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Informations sur la LED

Présentation

LED est l’acronyme anglais de “light-emitting diode” traduit en français par “diode électroluminescente” abrégé en DEL (nous utiliserons LED dans la suite du document). Une LED est un composant optoélectronique : un composant électronique qui émet ou interagit avec la lumière. Une LED est donc un composant électronique émettant de la lumière lorsqu’elle est parcourue par un courant, ce phénomène s’appelle l’électroluminescence.

Historique

C’est en 1907 que le chercheur Britannique H.J. Round découvrit le phénomène d’électroluminescence. En 1297, le Russe Oleg Vladimirovich Losev créa la première LED sans qu’aucune utilisation pratique n’en découle. En 1955, Rubin Braunstein découvrit le phénomène d’émission infrarouge par différents semi-conducteurs. Robert Biard and Gary Pittman déposèrent en 1961 le brevet de la diode électroluminescente infrarouge suite à la découverte d’émission de lumière infrarouge par un semi-conducteur (GaAs) lorsqu’il est traversé par un courant électrique. La première LED émettant de la lumière dans le spectre visible apparut en 1962, créée par Nick Holonyak Jr., elle émettait une lumière rouge et équipa dans un premier temps les équipements de laboratoires puis les calculateurs et se démocratisa dans les équipements domestiques (le plus souvent en temps que témoin de veille). Dans les années qui suivirent, les performances des LED furent améliorées et des LED de couleurs jaune et verte apparurent. La première LED bleue fut créée en 1971 mais était handicapée par un faible rendement et un coût de production élevé. Dans les années 90, apparurent les LED blanches grâce aux améliorations des caractéristiques des LED bleues. Les LED étaient alors en mesure de proposer un large spectre de couleur. Depuis, les efforts se portent sur l’amélioration des rendements.

Fonctionnement

Une LED est composée d’un élément semi-conducteur dopé avec des impuretés afin de créer une jonction PN. L’anode, constituant la zone P de la jonction, a subi un dopage de type P consistant à augmenter la densité en trous d’électron dans le semi-conducteur. La cathode, constituant la zone N de la jonction, a subi un dopage de type N consistant à augmenter la densité en électrons dans le semi-conducteur. Lorsque la jonction PN est parcourue par une tension positive (uniquement dans le sens P vers N), les trous d’électron (porteurs majoritaires positifs) de la zone P sont repoussés vers la jonction et les électrons (porteurs majoritaires négatifs) de la zone N sont attirés vers la jonction. A l’interface de ces 2 zones, soit les porteurs continuent leur trajet dans le semi-conducteur, soit ils se recombinent (un électron tombe dans un trou d’électron) en émettant un photon (visible dans le cas de la LED). Les différentes couleurs sont obtenues suivant le choix du semi-conducteur utilisé et le traitement appliqué.

Caractéristiques

Les LED peuvent être classées dans différentes catégories suivant les critères de comparaison : leur forme, leur

luminosité, la couleur de leur lumière. Ces caractéristiques définiront l’usage possible de ces LED.

Types

On retrouve couramment 2 types de LED :

  • DIP : se sont des LED rondes ou ovales, leur forme est due à leur enveloppe de résine d’époxy. Elles émettent une lumière d’une seule couleur, soit par le choix du semi-conducteur utilisé, soit par la teinte de leur enveloppe.
  • SMD : ils existent des LED de type SMD3528 et des LED de type SMD5050. Les SMD5050 proposent une intensité lumineuse accrue par rapport aux SMD3528 mais sont plus énergivores. Le choix sera déterminé par l’utilisation souhaitée.

 

Luminosité

Si l’on compare les LED en fonction de leur luminosité, on peut distinguer 2 catégories :

  • les LED de faible puissance ( < 1W ), ce sont les LED les plus courantes
  • les LED de puissance ( > 1W ), elles sont surtout utilisées dans l’éclairage afin de proposer des produits utilisant quelques LED à comparer avec les produits utilisant des LED de faible puissance mais en grande quantité.

 

Couleurs

La couleur de la lumière émise par une LED est déterminée par plusieurs facteurs :

  • traitement de la couche protectrice en résine d’époxy. Cette méthode est utilisée pour les LED DIP, elle consiste à utiliser un semi-conducteur émettant une lumière bleue ou UV et à appliquer une couche à base de luminophores (LED de couleur ou LED blanche)
  • choix du semi-conducteur : ces LED disposent d’une résine d’époxy transparente, la couleur est induite par la longueur d’onde du semi-conducteur choisi.

  On peut distinguer une autre catégorie de LED dites RGB (“Red-Green-Blue” ou RVB “Rouge-Vert-Bleu” en français). Ce sont des LED de type SMD concentrant plusieurs éléments primaires émettant chacun une couleur primaire. La combinaison de ces couleurs primaires permet selon leur intensité de produire une vaste gamme de couleurs. Les LED RGB peuvent aussi émettre une lumière blanche en associant les 3 couleurs primaires.

Utilisations

Les LED sont utilisées depuis longtemps en temps qu’émetteur infrarouge et témoin lumineux (généralement de couleur rouge). Les progrès réalisés depuis leur création ont permis d’accroître le spectre de couleurs disponibles, la puissance de la lumière émise et leur rendement. Leur taille de plus en plus réduite, leur consommation d’énergie faible et leur longue durée de vie font d’elles une source d’illumination incontournable. Elles sont utilisées dans un nombre de domaines toujours plus grand : balisage, signalétique, décoration, enseigne et éclairage …

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