Un peu de théorie sur les LED

Une LED (Light Emitting Diodes ou Diode électroluminescente) est un composant optoélectronique qui est capable d’émettre de la lumière, lorsqu’il est traversé pour un courant électrique.

•          Les LED sont des composants majeurs du monde de l'électronique depuis de nombreuses années. Elles ont des dizaines de fonctions différentes et on les trouve dans toutes sortes d’applications. Par exemple on peut utiliser des led pour  former des chiffres sur une horloge numérique, transmettre des informations avec une télécommande, éclairer un objet ou indiquer si un appareil est resté en veille. Regroupées, elles peuvent former des images sur un écran de télévision ou éclairer des feux de circulation.

•          En fait, les LED sont simplement de minuscules ampoules qui n’occupent que très peu de place sur un circuit électronique. Contrairement aux ampoules à incandescence, elles n'ont pas de filament qui risque de griller. Elles éclairent uniquement grâce au mouvement des électrons contenus dans le matériau semi-conducteur qui les constitue et elles durent aussi longtemps qu'un transistor standard.

•          Pour les LED, le matériau conducteur généralement utilisé est l’AlGaAs (Aluminium-Gallium-Arséniure), et non le silicium. (voir tableau ci dessous pour les autres matériaux)

•          Pour rendre le matériau utilisé encore plus conducteur on va le doper, (c’est à dire ajouter des atomes supplémentaires pour modifier son équilibre). On fait cela soit en ajoutant des électrons libres (type N) soit en créant des trous dans lesquels les électrons vont pouvoir  entrer (type P). L'interaction entre les électrons et les trous produit un effet secondaire très intéressant : elle génère de la lumière.

•          En fait le mouvement des électrons libère des photons (les atomes de lumière les plus basiques).

•          Ce phénomène se produit dans n'importe quelle diode, mais les photons ne sont visible que lorsque la diode est composée de certain type de matériau.

•          Par exemple, dans une diode standard, les atomes sont disposés de façon  à obtenir une chute d'électron relativement courte. Il en résulte que la fréquence des photons est trop faible pour être visible à l'oeil nu : c'est la partie infrarouge du spectre lumineux.

•          Bien sûr, ce n'est pas forcément une mauvaise chose : les LED à infrarouge sont idéales, par exemples pour les télécommandes.

•          Les LED qui produisent de la lumière visibles sont fabriquées dans des matériaux caractérisés par un gap plus grand entre la bande de conduction et les orbitales inférieures. La taille du gap détermine la fréquence des photons. C’est ce qui défini la couleur de la lumière.

•          Il y a encore peu de temps, les LED étaient trop chères pour être utilisées dans des applications d'éclairage car elles étaient fabriquées avec des matériaux semi-conduteurs très couteux. Cependant, le prix de ces matériaux semi-conducteur a fortement chuté au cours des dix dernières années. Aujourd’hui les LED offrent une solution d'éclairage plus économique dans de très nombreuses situations. Bien qu'elles soient encore plus chères à l'achat qu‘un éclairage à incandescence, à long terme, elles devraient  s'avérer être le meilleur choix possible. Dans un futur proche, elles joueront certainement, un rôle encore plus important dans le monde de la technologie

La couleur de la lumière émise varie en fonction de la longueur d’onde et du matériau utilisé pour sa fabrication

Voici quelques colorations en fonction du semi-conducteur utilisé :

Au début des années 90, une découverte à permit de fabriquer la première LED bleue. La lumière bleue est à l'extrémité opposée du rouge dans le spectre de lumière visible. Ceci à ouvert la voie à la création de pratiquement n'importe quelle couleur du spectre. De plus, ce qui rend cette découverte encore plus important, c’est qu’elle a rendu techniquement possible la production de lumière blanche à partir d’un semi-conducteur.







Aujourd’hui la couleur définitive d’une LED peut être obtenu soit :

• coloration due à la longueur d’onde du semi-conducteur (capot transparent) ;
• coloration modifiée par le capot de la diode (émission bleue ou UV + revêtement à base de luminophores) ;
• coloration par plusieurs émissions de longueur d’onde différentes : les diodes électroluminescentes polychromatiques. Elles permettent notamment de proposer une vaste gamme de couleurs

LED de puissance:
Les LED de faible puissance (< 1 W) sont les plus connues du grand public car elles sont présentes dans notre quotidien depuis de nombreuses années.

Les LED de puissance (> 2 W) sont en plein essor et leurs applications sont de plus en plus connues du grand public : flash de téléphones portables, éclairage domestique, éclairage de spectacle, lampe de poche ou frontales... Le principe de fonctionnement est identique. Certaines différences significatives existent entre les deux familles, consacrées chacune à un champ d’application spécifique.

Les LED de puissance peuvent être utilisées pour construire des produits d'éclairage éconergétiques, réduire les coûts d'entretien et de rendre les objets beaucoup plus attrayant qu’avec un éclairage traditionnel.

Sources : Wikipedia, Cree, Farnell, Element-14