (comme un plafonnier) est remplacé par quelque chose comme un panneau LED, le panneau doit être remplacé dans son intégralité si les LED ou le pilote qu'il contient tombent en panne car il est impossible de les remplacer individuellement de manière pratique (bien que le pilote soit souvent séparé et puisse donc être remplacé), alors que, si seule l'ampoule est remplacée par une lampe de remplacement LED, la lampe peut être remplacée indépendamment du luminaire en cas de panne de la lampe. Certaines lampes de remplacement à LED nécessitent une modification du luminaire, par exemple en retirant électriquement le ballast du luminaire, connectant ainsi la lampe LED directement au secteur ; d'autres peuvent fonctionner sans aucune modification du luminaire.

Les lampes LED à lumière blanche ont une durée de vie plus longue et une efficacité plus élevée (plus de lumière pour la même électricité) que la plupart des autres éclairages lorsqu'elles sont utilisées à la bonne température. Les sources LED sont compactes, ce qui permet une flexibilité dans la conception des luminaires et un bon contrôle de la distribution de la lumière avec de petits réflecteurs ou lentilles. En raison de la petite taille des LED, le contrôle de la distribution spatiale de l'éclairage est extrêmement flexible, et le rendement lumineux et la distribution spatiale d'un réseau de LED peuvent être contrôlés sans perte d'efficacité.

Les LED utilisant le principe de mélange des couleurs peuvent émettre une large gamme de couleurs en modifiant les proportions de lumière générées dans chaque couleur primaire. Cela permet un mélange complet des couleurs dans les lampes avec des LED de différentes couleurs. Contrairement à d'autres technologies d'éclairage, l'émission LED a tendance à être directionnelle (ou au moins lambertienne ), ce qui peut être avantageux ou désavantageux, selon les besoins. Pour les applications où une lumière non directionnelle est requise, soit un diffuseur est utilisé, soit plusieurs émetteurs LED individuels sont utilisés pour émettre dans différentes directions.

Les lampes LED sont fabriquées avec des connexions et des formes de lampes standard , telles qu'un culot à vis Edison , une forme MR16 avec un culot à deux broches ou un culot GU5.3 (culot à deux broches) ou GU10 (culot à baïonnette) et sont compatibles avec la tension fournie aux douilles. Elles comprennent un circuit de commande pour redresser le courant alternatif et convertir la tension en une valeur appropriée, généralement une alimentation à découpage .

Depuis 2010, certaines lampes LED remplacent les ampoules à puissance plus élevée. Par exemple, un fabricant affirme qu'une lampe LED de 16 W est aussi lumineuse qu'une lampe halogène de 150 W. Une ampoule à incandescence standard à usage général émet une lumière avec une efficacité d'environ 14 à 17 lm/W selon sa taille et sa tension. (L'efficacité des lampes à incandescence conçues pour une alimentation de 230 V est moindre, car la tension d'alimentation plus faible en Amérique du Nord est plus favorable à l'efficacité.) Selon la norme de l'Union européenne, une lampe à faible consommation d'énergie qui prétend être l'équivalent d'une lampe au tungstène de 60 W doit avoir un rendement lumineux minimum de 806 lumens.

Certains modèles de lampes LED sont compatibles avec les variateurs . Les lampes LED ont souvent des caractéristiques de lumière directionnelle. Les meilleures de ces lampes, en 2022, sont plus économes en énergie que les lampes fluorescentes compactes et offrent une durée de vie de 30 000 heures ou plus, réduite si elles fonctionnent à une température plus élevée que celle spécifiée. Les lampes à incandescence ont une durée de vie typique de 1 000 heures, et les lampes fluorescentes compactes d'environ 8 000 heures. Les lampes LED et fluorescentes utilisent toutes deux des phosphores, dont le rendement lumineux diminue au cours de leur durée de vie. Les spécifications Energy Star exigent que les lampes LED chutent généralement de moins de 10 % après 6 000 heures ou plus de fonctionnement, et dans le pire des cas de pas plus de 15 %. Les lampes LED sont disponibles avec une variété de propriétés de couleur. Le prix d'achat est plus élevé que la plupart des autres lampes - bien qu'en baisse - mais l'efficacité plus élevée réduit généralement le coût total de possession (prix d'achat plus coût de l'électricité et du changement des ampoules).

