Pour comprendre ce qu'est une LED, vous devez d'abord comprendre sa désignation généralement acceptée, représentée en anglais par LED. Traduit, cela signifie littéralement « émettre de petites LED ». D'un point de vue technique, ce sont des dispositifs semi-conducteurs qui convertissent le courant électrique en rayonnement lumineux visible. Ce produit le plus simple dans son apparence et sa conception diffère nettement des appareils d'éclairage typiques : lampes à incandescence et similaires.
Histoire d'origine
L'appareil et le principe de fonctionnement des émetteurs à LED sont plus faciles à comprendre si vous vous familiarisez avec le contexte de leur apparition. Pour la première fois ce produit émetteur est né en 1962 sous la forme d'une diode rouge monochrome. Malgré un certain nombre de lacunes, sa technologie de fabrication a été reconnue comme prometteuse. Une décennie après la présentation de l'échantillon rouge, les LED vertes et jaunes ont été présentées au grand public. En raison de leur faible recul, ces produits étaient principalement utilisés à l'intérieur de la maison comme indicateurs sur les panneaux avant des appareils électroménagers.
Au fil du temps, l'intensité de la lueur a été augmentée plusieurs fois et dans les années 90 du siècle dernier, il était possible de réaliser un échantillon avec un flux lumineux égal à 1 lumen. En 1993, l'ingénieur japonais S. Nakamura a créé la toute première diode bleue, caractérisée par un niveau de luminosité accru. À partir de ce moment, leurs développeurs ont appris à obtenir n'importe quelle couleur dans le spectre visible, y compris le blanc.
Grâce aux caractéristiques remarquables des produits LED, au fil du temps, ils sont devenus un concurrent sérieux des ampoules à incandescence familières à beaucoup.
Depuis 2005, l'industrie maîtrise la production de LED blanches avec un flux lumineux allant jusqu'à 100 lm et plus. De plus, ils ont appris à fabriquer des éléments d'éclairage avec différentes nuances de blanc ("chaud", "froid" et autres lueurs).
Le dispositif et le principe de formation de rayonnement
Pour comprendre le fonctionnement de la LED, vous devez tout d'abord prendre en compte un certain nombre de points concernant sa conception :
- la base de l'élément LED est un cristal semi-conducteur qui ne laisse passer le courant que dans un sens;
- le dispositif LED classique suppose la présence d'un substrat isolant ;
- le corps en verre de la diode protège de manière fiable le cristal des influences extérieures et constitue en même temps un élément de diffusion ;
- il y a deux contacts à l'arrière du boîtier, auxquels la LED est alimentée électriquement.
Pour augmenter la durée de vie du dispositif émetteur, l'espace entre la lentille diffusante et le cristal lui-même est rempli d'un composé de silicone transparent.
Dans la structure de certaines LED, un substrat en aluminium spécial est fourni, qui constitue la base de l'appareil et en élimine en même temps l'excès de chaleur.
Il est plus facile de comprendre le fonctionnement d'une LED en examinant une jonction semi-conductrice, que les professionnels appellent une jonction électron-trou. Son nom est associé à la nature différente des principaux porteurs dans la couche limite des deux structures. Dans un semi-conducteur, il y a un excès d'électrons à la frontière de contact, et dans le matériau adjacent, il y a des trous en excès.Dans le processus de fabrication d'une jonction semi-conductrice, ils pénètrent dans la couche adjacente, formant une barrière de potentiel qui empêche leur polarisation inverse. La valeur de la tension directe sur la LED pendant son fonctionnement dépend de la largeur de la jonction.
Lorsqu'un potentiel d'une polarité donnée et d'une valeur générée par une source de courant constant est appliqué à la diode, il est possible de déplacer la jonction dans le sens souhaité. Cela conduira à son ouverture et à l'apparition d'un contre-courant de particules de charges opposées. Lorsqu'ils entrent en collision, des quanta d'énergie lumineuse - des photons - sont émis dans les limites de la transition. En fonction du taux de répétition de ces impulsions, le rayonnement acquiert une certaine coloration de couleur.
Qu'est-ce qui détermine la couleur de la LED
Dans la fabrication des LED, différents types de matériaux semi-conducteurs sont utilisés, dont le choix détermine la nuance de couleur qu'ils émettent.
La capacité de distinguer la couleur est une propriété innée de l'œil humain, capable de capturer ses gradations avec une grande précision. Elle est inextricablement liée à la longueur d'onde du rayonnement quantique que les ondes électromagnétiques d'une certaine fréquence transportent avec elles. Dans ce cas, des impulsions lumineuses sont formées à la frontière de jonction semi-conductrice de la LED.
