Principe de la technologie LED

Une LED (Light Emitting Diode) est ce que l’on appelle en français une DEL : une diode électro-luminescente.

il permet d’obtenir de la lumière avec un très très bon rendement; la majeure partie de l’énergie que vous allez mettre dans la LED sera convertie en lumière. C’est très loin d’être le cas pour les ampoules à incandescence, qui produisent surtout de la chaleur. Bref, c’est sans doute un mode d’éclairage qui a de l’avenir grâce à ses caractéristiques économiques.

Dans un semi-conducteur, la conduction du courant peut se faire soit par des électrons ( comme dans métal ) soit, par des trous. Quand un électron quitte sa place pour aller se balader, il laisse un trou. Un électron, voisin de ce trou, peut venir le combler. Mais il es lais un autre de trou, juste à coté, Autrement dit : le trou s’est déplacé. Jusque la, rien de compliqué ;), Ensuite, si vous poussez les électrons dans un sens, grâce à un champ électrique (mettons, vers la droite), alors les électrons vont volontiers : s’il sont libres, se déplacer, s’ils sont à la gauche d’un trou, le combler. Donc les trous vont se déplacer vers la gauche.

* Pour résumer, quand il y a une place parmi les électrons, ceux-ci peuvent se déplacer pour prendre la place de l’électron qui manque. On peut voir ça en disant qu’en fait, c’est le trou qui se déplace.

Au final, le courant électrique est bien un courant d’électrons, mais on peut voir les trous comme des “porteurs de charge”. Si un trou bouge, en fait des électrons bougent de proche en proche, donc il y a conduction de courant.

Une LED (diode électro-luminescente) est une jonction entre deux moitiés de semi-conducteur. Dans une moitié, il n’y a presque que des trous. On dit que cette moitié est dopée P (pour positif, parce que les trous sont comme un charge positive). Dans l’autre moitié, dopée N, il y a plein d’électrons libres. Bref, les deux moitiés prises séparément, sont conductrices. Mettons que la moitié pleine d’électrons soit à droite.

Si on cherche à faire aller les électrons de la gauche vers la droite, les électrons de la moitié droite seront attirés vers la droite dans le circuit, tandis que des électrons arriveront par la gauche pour combler les trous. Pour que le courant passe, il faudrait que les électrons aillent vers la gauche et les trous vers la droite. Mais la jonction entre le milieu dopé N et le milieu dopé P, signifie qu’il faudrait en permanence créer des trous et des électrons, Or, pour y arriver, il faudrait fournir de l’énergie pour sortir des électrons de leur place et créer un trou et un électron. En pratique, cela ne se fait pas, donc le courant ne passerait pas.

Si maintenant, on fait aller les électrons vers la gauche. A gauche, on arrache des électrons au semi-conducteur et cela laissera un trou. Cette opération se fait sans qu’on ait besoin d’énergie. A droite, on amène des électrons. Du coup, les trous vont maintenant vers la droite à la rencontre des électrons. Quand ils se trouvent, les électrons remplissent les trous, ce qui se fait très bien à condition que les électrons puissent se débarrasser de l’énergie qu’ils ont parce qu’ils sont libres. Et ils peuvent le faire en émettant de la lumière (d’une couleur qui dépend du semi-conducteur).

C’est donc ainsi que fonctionnent les LED; la recombinaison des électrons avec les trous fait qu’ils sont obligés d’évacuer de l’énergie sous la forme de lumière. Vous savez maintenant aussi pourquoi les LED sont des diodes; elles ne laissent passer le courant que dans un sens ! Et c’est quand le courant passe effectivement que les LED émettent de la lumière.

Pour résumer, dans la lampe LED il n’y a pas de filaments dans l’ampoule, mais des couches de matériaux semi-conducteurs, nitrure d’aluminium et phosphorure de gallium, qui n’opposent aucune résistance au courant et n’entraînent donc pas de perte d’énergie. Un courant électrique traverse les couches semi-conductrices, les électrons en surnombre rencontrent des atomes chargés positivement, ce qui dégage de l’énergie sous forme de lumière.

Un petit calcul étonnant :

Les ampoules électroluminescentes (LED) peuvent fonctionner 100 000 heures de plus qu’une ampoule à filament ordinaire. Les LED ont un rendement bien supérieur aux ampoules traditionnelles. Des économistes ont calculé que si la moitié des ampoules utilisées par les Américains étaient remplacées par des LED, on pourrait fermer 24 centrales électriques ! Aux USA, on prévoit de remplacer tous les feux de signalisation par des LED, de quoi économiser 1000 euros par carrefour par an.