Led: explications et applications

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  • Publié le : 9 avril 2011
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Verhelst

Romane

6GE

Travail de Physique 2h : Les LEDs

1. Comment fonctionne les LEDs ?

Une LED est une diode produisant de la lumière lorsqu’elle est traversée par le courant. Une diode est un composant électronique ne laissant circuler le courant électrique que dans un seul sens.

Composition d’une LED :

1a : anode. Se branche au + de l'alimentation
1c : cathode. Sebranche au - de l'alimentation

3 : lentille (boîtier coloré ou transparent)

4 : fil de bonding (semi conducteur)

5 : puce (émet la lumière)

6 : coupelle réflectrice (permet de diriger les rayons lumineux)

Pour faire fonctionner une LED, on a besoin d’une différence de potentiel U, d’où la présence d’une borne positive et d’une borne négative. Le courant va passer par l’anode et veut sediriger vers le cathode. Il va donc traverser le semi-conducteur, et avant cela, une puce.
Celle-ci est composée d’une couche excédante en électron et d’une en déficit d’électrons.
Sous l'effet de la différence de potentiel appliquée entre les deux couches, des électrons pénètrent dans la couche de type N (en excès). Cela correspond à combiner un trou et un électron. Cette combinaison estpossible si il y a émission d’énergie (l’énergie que possédait l’électron libre et qu’il doit céder) sous forme de photon. D’où l’émission de lumière.

Schéma d’une puce

4 : fil de bonding (semi-conducteur)

5p : couche de type P (en excès de trous c'est à dire en déficit d'électron)
5n : couche de type N (en excès d'électrons)
5a : couche active

6 : coupelle réflectrice

Pour obtenir unecouche en déficit d’électrons ou en excès d’électrons, on dope des cristaux. Ce dopage peut être physique ou chimique.

Dopage N

On incorpore un élément « donneur » d’électrons, plus précisément un élément pentavalent (qui possède 5 électrons sur sa couche périphérique). Ces derniers appartiennent au groupe V de la classification périodique des éléments. Sur ses quatre électrons, un va êtrelibre, et va avoir la possibilité de se déplacer dans le cristal. On dit que cette partie du cristal est porteuse de charges mobiles.

Dopage P

On incorpore un élément « accepteur ». Plus précisément un élément trivalent. Ces derniers appartiennent au groupe III de la classification périodique des éléments. Trois atomes participent à la structure cristalline et non quatre. Ces déficitsd’électrons créent ce qu’on appelle des « trous ». C’est à dire des lacunes en électrons. Ces « trous » se déplacent dans la couche P comme des particules de charge positive.

Les différentes sortes de LED

Les LEDs classiques n’émettent en général qu’une seule couleur (rouge ou verte de préférence) et il a fallu attendre le début des années 90 pour qu’apparaissent les premières LEDs Bleu et ouvrir lavoie à la lumière blanche. (Car la lumière blanche est composée de différentes couleurs, comme on peut le voir lorsqu’il y a un arc-en-ciel)
Aujourd’hui, il y a différents types de LED : LEDs CMS (LED classique mais miniaturisées pour les circuits électroniques)., LEDs blanches, LEDs de couleur, LEDs UV, LEDs de puissance, LEDs organiques ( =OLED, source de lumière étendue) , LEDs multicolores.Cela peut s’expliquer par le fait qu’il y a plusieurs puissances, formes, nombre de puces, tailles, spectres… entre les LEDs.

2. Avantage et inconvénients des LEDs
Inconvénients :
a) Eblouissement important de l'ordre de 1000 fois à celui rencontré avec les lumière normales
b) Déséquilibre spectral: tandis que la composante bleue du spectre est très importante, les radiationsprésentes entre le bleu et le jaune sont très peu présentes.
o La composante bleue, la plus énergétique agrave la dégénerescence maculaire liée à l'age (DMLA). C’est une maladie de la rétine, au fond de l'œil.
o La quasi absence de radiations de ~480nm peut perturber l'horloge biologique, celle-ci étant contrôlée d’ordinaire par les radiations proches de 480nm présentes dans la...
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