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Les sources LED

Dans le dossier : LED

Ce chapitre est indispensable dans la mesure où il devient presque incontournable d’utiliser les luminaires équipées de LED. En effet, les performances des LED sont maintenant bien supérieures à celles de la fluorescence mais les coûts restent plus élevés, Les données ci-dessous sont prises dans les catalogues des plus grandes marques européennes.


La LED (Light Emitting Diode) est textuellement une « diode émettant de la lumière ». Elle est également appelée DEL (Diode électroluminescente) en français et SSL (Solid State Lighting) en anglais. Il s’agit d’un composant (opto) électronique qui, d’une part, ne laisse passer le courant électrique que dans un sens (définition de la diode) et d’autre part, émet de la lumière.

La LED a une histoire relativement récente par rapport aux autres sources d’éclairage : elle a commencé à se développer d’un point de vue industriel dans un premier temps dans la signalétique à partir des années 1970 et s’est vraiment diffusée dans l’éclairage général depuis les années 2000/2010. Quelques repères :

1907 : découverte du « curieux phénomène » par Henry Round
1962 : Nick Holonyak réalise une LED émettant dans le rouge
1991 : Shuji Nakamura développe la LED bleue qui permet de produire des LED blanches
Années 2000 : début de la production des LED de puissances
2013 : l’efficacité des LED commercialisées dépasse celle des meilleurs tubes fluorescents

Les LED fonctionnent suivant le principe de la luminescence et plus exactement de l’électroluminescence, puisque la lumière est émise suite au passage d’un courant électrique. Le principe est de produire un déficit d’électron dans une zone (matériau dopé p) et un excédent dans une autre (matériau dopé n) : à la jonction entre les deux matériaux, les « trous » d’électrons se recombinent avec les électrons et génèrent un photon.

 

Les LED émettent des ondes quasiment monochromatiques.
La nature des matériaux des semi-conducteurs conditionne la longueur d’onde émise donc la couleur de la LED

Détails de la composition d’une LED

Techniquement pour arriver à produire une LED, on utilise :

– Un semi-conducteur : il s’agit d’un matériau dont la conductivité électrique est comprise entre un conducteur et un isolant. Afin de produire d’une part une couche où les électrons sont en excédent et d’autre part une couche où les électrons sont déficitaires, les semi-conducteurs sont « dopés », c’est-à-dire que l’on augmente (resp. diminue) la densité des électrons en ajoutant des atomes ayant un peu plus (resp. moins) d’électrons en périphérie : il s’agit du dopage N (resp. du dopage P). La nature des matériaux utilisés conditionne l’énergie du photon émis, qui elle-même conduit à une longueur d’onde spécifique (quasiment monochromatique) et donc à une couleur donnée. Les matériaux couramment utilisés sont GaAlAS, AlGaInP, GaAsP, GaN ou InGaN.

– Un substrat est un matériau sur lequel est fabriqué le semi-conducteur dopé. Il doit posséder une très bonne conductivité thermique pour dissiper la chaleur émise par la recombinaison trous/électrons et avoir des propriétés cristallographiques très proches du semi-conducteur pour ne pas générer de défauts dans celui-ci qui entraînent une diminution de l’efficacité des LED. Les matériaux les plus utilisés sont le saphir (Al2O3), le carbure de silicium (SiC), le nitrure de gallium (GaN), le silicium (Si), le diamant ou le graphite.

– Une alimentation par fil d’or, microbille ou attache directe.
– Un boitier mécanique pour assembler le tout et évacuer la chaleur.
– Un luminophore pour permettre de produire de la lumière blanche. En effet, la lumière émise par la LED est monochromatique et il est nécessaire d’en transformer une partie pour couvrir le spectre visible. De manière générale en lumière blanche, la LED produit une lumière bleue et un élément en phosphore en transforme une partie en jaune : le spectre visible est ainsi couvert et la lumière produite par l’ensemble est blanche.

Les proportions respectives d’émission de bleu et de jaune permettent d’avoir un blanc plutôt froid ou plutôt chaud,

Spectres électromagnétiques

 

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