Plusieurs entreprises proposent des lampes LED pour l'éclairage général. La technologie s'améliore rapidement et de nouvelles lampes LED grand public à faible consommation d'énergie sont disponibles. En 2016 , aux États-Unis, les lampes LED sont sur le point d'être adoptées comme source lumineuse principale en raison de la baisse des prix et de l'élimination progressive des lampes à incandescence. Aux États-Unis, la loi sur l'indépendance et la sécurité énergétiques de 2007 interdit de fait la fabrication et l'importation de la plupart des lampes à incandescence actuelles. Le prix des lampes LED a considérablement diminué et de nombreuses variétés sont vendues à des prix subventionnés par les services publics locaux. Cependant, en septembre 2019, l'administration Trump a réduit les exigences relatives aux nouvelles ampoules à faible consommation d'énergie. L'administration Biden a finalisé en 2023 les réglementations en matière d'efficacité qui exigent un éclairage de 45 lm/W et permettront aux consommateurs d'économiser 3 milliards de dollars par an en coûts d'électricité.

Les tubes LED sont conçus pour s'adapter physiquement aux luminaires destinés aux tubes fluorescents . Certaines lampes tubulaires LED sont destinées à être un remplacement direct dans les luminaires existants si un ballast approprié est utilisé. D'autres nécessitent un recâblage des luminaires pour retirer le ballast. Une lampe à tube LED utilise généralement de nombreuses LED individuelles montées en surface qui sont directionnelles et nécessitent une orientation appropriée lors de l'installation, contrairement aux lampes à tube fluorescent qui émettent de la lumière dans toutes les directions autour du tube. La plupart des tubes LED disponibles peuvent être utilisés à la place des désignations de tubes T5, T8, T10 ou T12 , T8 est D26mm, T10 est D30mm, dans des longueurs de 590 mm (23 pouces), 1 200 mm (47 pouces) et 1 500 mm (59 pouces).

De nouveaux luminaires avec LED longue durée intégrés ou conçus pour des lampes LED sont de plus en plus utilisés, car le besoin de compatibilité avec les luminaires existants diminue. Ce type d'éclairage ne nécessite pas que chaque ampoule contienne un circuit pour fonctionner à partir de la tension secteur .

Des expériences ont révélé des performances et une production surprenantes de légumes et de plantes ornementales sous des sources de lumière LED. De nombreuses espèces de plantes ont été évaluées dans des essais en serre pour s'assurer que la qualité de la biomasse et des ingrédients biochimiques de ces plantes est au moins comparable à celle de celles cultivées dans des conditions de terrain. Les performances des plantes de menthe, de basilic, de lentille, de laitue, de chou, de persil et de carotte ont été mesurées en évaluant à la fois la santé et la vigueur des plantes et le succès des LED dans la promotion de la croissance. On a également remarqué une floraison abondante de certaines plantes ornementales, notamment la primevère, le souci et le giroflée.

Les diodes électroluminescentes (DEL) offrent un éclairage électrique efficace dans les longueurs d'onde souhaitées (rouge + bleu) qui prennent en charge la production en serre en un minimum de temps et avec une qualité et une quantité élevées. Comme les LED sont froides, les plantes peuvent être placées très près des sources lumineuses sans surchauffer ni brûler, nécessitant beaucoup moins d'espace pour une culture intense qu'avec un éclairage fonctionnant à chaud.

Les lampes LED blanches dominent le marché dans les applications où une efficacité élevée est importante à de faibles niveaux de puissance. Parmi ces applications figurent les lampes de poche , les éclairages solaires de jardin ou de passerelle et les éclairages de vélo. Les lampes LED colorées sont désormais utilisées dans le commerce pour les feux de signalisation, où la capacité d'émettre une lumière vive de la couleur requise est essentielle, et dans les guirlandes lumineuses de Noël. Les lampes LED automobiles sont largement utilisées en raison de leur longue durée de vie et de leur petite taille. Les LED multiples sont utilisées dans les applications où un rendement lumineux supérieur à celui disponible avec une seule LED est requis.

Vers 2010, la technologie LED a dominé le secteur de l'éclairage extérieur, car les anciennes LED n'étaient pas assez lumineuses pour l'éclairage extérieur. Une étude réalisée en 2014 a conclu que la température de couleur et la précision des lumières LED étaient facilement reconnues par les consommateurs, avec une préférence pour les LED à température de couleur naturelle. Les LED sont désormais capables de correspondre à la luminosité et à la température de couleur plus chaude que les consommateurs souhaitent pour leur système d'éclairage extérieur.

Les LED sont de plus en plus utilisées pour l'éclairage public à la place des lampes au mercure et au sodium en raison de leurs coûts de fonctionnement et de remplacement des lampes inférieurs. Cependant, certains craignent que l'utilisation d' un éclairage public à LED avec une lumière principalement bleue puisse provoquer des lésions oculaires, et que certaines LED s'allument et s'éteignent à une fréquence deux fois supérieure à celle du secteur, provoquant des malaises chez certaines personnes, et pouvant être trompeuses avec les machines rotatives en raison des effets stroboscopiques . Ces préoccupations peuvent être résolues par l'utilisation d'un éclairage approprié, plutôt que par une simple préoccupation de coût.

