Comment fonctionne une led

Comment fonctionne une led ?

Les diodes électroluminescentes, communément appelées LED, sont de véritables héros méconnus dans le monde de l'électronique. Elles remplissent de nombreuses fonctions différentes dans toutes sortes d'appareils.

Elles forment les chiffres des horloges numériques, transmettent les informations des télécommandes, éclairent les montres et vous indiquent quand vos appareils sont allumés. Rassemblées, elles peuvent former des images sur un écran de télévision géant ou éclairer un feu de signalisation.

En fait, les LED ne sont que de minuscules ampoules qui s'intègrent facilement dans un circuit électrique. Mais contrairement aux ampoules à incandescence, elles n'ont pas de filament qui brûle, elles consomment moins d'électricité et elles ne deviennent pas particulièrement chaudes.

Elles sont éclairées uniquement par le mouvement des électrons dans un matériau semi-conducteur, et elles durent aussi longtemps qu'un transistor standard.

comment fonctionne une ampoule led

La durée de vie d'une LED dépasse de plusieurs milliers d'heures la courte durée de vie d'une ampoule à incandescence. En raison de ces avantages, les petites LED sont l'une des technologies les plus populaires utilisées pour éclairer les téléviseurs LCD.

Les LED présentent plusieurs avantages par rapport aux lampes à incandescence classiques, mais leur principal atout est l'efficacité. Dans les ampoules à incandescence, le processus de production de la lumière implique de générer beaucoup de chaleur (le filament doit être chauffé pour éclairer).

Cette énergie est complètement perdue, à moins que vous n'utilisiez la lampe comme chauffage, car une grande partie de l'électricité disponible ne sert pas à produire de la lumière visible.

Les LED génèrent très peu de chaleur, relativement parlant. Un pourcentage beaucoup plus élevé de l'énergie électrique sert directement à produire de la lumière, ce qui réduit considérablement les besoins en électricité.

comment fonctionne une ampoule à led

Par watt, les LED produisent plus de lumens (ou quantités de lumière visible) que les ampoules à incandescence ordinaires.

Les diodes électroluminescentes ont une efficacité lumineuse (efficacité avec laquelle l'électricité est convertie en lumière visible) supérieure à celle des ampoules à incandescence.

Une ampoule à incandescence de 60 watts peut générer entre 750 et 900 lumens, mais une ampoule à LED ne consomme que 6 à 8 watts. Et cette même ampoule LED peut durer 25 000 heures, alors que l'ampoule à incandescence de 60 watts n'est susceptible de s'allumer que pendant environ 1 200 heures.

En d'autres termes, une ampoule LED peut durer aussi longtemps que 21 ampoules à incandescence de 60 watts allumées consécutivement [source : EarthEasy].

comment fonctionne une guirlande led

Jusqu'à récemment, les LED étaient trop chères pour être utilisées dans la plupart des applications d'éclairage, car elles sont construites à partir de matériaux semi-conducteurs avancés.

Cependant, le prix des semi-conducteurs a chuté après l'an 2000, faisant des LED une option d'éclairage plus rentable pour un large éventail de situations. Bien qu'elles soient plus chères que les ampoules à incandescence au départ (environ 5 euros contre 1 euro pour les ampoules à incandescence), leur coût inférieur à long terme peut en faire un meilleur achat.

Plusieurs entreprises ont commencé à vendre des ampoules à DEL conçues pour concurrencer les ampoules à incandescence et les ampoules fluocompactes. Ces ampoules promettent une longue vie de lumière vive et une efficacité énergétique étonnante.

Dans cet article, nous allons examiner la technologie qui se cache derrière ces clignotants omniprésents, en mettant en lumière certains principes de l'électricité et de la lumière.

comment fonctionne une lampe led

Qu'est-ce qu'une diode ?

Une diode est la forme la plus simple de dispositif semi-conducteur. En gros, un semi-conducteur est un matériau dont la capacité à conduire le courant électrique varie.

La plupart des semi-conducteurs sont constitués d'un mauvais conducteur auquel on a ajouté des impuretés (atomes d'un autre matériau). Le processus d'ajout d'impuretés est appelé dopage. Dans le cas des LED, le matériau conducteur est généralement l'aluminium-gallium-arséniure (AlGaAs).

Dans l'aluminium-gallium-arséniure pur, tous les atomes se lient parfaitement avec leurs voisins, ne laissant aucun électron libre (particules chargées négativement) pour conduire le courant électrique.

Dans un matériau dopé, des atomes supplémentaires modifient l'équilibre, soit en ajoutant des électrons libres, soit en créant des trous où les électrons peuvent aller. L'une ou l'autre de ces modifications rend le matériau plus conducteur.

comment fonctionne une lampe led sans fil

Un semi-conducteur contenant des électrons supplémentaires est appelé matériau de type N, car il contient des particules supplémentaires chargées négativement.

Dans un matériau de type N, les électrons libres se déplacent d'une zone chargée négativement vers une zone chargée positivement. Un semi-conducteur avec des trous supplémentaires est appelé matériau de type P, car il possède effectivement des particules supplémentaires chargées positivement.