En étudiant les propriétés de divers semi-conducteurs à un stade précoce de leur étude, les scientifiques ont identifié des matériaux tels que le phosphure de gallium, ainsi que des composés ternaires AlGaAs et GaAsP. Lors de leur utilisation, il était possible d'obtenir un rayonnement rouge et jaune-vert. Aujourd'hui, afin d'obtenir diverses combinaisons de couleurs, des combinaisons plus complexes d'aluminium avec de l'indium et du gallium (AllnGaP) ou du nitrure d'indium-gallium (InGaN) sont utilisées. Ces semi-conducteurs sont capables de résister à des courants importants, ce qui permet d'en obtenir une efficacité lumineuse élevée.
Technique de mélange de couleurs
Les bandes de diodes modernes et les clusters modulaires LED sont capables de produire différentes nuances de la gamme lumineuse. Étant donné qu'une transition génère un rayonnement monochrome, un dispositif à puces multiples est nécessaire pour créer une lueur multicolore. Ce produit complexe fonctionne comme un écran d'ordinateur, sur lequel il est possible d'obtenir presque toutes les nuances (pour cela, un module RVB spécial est utilisé).
En utilisant ce principe de formation d'ombrage, il a été possible d'obtenir une lueur blanche, qui est largement utilisée dans les projecteurs à LED, par exemple. Pour ce faire, les trois couleurs d'origine ou de base ont été mélangées dans des proportions égales.
Il peut également être obtenu en combinant des structures de diodes de rayonnement ultraviolet ou bleu avec un revêtement de type phosphore jaune.
Caractéristiques de la fabrication de LED
Pour comprendre comment les LED sont fabriquées, vous devez vous familiariser avec les caractéristiques structurelles en termes de technologies utilisées dans la fabrication. Par conséquent, lors de l'examen des spécificités de leur production, les points suivants sont tout d'abord pris en compte:
- une méthode spécifique de formation de la couleur du rayonnement (matrice ou phosphore) ;
- pour combien de volts les LED sont conçues et à quelle valeur de courant elles résistent ;
- quelle technologie vous permet d'obtenir la meilleure qualité de lueur et est moins chère.
La fabrication de puces à l'aide d'un schéma matriciel coûtera plus cher au fabricant, ce qui est payant avec la haute qualité du rayonnement. Les inconvénients des luminophores comprennent un faible rendement lumineux, ainsi qu'une couleur pas entièrement pure du rayonnement. De plus, ils ont une vie professionnelle plus courte et sont plus susceptibles d'échouer.
Dans la fabrication de diodes indicatrices simples avec une tension continue de 2 à 4 volts, leur transition est calculée pour de petits courants (jusqu'à 50 mA). Pour créer des dispositifs d'éclairage à part entière et des circuits de pont LED, des dispositifs avec des taux de courant élevés (jusqu'à 1 ampère) seront nécessaires. Si dans un module les diodes sont connectées dans une chaîne série, la tension totale à leurs jonctions atteint 12 voire 24 volts.Lors de la fabrication des produits, le plus de chaque LED est marqué de manière particulière (une petite saillie est réalisée sur la jambe correspondante).
Applications et contrôle de l'éclat
En raison de la variété des modifications, les produits LED sont largement utilisés dans divers domaines :
- dans la fabrication de lampes à économie d'énergie installées dans un lustre typique, par exemple, ou dans une applique murale ordinaire;
- pour une utilisation en tant qu'illuminateurs dans des lanternes miniatures répandues, ainsi que dans des structures plus grandes telles que des "lampes de camping de camping" ;
- si nécessaire, éclairage décoratif des locaux sous forme de longs rubans de différentes couleurs.
Leur utilisation est due au degré de résistance de l'appareil aux facteurs climatiques, évalué par la classe de protection du produit. Selon la conception, ils sont utilisés uniquement à l'intérieur ou ils peuvent fonctionner dans des espaces ouverts (comme décoration pour les panneaux d'affichage ou la pluie LED, notamment).
Vous pouvez contrôler le niveau de luminosité d'une lampe ou d'un lustre ordinaire de différentes manières. Pour cela, des circuits électroniques spéciaux sont le plus souvent utilisés, qui permettent de moduler l'amplitude et d'autres paramètres des impulsions lumineuses. Pour la commodité de travailler avec des équipements ménagers, un tel module est fabriqué sous la forme d'un panneau de commande standard.
