Diode électroluminescente

Les diodes électroluminescentes, aussi appelées DEL ou LED (en anglais pour Light Emitting Diode), sont des composants électroniques qui émettent de la lumière rouge, jaune, verte ou bleue quand un courant électrique les traverse. Mais il existe aussi des diodes électroluminescentes qui émettent dans l'infrarouge, par exemple pour les télécommandes, ou plus rarement dans l'ultraviolet.

Diodes électroluminescentes

Système de huit ponts de LED

Une diode électroluminescente n'émet de la lumière que dans une longueur d'onde et donc une couleur particulière. Toutefois, il existe des diodes électroluminescentes multicolores, mais elles sont constituées de 3 diodes électroluminescentes dans le même boitier. L'une émet de la lumière rouge, une autre de la verte et la dernière, de la lumière bleue. Elles ont en tout 4 fils au lieu de deux, ce qui permet de doser séparément la quantité de courant envoyée à chacune des 3 diodes électroluminescentes et donc de choisir la couleur qui sera obtenue.

C'est en 1962 que la première diode faisant de la lumière visible (rouge) fut inventée par Nick Holonyak Jr. et S. Bevacqua.

En tant que diodes, les diodes électroluminescentes ne laissent passer le courant que dans un sens.

Les diodes électroluminescentes peuvent être abimées quand un courant électrique trop fort les traverse. C'est pourquoi elle peuvent être utilisées avec une résistance qui réduit l'intensité du courant électrique.

Utilisations

La diode électroluminescente sert, par exemple, à signaler qu'un appareil électrique est en marche ou en veille.

Avec les progrès en quantité de lumière qu'elles sont capables d'émettre, elles sont de plus en plus utilisées pour produire de la lumière pour l'éclairage. Par rapport aux lampes à incandescence, elles produisent environ 8 fois plus de lumière pour la même quantité d'électricité consommée.

Principe de fonctionnement

Le fonctionnement de l'émission de lumière par une diode électroluminescente fait appel à des notions de physique compliquées.

Par rapport au courant électrique, il existe deux types principaux de matériaux :

• Les conducteurs comme les métaux, par exemple le cuivre ou le fer.
• Les isolants comme le plastique ou le verre.

Mais il existe des matériaux intermédiaires utilisés en électronique qui sont les semi-conducteurs.

Les atomes d'un conducteur électrique possède un électron (ou plusieurs) qui, en présence d'un champ électrique peut passer facilement d'un atome à l'autre. C'est ainsi que circule l'électricité. L'électron qui peut passer d'un atome à l'autre s'appelle un électron libre. Au contraire, les atomes d'un isolant électrique n'ont pas d'électrons libres.

Certains matériaux sont des mélanges de conducteurs et d'isolants. Par exemple l'eau pure ne laisse pas passer l'électricité, mais l'eau du robinet contient des sels minéraux qui la laisse passer. Ainsi, l'eau conduit un peu l'électricité, mais beaucoup moins qu'un métal.

Lorsqu'un matériau est conducteur de l'électricité, une tension électrique très faible (un millième de volt ou beaucoup moins) suffit pour que le courant passe. Par contre, un semi-conducteur se comporte dans les mêmes conditions comme un isolant. Il faut que la tension entre 2 éléments du semi-conducteur atteigne un certain seuil (de quelques dixièmes de volts à quelques volts) pour qu'il devienne conducteur.

Une diode est constituée de 2 matériaux semi-conducteurs, un qui a tendance à faire venir des électrons supplémentaires et l'autre qui a tendance à les repousser. Entre ces deux éléments, il y a une jonction et c'est à ce niveau qu'il faut un certain seuil de tension pour que le courant électrique passe, si la diode est branchée dans le bon sens.

Mais les électrons ne peuvent pas voyager comme ils veulent. La mécanique quantique nous apprend qu'ils ne peuvent pas être à n'importe quelle distance de noyaux d'atomes et que lorsqu'ils s'en éloignent, c'est d'une certaine quantité bien précise. En plus, un électron qui s'est éloigné de son atome cherchera à revenir à sa distance initiale. Pour s'éloigner de l'atome, l'électron emmagasine l'énergie fournie par le champ électrique. Lorsqu'il revient à sa position initiale dans l'atome, il restitue cette énergie sous le forme d'un photon dont la fréquence dépend de la différence entre les deux niveau d'énergie.

Dans le cas des diodes utilisées pour empêcher le courant de passer dans le mauvais sens, le seuil de tension à dépasser dans le semi-conducteur est de 0,2 volt pour une diode au germanium et de 0,7 volt pour une diode au silicium. La fréquence des photons émis correspond à celle d'un rayonnement électromagnétique infrarouge. La diode chauffe un peu, mais le plus souvent, cette chaleur n'est pas récupérée.

Au contraire, en utilisant d'autres matériaux, on construit des diodes pour laquelle le tension de seuil est comprise entre 1,7 volt et 3 volt. Dans ce cas, les photons sont émis à des fréquences qui correspondent à de la lumière visible. Plus le tension de seuil est élevée, plus on progresse du rouge vers le bleu. Ensuite, il faut construire la diode électroluminescente de manière à pouvoir récupérer cette lumière.

Voir aussi

• Le Tube Nixie, l'ancêtre de de la diode électroluminescentes.

Il existe un quiz sur Les diodes électroluminescentes.

Portail de l'électricité —  L'électricité, son histoire, son utilité, tout sur l'électricité.