Les LED UV ont connu une croissance rapide ces dernières années car elles peuvent être réglées pour émettre des longueurs d'onde de lumière spécifiques. Contrairement aux lampes à décharge de gaz ou aux lampes fluorescentes, qui sont limitées par leurs matériaux, les longueurs d'onde des LED sont déterminées par la largeur de la bande interdite. Pour la production de vitamine D, les lampes LED sont meilleures car les lampes traditionnelles ne peuvent pas produire la longueur d'onde exacte de 293 nanomètres nécessaire pour augmenter les niveaux de vitamine D. Les lampes UVB à 293 nanomètres sont plus efficaces que les autres lampes UVB (comme les types 312 nanomètres ou à large bande) car elles fournissent suffisamment de lumière UVB pour la vitamine D sans provoquer de rougeurs cutanées, même à des doses plus faibles.

Voir Efficacité lumineuse pour un tableau d'efficacité comparant différentes technologies.

Comparaison des prix pour une ampoule à incandescence équivalente de 60 watts (prix de l'électricité résidentielle aux États-Unis)

	DIRIGÉ					LCF	Halogène	Incandescent [
	Philips ultra efficace (2023)	EcoSmart clair (2018)	V-TAC (2018)	Philips (2017)	Cri (2019)
Prix ​​d'achat	7,19 $	3,29 $	1,79 $	2,54 $	3,93 $	1,54 $	1,17 $	0,41 $
Watts	4	6.5	9	8.5	9.5	14	43	60
lumens (moyenne)	840	800	806	800	815	775	750	860
lumens/watt	210	123.1	89,6	94.1	85,8	55,4	17.4	14.3
Température de couleur Kelvin	3000	2700	2700	2700	2700	2700	2920	2700
CRI	80	80	80+	80	85	82	100	100
Durée de vie (heures)	50 000	15 000	20 000	10 000	25 000	10 000	1 000	1 000
Durée de vie de l'ampoule (années) à 6 heures/jour	22,8	6.8	9.1	4.6	11.4	4.6	0,46	0,46
Coût de l'énergie sur 20 ans à 16,1 cents/kWh	28 $	46 $	63 $	60 $	67 $	99 $	303 $	423 $
Coût des ampoules sur 20 ans	7 $	10 $	5 $	13 $	8 $	8 $	51 $	18 $
Coût total sur 20 ans	35 $	56 $	69 $	73 $	75 $	106 $	355 $	441 $
Coût total pour 860 lumens	36 $	60 $	73 $	78 $	79 $	118 $	407 $	441 $
Comparaison basée sur 6 heures d'utilisation par jour (43 800 heures sur 20 ans)

Conformément à la longue durée de vie revendiquée pour les lampes LED, des garanties de longue durée sont offertes. Cependant, il n'existe actuellement aucune procédure de test normalisée établie par le ministère de l'Énergie des États-Unis pour prouver ces affirmations de chaque fabricant. Une lampe LED domestique typique est censée avoir une « durée de vie moyenne » de 15 000 heures (15 ans à raison de 3 heures par jour) et supporter 50 000 cycles de commutation.

Les lampes à incandescence et halogènes ont naturellement un facteur de puissance de 1, mais les lampes fluorescentes compactes et les lampes LED utilisent des redresseurs d'entrée , ce qui entraîne des facteurs de puissance plus faibles. Les facteurs de puissance faibles peuvent entraîner des suppléments pour les utilisateurs d'énergie commerciaux ; les lampes CFL et LED sont disponibles avec des circuits de commande pour fournir n'importe quel facteur de puissance souhaité, ou une correction du facteur de puissance à l'échelle du site peut être effectuée. Les normes de l'UE exigent un facteur de puissance supérieur à 0,4 pour les lampes de puissance comprise entre 2 et 5 watts, supérieur à 0,5 pour les lampes de puissance comprise entre 5 et 25 watts et supérieur à 0,9 pour les lampes de puissance supérieure.

Energy Star est une norme internationale pour les produits de consommation économes en énergie . Les appareils portant la marque de service Energy Star consomment généralement 20 à 30 % d'énergie de moins que ce que requièrent les normes américaines.

