Les LED gagnent rapidement en popularité. Elles éclairent déjà nos maisons, nos bureaux, nos espaces commerciaux et nos rues, mais savez-vous vraiment ce qu’est une LED? À long terme, elles coûtent dix fois moins cher que les autres types d’ampoules, réduisant ainsi les émissions de carbone et contribuant à une planète durable.
En termes simples, une diode électroluminescente (DEL) est un dispositif semi-conducteur qui émet de la lumière lorsqu’un courant électrique le traverse. La lumière est produite lorsque des particules conductrices de courant (appelées électrons et trous) se combinent dans le matériau semi-conducteur.
Étant donné que la lumière est générée dans le matériau semi-conducteur solide, les LED sont décrites comme des dispositifs à semi-conducteurs. Le terme d’éclairage à semi-conducteurs, qui comprend également les LED organiques (OLED), distingue cette technologie d’éclairage des autres sources qui utilisent des filaments chauffants (lampes halogènes à incandescence et tungstène) ou à décharge de gaz (lampes fluorescentes).
En quoi consiste la LED?
LED est l’acronyme de Light Emitting Diode .
Imaginez une puce minuscule composée de matériaux semi-conducteurs (généralement deux que nous appellerons «p» et «n») comme le silicium ou le sélénium. Des matériaux qui donneront à notre petit cube les propriétés électriques nécessaires pour émettre de la lumière.
Une diode LED peut également être comprise comme une valve électrique unidirectionnelle qui permet au courant de circuler dans une seule direction, entrant par l’anode et sortant par la cathode.
Environ la taille de votre pouce, une feuille de dés de 10 x 10 mm contient 4 000 dés, soigneusement coupés et utilisés comme pièces individuelles.
Un DIP (de l’anglais – Dual I n-Line P ackage) contient 9 matrices, un SMD (de l’ anglais – Surface Mounted Device) peut avoir 40 matrices, et le plus dense et le plus brillant, un COB (de l’anglais – C hip O n Board) aurait 342 dés .
C’est à l’intérieur de ce petit dé que la magie opère. Comme nous l’avons dit, formé de matériaux semi-conducteurs, il est mince comme du papier, et permet un flux d’électrons du négatif vers le positif dans la jonction pn (jonction de deux semi-conducteurs).
Ce matériau semi-conducteur est clé car il détermine la longueur d’onde du photon qui est émis lorsqu’un électron passe de l’état « excité » à l’état « neutre ». Et si vous vous souvenez de votre cours de chimie, cette longueur d’onde indique la couleur de la lumière visible qui est émise.
Avec l’image suivante, vous le verrez sûrement plus clairement:
Comment fonctionnent les lumières LED?
Comme nous l’avons dit précédemment, nos cubes sont constitués de deux matériaux semi-conducteurs p et n. Mais ces matériaux pyn ne sont pas dans leur état naturel mais ont été «altérés».
Comment les matériaux semi-conducteurs sont-ils modifiés?
Le matériau le plus utilisé pour créer des diodes électroluminescentes à LED sera le silicium, à partir duquel nous obtiendrons les matériaux p et n.
Le silicium sera introduit dans une substance d’atomes d’autres éléments tels que le bore avec moins d’électrons de valence (pour obtenir le type p – cathode) et le phosphore avec plus d’électrons de valence (pour le type n – anode).
Pourquoi modifie-t-on les caractéristiques du semi-conducteur d’origine?
Le but ultime est d’obtenir une jonction pn par une altération physique et chimique du matériau d’origine.
Nous aurons créé «une polarité» et quelques caractéristiques spécifiques nécessaires pour que lorsque le courant passe dans un seul sens (de l’anode vers la cathode) et que de la lumière soit émise.
Comment se forme une LED ?
Zoomons sur cette technologie fascinante pour découvrir ce qui se passe dans la fabrication d’une LED.
Les LED rouges et orange utilisent le système de matériaux Aluminium Indium Gallium Phosphore (AlInGaP). Les LED bleues, vertes et cyan utilisent le système de nitrure d’indium et de gallium (InGaN).
La matrice est ensuite attachée aux fils métalliques pour le contact. Un fil d’or est également utilisé pour joindre les fils ensemble.
Enfin, pour diriger le flux lumineux dans une direction, une lentille en silicone est ajoutée. Cet ensemble est scellé dans une coque en résine époxy qui amplifie la lumière et ajoute de la couleur.
Le corps extérieur de la LED dépend du type de lumière qu’elle est censée être. Le corps d’une ampoule LED standard sera en plastique, ce qui la rendra plus légère à manipuler et moins chère à l’achat. En plus de l’empêcher de se casser en cas de chute.
Les ampoules LED design sont fabriquées en verre pour mettre en valeur le design du filament à l’intérieur, ou pour les faire durer plus longtemps si l’ampoule fonctionne sur une puissance plus élevée.
Enfin, la LED est équipée de dissipateurs thermiques en aluminium pour la gestion de la chaleur, et le tout est monté sur une base en plastique isolante et froide au toucher.
Voir ici la différence entre les diodes laser et les LED.
