Les faits de la lumière LED
Dans le domaine de l'électronique, une LED fait référence à un dispositif semi-conducteur qui émet de la lumière infrarouge ou visible lorsqu'il est alimenté par un courant électrique. L'application des écrans LED dans les appareils électroniques grand public a commencé en 1968, année où Hewlett-Packard (HP) a présenté le premier écran LED au monde.
Les lumières LED visibles sont utilisées dans une large gamme d'appareils électroniques : elles fonctionnent comme des voyants lumineux et des feux de freinage de voiture et sont également utilisées pour les affichages alphanumériques – allant même jusqu'aux -affiches en couleur sur les panneaux d'affichage et les panneaux. Quant aux LED infrarouges, elles sont utilisées dans les caméras à mise au point automatique et les télécommandes de télévision et servent également de sources lumineuses dans les systèmes de télécommunication à fibre optique-.
L'ampoule à incandescence, autrefois courante, mais désormais obsolète, produisait de la lumière par incandescence : un phénomène dans lequel un courant électrique chauffe un filament métallique, l'amenant à émettre des photons, les unités d'énergie fondamentales de la lumière. Aux États-Unis, les ampoules à incandescence ont commencé à être progressivement abandonnées en 2007 en vertu de la loi sur l'indépendance et la sécurité énergétiques. L'Union européenne (UE) a mis en place une interdiction totale à leur égard à partir de 2012, et en 2023, l'interdiction de la fabrication et de la vente d'ampoules à incandescence imposée par l'administration Biden est entrée en vigueur.
Les LED, en revanche, fonctionnent par électroluminescence : un processus dans lequel l'excitation électronique d'un matériau déclenche l'émission de photons. Le matériau le plus couramment utilisé dans les LED est l'arséniure de gallium, bien qu'il existe de nombreuses variantes de ce composé de base, telles que l'arséniure d'aluminium et de gallium et le phosphure d'aluminium et de gallium et d'indium. Ces composés appartiennent au groupe de semi-conducteurs « III-V », ce qui signifie qu'ils sont formés à partir d'éléments trouvés dans les colonnes III et V du tableau périodique. Ajuster la composition exacte du semi-conducteur peut modifier la longueur d’onde (et donc la couleur) de la lumière qu’il émet.Émission de LED généralementse situe soit dans la partie visible du spectre lumineux (c'est-à-dire des longueurs d'onde allant de 0,4 à 0,7 micromètres), soit dans la gamme du proche -infrarouge (avec des longueurs d'onde comprises entre 0,78 et 2,5 micromètres). La luminosité de la lumière perçue par une LED dépend de deux facteurs : la puissance de la
La LED émet et la sensibilité relative de l'œil à la longueur d'onde émise. La sensibilité maximale de l'œil se situe à 0,555 micromètres, une longueur d'onde située dans la région jaune -orange et verte.La plupart des LEDfonctionnent à une tension appliquée relativement faible, environ 2,0 volts, tandis que le courant varie en fonction de l'application, allant de quelques milliampères à plusieurs centaines de milliampères. Le terme « diode » fait référence à la structure à deux-terminaux de ce-dispositif électroluminescent. Par exemple, dans une lampe de poche, un fil à filament se connecte à une batterie via deux bornes : l’une (l’anode) portant une charge électrique négative et l’autre (la cathode) portant une charge positive.DansDans les LED – tout comme dans d'autres dispositifs semi-conducteurs, tels que les transistors – les « bornes » sont en fait deux matériaux semi-conducteurs avec des compositions et des propriétés électroniques différentes, réunis pour former une jonction. Dans un matériau (le semi-conducteur négatif ou de type n-), les porteurs de charge sont des électrons ; dans l'autre (le semi-conducteur positif, ou de type p-), les porteurs de charge sont des « trous » – des espaces laissés par l'absence d'électrons. Lorsqu'un champ électrique (fourni par une batterie, par exemple, lorsque la LED est allumée) agit sur la jonction, le courant peut circuler à travers la jonction p-n. Ce flux crée l’excitation électronique qui amène le matériau à émettre de la lumière.
Dans une structure LED standard,le dôme époxy transparent joue trois rôles clés : il agit comme un composant structurel pour maintenir le cadre de connexion ensemble, fonctionne comme une lentille pour focaliser la lumière et sert de comparateur d'indice de réfraction pour permettre à plus de lumière de s'échapper de la puce LED. La puce – mesurant généralement 250 × 250 × 250 micromètres – est montée à l'intérieur d'une coupelle réfléchissante formée dans la grille de connexion.
Des couches de matériaux spécifiques déterminentl'émission de la LEDcouleur : les couches GaP:N de type p-n- (phosphure de gallium additionné d'azote) produisent de la lumière verte ; Les couches p-n-GaAsP:N de type (phosphure d'arséniure de gallium additionné d'azote) émettent de la lumière orange et jaune, et les couches GaP:Zn,O de type p- (phosphure de gallium additionné de zinc et d'oxygène) génèrent de la lumière rouge.
Deux avancées majeures, développées dans les années 1990,capacités LED étendues : LED à base de phosphure d'aluminium-gallium-indium, qui émettent de la lumière efficacement sur le spectre vert à rouge-orange, et des LED émettant du bleu-en carbure de silicium ou en nitrure de gallium. Les LED bleues peuvent être regroupées avec d'autres LED pour créer toutes les couleurs, y compris le blanc, permettant ainsi des affichages mobiles en couleur -.
N'importe quelle LED peut servir de source de lumière pour les systèmes de transmission à fibre optique-à courte portée-, c'est-à-dire ceux qui couvrent des distances inférieures à 100 mètres (330 pieds). Cependant, pour les fibres optiques à longue portée-, les propriétés d'émission de la source lumineuse doivent s'aligner sur les caractéristiques de transmission de la fibre optique - et dans ce cas, l'infrarougeLes LED conviennent mieux que les LED à lumière visible-. Les fibres optiques en verre connaissent leurs pertes de transmission les plus faibles dans la région infrarouge, en particulier aux longueurs d'onde de 1,3 et 1,55 micromètres. Pour correspondre à ces propriétés, les LED sont fabriquées à partir de phosphure d'arséniure de gallium et d'indium déposé sur un substrat de phosphure d'indium. La composition exacte de ce matériau peut être ajustée pour garantirla LED émet de l'énergie avec précisionà 1,3 ou 1,55 micromètres.
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