Qualifications des LED Energy Star :

• Réduit les coûts énergétiques – consomme au moins 75 % moins d’énergie que l’éclairage à incandescence , ce qui permet d’économiser sur les dépenses d’exploitation.
• Réduit les coûts d’entretien – dure 35 à 50 fois plus longtemps que l’éclairage à incandescence et environ 2 à 5 fois plus longtemps que l’éclairage fluorescent. Pas de remplacement de lampe, pas d’échelle, pas de programme d’élimination permanent.
• Réduit les coûts de refroidissement – ​​les LED produisent très peu de chaleur.
• Est garanti – est accompagné d’une garantie minimale de trois ans – bien au-delà de la norme de l’industrie.
• Offre des fonctionnalités pratiques – disponible avec gradation sur certains modèles d’intérieur et arrêt automatique de la lumière du jour et capteurs de mouvement sur certains modèles d’extérieur.
• Il est durable – ne se cassera pas comme une ampoule en verre.

Pour obtenir la certification Energy Star, les produits d'éclairage LED doivent passer une variété de tests pour prouver que les produits présenteront les caractéristiques suivantes :

• La luminosité est égale ou supérieure aux technologies d’éclairage existantes (incandescentes ou fluorescentes) et la lumière est bien répartie sur la zone éclairée par le luminaire.
• Le rendement lumineux reste constant dans le temps, ne diminuant que vers la fin de la durée de vie nominale (au moins 35 000 heures ou 12 ans sur la base d'une utilisation de 8 heures par jour).
• Excellente qualité de couleur. La teinte de la lumière blanche apparaît claire et constante dans le temps.
• L’efficacité est aussi bonne, voire meilleure, que celle de l’éclairage fluorescent.
• La lumière s'allume instantanément dès qu'elle est allumée.
• Pas de scintillement lorsque l'intensité est atténuée.
• Aucune consommation électrique en mode arrêt. L'appareil ne consomme pas d'énergie lorsqu'il est éteint, à l'exception des commandes externes, dont la puissance ne doit pas dépasser 0,5 W en mode arrêt.
• Facteur de puissance d’au moins 0,7 pour toutes les lampes de 5 W ou plus.

Les émetteurs LED sont par nature adaptés à la gradation, car ils peuvent fonctionner sur une large gamme de courants sans changement significatif de couleur. Cependant, les circuits des lampes LED doivent être explicitement conçus pour être gradables et compatibles avec des types particuliers de variateurs. Dans le cas contraire, la lampe et/ou le variateur risquent d'être endommagés.

Le rendu des couleurs n'est pas identique à celui des lampes à incandescence, qui émettent un rayonnement proche du corps noir parfait , comme le fait le soleil. Une unité de mesure appelée IRC est utilisée pour enregistrer le rendu d'une source lumineuse sur huit échantillons de couleurs, sur une échelle de 0 à 100. Les LED avec un IRC inférieur à 75 ne sont pas recommandées pour l'éclairage intérieur.

Les lampes LED mal conçues peuvent scintiller. L'effet peut être observé sur une vidéo au ralenti d'une telle lampe. L'ampleur du scintillement dépend de la qualité de l'alimentation CC intégrée à la structure de la lampe, généralement située dans la base de la lampe. Des expositions prolongées à une lumière vacillante contribuent aux maux de tête et à la fatigue oculaire.

La durée de vie des LED en fonction du maintien du flux lumineux diminue à des températures plus élevées. La gestion thermique des LED haute puissance est un facteur important dans la conception des équipements d'éclairage à semi-conducteurs. Les lampes LED sont sensibles à la chaleur excessive, comme la plupart des composants électroniques à semi-conducteurs . De plus, la présence de composés organiques volatils incompatibles peut altérer les performances et réduire la durée de vie. La longue durée de vie des LED, qui devrait être environ 50 fois supérieure à celle des lampes à incandescence les plus courantes et nettement plus longue que celle des types fluorescents, est avantageuse pour les utilisateurs mais affectera les fabricants car elle réduira le marché des remplacements dans un avenir lointain.

Le rythme circadien humain peut être affecté par les sources lumineuses. température de couleur effective de la lumière du jour est d'environ 5 700 K (blanc bleuté) tandis que les lampes au tungstène sont d'environ 2 700 K (jaune). Les personnes souffrant de troubles du sommeil liés au rythme circadien sont parfois traitées par luminothérapie (exposition à une lumière blanche bleutée intense pendant la journée) et par thérapie dans l'obscurité (port de lunettes teintées d'ambre la nuit pour réduire la lumière bleutée).

Certaines organisations recommandent de ne pas utiliser de lampes blanc bleuté la nuit. L'American Medical Association s'oppose à l'utilisation de LED blanc bleuté pour l'éclairage public municipal. Des recherches suggèrent que le passage à l'éclairage public à LED attire 48 % d'insectes volants de plus que les lampes HPS , ce qui pourrait avoir des impacts écologiques directs ainsi que des impacts indirects tels qu'attirer davantage de spongieuses dans les zones portuaires.