LED est l’abréviation de l’anglais Light-Emitting Diode, en français diode électroluminescente (on écrit parfois DEL). C’est un petit composant électronique qui produit de la lumière lorsqu’un courant le traverse. En quelques années, la LED a remplacé presque toutes les autres technologies d’éclairage. Voici comment elle fonctionne.
En bref :
- Une LED est un semi-conducteur : la lumière naît de la rencontre d’électrons et de « trous » dans un cristal.
- Sa couleur dépend du matériau du cristal. La LED blanche est en réalité une LED bleue recouverte d’un luminophore jaune.
- Elle ne fonctionne que dans un sens et a besoin d’un courant limité.
- Elle est 6 à 15 fois plus efficace qu’une ampoule à incandescence.
Définition : une diode qui émet de la lumière
Une diode est un composant qui laisse passer le courant dans un seul sens. Elle a deux bornes : l’anode (+) et la cathode (−). Une diode électroluminescente a une particularité : quand le courant la traverse dans le bon sens, elle émet de la lumière. Branchée à l’envers, elle reste éteinte. Voir la polarité des LED.
Comment une LED produit de la lumière
Le cœur d’une LED est une minuscule puce de cristal semi-conducteur, de quelques dixièmes de millimètre, formée de deux couches :
- une couche N, avec un excès d’électrons ;
- une couche P, avec un manque d’électrons (des « trous »).
À la jonction des deux, quand on applique une tension, les électrons traversent et viennent combler les trous. À chaque rencontre, l’électron perd de l’énergie, qu’il libère sous forme d’un photon, c’est-à-dire d’une particule de lumière. C’est l’électroluminescence.
Contrairement à une ampoule à incandescence, qui chauffe un filament jusqu’à ce qu’il brille, la LED produit de la lumière « à froid ». C’est pourquoi elle gaspille beaucoup moins d’énergie en chaleur.
D’où vient la couleur d’une LED ?
La couleur de la lumière dépend de l’énergie libérée à chaque rencontre, donc du matériau du cristal :
| Matériau | Couleur |
|---|---|
| Arséniure de gallium (GaAs) | Infrarouge (télécommandes) |
| Phosphure d’aluminium-gallium-indium (AlGaInP) | Rouge, orange, ambre, jaune |
| Nitrure d’indium-gallium (InGaN) | Vert, bleu, violet |
| Nitrure d’aluminium-gallium (AlGaN) | Ultraviolet |
Une LED émet une lumière d’une couleur assez pure, sur une bande étroite de longueurs d’onde. Voir la lumière LED est-elle monochrome ?
Et la LED blanche ?
Il n’existe pas de cristal qui émette directement du blanc. Les LED blanches d’éclairage sont des LED bleues recouvertes d’une couche de luminophore (souvent à base de grenat d’yttrium dopé au cérium). Celui-ci absorbe une partie du bleu et réémet du jaune ; le mélange donne du blanc. Plus la couche de luminophore est épaisse et riche en rouge, plus le blanc est chaud. C’est ce qui fixe la température de couleur et l’indice de rendu des couleurs.
Une autre méthode consiste à mélanger des LED rouges, vertes et bleues (RGB), comme dans les rubans et ampoules de couleur.
De quoi est faite une LED ?
- La puce semi-conductrice, posée sur un support.
- Des fils de liaison très fins (or ou cuivre) qui relient la puce aux bornes.
- Le luminophore (pour les LED blanches).
- Une enveloppe en résine époxy ou en silicone, qui protège la puce et forme une lentille.
- Un support thermique qui évacue la chaleur : c’est crucial, car une puce trop chaude perd en efficacité et en durée de vie.
Les principaux types de LED
- LED traversantes (3 ou 5 mm) : les petites LED à deux pattes des voyants et de l’électronique.
- LED CMS (SMD) : montées en surface, rectangulaires (2835, 3528, 5050, 5630…). On les trouve dans les ampoules et rubans. Voir SMD 3528 et 5050.
- LED COB (Chip On Board) : de nombreuses puces collées sur une même plaque, pour une source très puissante et homogène. Voir COB, SMD et microLED.
- LED de puissance : 1 à 10 W par puce, pour les projecteurs et lampes torches.
- LED à filament : puces alignées sur une fine tige transparente, pour imiter les ampoules anciennes.
Pourquoi les LED ont-elles besoin d’un driver ?
Une LED fonctionne en courant continu, sous quelques volts, et son courant doit être limité : une petite hausse de tension fait monter le courant très vite, ce qui peut la détruire. Dans une ampoule, un circuit appelé driver transforme le 230 V alternatif en courant continu régulé. Le fonctionnement d’une ampoule complète est détaillé dans comment fonctionnent les ampoules LED.
Un peu d’histoire
Le phénomène d’électroluminescence est observé dès 1907. Les premières LED rouges pratiques apparaissent en 1962. La LED bleue efficace, mise au point au début des années 1990, a rendu possible la LED blanche et l’éclairage LED tel que nous le connaissons ; ses inventeurs ont reçu le prix Nobel de physique en 2014.
Questions fréquentes
LED ou DEL ?
Les deux désignent la même chose. DEL (diode électroluminescente) est la forme française recommandée, surtout utilisée au Québec ; en France, on dit presque toujours LED.
Une LED chauffe-t-elle ?
Oui, mais beaucoup moins qu’une ampoule classique, et sa chaleur part vers l’arrière (le dissipateur) plutôt que dans le faisceau lumineux.
Une LED peut-elle griller ?
Oui, en cas de surintensité, de surchauffe ou de tension inverse trop forte. Dans une ampoule, c’est le plus souvent l’électronique qui lâche avant les puces.