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L'ampoule à Led de 3M exploite la technologie des écrans plats

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Plus connu pour ses Post-it ou son rouleau adhésif, 3M commercialise sa première ampoule à Led. Comme chaque fabricant, la firme a mis au point une technologie particulière pour optimiser son rendement. Pour augmenter la luminosité, elle s'est inspirée de ses propres filtres à volets, ou encore du film polarisant que l'on utilise pour voir des images sur une télévision ou un écran d'ordinateur.

Coupe de l’ampoule à Led de 3M. Dans sa forme, l’ampoule reprend les caractéristiques d’un modèle standard à incandescence (Standard base fits Edison sockets et Standard A19/incandescent shape). L’électronique occupe une grande part à l’intérieur de l’ampoule (Efficient Electronics Driver). Les diodes sont placées tout autour de la base de l’ampoule, juste en dessous se trouve un système de guidage du rayon lumineux afin qu’il inonde toute la surface vitrée de l’ampoule pour produire plus de lumière. © 3M

Plus performantes, moins énergivores, plus design, les diodes électroluminescentes (Led), pourraient représenter les ¾ du marché de l'éclairage d'ici 2020. Avec leurs dimensions, réduites, et leurs qualités, les Led auront développé le sens de l'innovation chez les constructeurs. Alors qu'elles peuvent prendre de multiples apparences, pour la maison, elles savent se déguiser en ampoules classiques avec un rendu lumineux équivalent aux modèles à incandescence. Contrairement aux ampoules habituelles, côté technologies, chaque constructeur apporte ses particularités à ses produits. C'est notamment le cas de 3M, la société qui a créé le Scotch dans les années vingt, puis les Post-it. Moins connue pour ses technologies d'ampoules à Led, elle vend également des filtres pour écran d'ordinateur. Ils permettent de limiter l'angle de vision à 30° à gauche et à droite pour éviter les regards indiscrets.

C'est justement grâce son expérience pour filtres d’écrans que la compagnie a mis au point une technologie d'ampoule Led très particulière.

Augmenter la surface d'éclairage de la Led

Habituellement, les fabricants placent plusieurs Led qui diffusent leur lumière sur la face interne de l'ampoule en verre. Mais les Led se comportent comme des miniprojecteurs et l'angle de diffusion empêche la lumière d'inonder une grande partie de l'ampoule. La solution serait de les rapprocher afin de mélanger les faisceaux, mais ce n'est pas possible car les Led seraient trop proches et risqueraient de surchauffer, en outre, cela nécessiterait de multiplier le nombre de diodes, donc d'augmenter la consommation.

Avec ses filtres, 3M réoriente la surface du faisceau lumineux afin qu'il inonde quasiment la totalité de la surface de l'ampoule. Pour comprendre le procédé, il suffit d'imaginer un faisceau de lumière dont les rayons sont réorientés par un volet à persiennes. Cette technologie est semblable à celle employée pour les écrans à cristaux liquides rétroéclairés. Un filtre polarisant est collé sur la plaque LCD. Sans celui-ci on ne verrait que le système de rétroéclairage de l'écran. Avec ce système, il est possible de répandre la lumière sur 75 % de cette surface.

Sur le schéma de gauche on peut constater que le faisceau lumineux projeté par les deux Led n’est pas diffusé sur la totalité de la surface de l’ampoule (Active display). À droite, avec le système de guidage de faisceau inspiré de ses filtres pour écran, 3M réoriente la lumière afin qu’elle vienne inonder la quasi-totalité de la surface de l’ampoule. Bilan : autant de Led, autant de consommation électrique et davantage de lumière. © 3M

Réduire le dégagement thermique des Led

Cette ampoule est capable de produire une luminosité de 800 lumens soit l'équivalent d'une ampoule de 60 watts. Selon le constructeur, sa durée de vie s'élève à 27.500 heures. L'ampoule consomme 13,5 watts, cela signifie qu'elle produit 60 lumens par watt. Une valeur acceptable mais loin derrière un modèle conçu par Philips qui génère, par un procédé différent, 94 lumens par watt.

Autre point à noter, le dégagement thermique des Led. La diode emploie en effet seulement 20 % de l'énergie qu'elle assimile pour créer de la lumière, le reste est évacué sous la forme de chaleur. Et pourtant, les Led classiques chauffent très peu à l'unité. Mais lorsqu'elles sont assemblées pour constituer une puissance supérieure à 1 W, il faut prévoir une dissipation efficace de la chaleur afin de garantir une longue durée de vie à la diode. C'est un problème sur lequel les différents constructeurs planchent et offrent des solutions technologiques aussi différentes qu'originales. C'est notamment le cas de Switch Lighting, qui a mis au point une ampoule dont le refroidissement est assuré par du silicone liquide. GE, quant à lui, a décidé d'utiliser un système d'ailettes qui permettent de refroidir l'air dans l'ampoule.

Sur les schémas de l'ampoule de 3M on ne relève pas de radiateur mais on repère plusieurs fentes de refroidissement qui laissent la chaleur de s'échapper des composants internes. Avec cette conception, nul besoin d'employer le moindre morceau de métal pour constituer un radiateur à effet Peltier. L'ampoule, qui abrite un circuit électronique complexe, est bien loin de la lampe à incandescence...

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