Les électrons peuvent sauter d'un trou à l'autre, passant d'une zone chargée négativement à une zone chargée positivement. Par conséquent, les trous eux-mêmes semblent se déplacer d'une zone chargée positivement vers une zone chargée négativement.

Une diode est constituée d'une section de matériau de type N liée à une section de matériau de type P, avec des électrodes à chaque extrémité. Cet arrangement conduit l'électricité dans une seule direction.

comment fonctionne une led multicolore

Lorsqu'aucune tension n'est appliquée à la diode, les électrons du matériau de type N remplissent les trous du matériau de type P le long de la jonction entre les couches, formant ainsi une zone de déplétion.

Dans une zone de déplétion, le matériau semi-conducteur retrouve son état isolant d'origine : tous les trous sont remplis, il n'y a donc pas d'électrons libres ou d'espaces vides pour les électrons, et l'électricité ne peut pas circuler.

Pour supprimer la zone de déplétion, il faut que les électrons se déplacent de la zone de type N vers la zone de type P et que les trous se déplacent dans le sens inverse. Pour ce faire, il faut connecter le côté de type N de la diode à l'extrémité négative d'un circuit et le côté de type P à l'extrémité positive.

Les électrons libres du matériau de type N sont repoussés par l'électrode négative et attirés vers l'électrode positive. Les trous dans le matériau de type P se déplacent dans l'autre sens.

comment fonctionne une led

Lorsque la différence de tension entre les électrodes est suffisamment élevée, les électrons de la zone de déplétion sont expulsés de leurs trous et recommencent à se déplacer librement. La zone d'appauvrissement disparaît et la charge se déplace à travers la diode.

Si vous essayez de faire passer le courant dans l'autre sens, avec le côté de type P connecté à l'extrémité négative du circuit et le côté de type N connecté à l'extrémité positive, le courant ne passera pas. Les électrons négatifs du matériau de type N sont attirés par l'électrode positive.

Les trous positifs du matériau de type P sont attirés par l'électrode négative. Aucun courant ne circule à travers la jonction car les trous et les électrons se déplacent chacun dans la mauvaise direction.

faut il un ballast pour une lampe led

Comment une diode peut-elle produire de la lumière ?

La lumière est une forme d'énergie qui peut être libérée par un atome. Elle est constituée de nombreux petits paquets de particules qui ont de l'énergie et de la vitesse, mais pas de masse.

Ces particules, appelées photons, sont les unités les plus fondamentales de la lumière. Les photons sont libérés à la suite du déplacement des électrons. Dans un atome, les électrons se déplacent en orbite autour du noyau.

Les électrons situés sur des orbites différentes ont une énergie différente. En général, les électrons les plus énergétiques se déplacent dans des orbites plus éloignées du noyau.

Pour qu'un électron passe d'une orbitale inférieure à une orbitale supérieure, il faut que quelque chose augmente son niveau d'énergie. Inversement, un électron libère de l'énergie lorsqu'il passe d'une orbitale supérieure à une orbitale inférieure.

faut-il un transformateur pour spot led

Cette énergie est libérée sous la forme d'un photon. Une chute d'énergie plus importante libère un photon de plus haute énergie, qui se caractérise par une fréquence plus élevée.

Comme nous l'avons vu précédemment, les électrons libres qui se déplacent à travers une diode peuvent tomber dans les trous vides de la couche de type P. Cela implique une chute de la couche de conduction à la couche de type P.

Cela implique une chute de la bande de conduction vers une orbitale inférieure, de sorte que les électrons libèrent de l'énergie sous forme de photons. Cela se produit dans n'importe quelle diode, mais vous ne pouvez voir les photons que lorsque la diode est composée d'un certain matériau.

Les atomes d'une diode en silicium standard, par exemple, sont disposés de telle sorte que l'électron tombe sur une distance relativement courte. En conséquence, la fréquence du photon est si basse qu'elle est invisible pour l'œil humain, elle se situe dans la partie infrarouge du spectre lumineux.

faut il un transformateur pour spot led

Ce n'est pas nécessairement une mauvaise chose, bien sûr : Les LED infrarouges sont idéales pour les télécommandes, entre autres. Les diodes électroluminescentes visibles (VLED), telles que celles qui éclairent les chiffres d'une horloge numérique, sont fabriquées à partir de matériaux caractérisés par un écart plus important entre la bande de conduction et les orbitales inférieures.

La taille de l'écart détermine la fréquence du photon; en d'autres termes, elle détermine la couleur de la lumière. Si les LED sont utilisées dans tous les domaines, des télécommandes aux écrans numériques des appareils électroniques, les LED visibles sont populaires grâce à leur longue durée de vie et à leur taille miniature.

Selon les matériaux utilisés dans les LED, elles peuvent être construites pour briller dans l'infrarouge, l'ultraviolet et toutes les couleurs du spectre visible. Si toutes les diodes émettent de la lumière, la plupart ne le font pas de manière très efficace.

comment changer une ampoule led intégrée

Dans une diode ordinaire, le matériau semi-conducteur lui-même finit par absorber une grande partie de l'énergie lumineuse. Les LED sont spécialement conçues pour libérer un grand nombre de photons vers l'extérieur. De plus, elles sont logées dans une ampoule en plastique qui concentre la lumière dans une direction particulière.

La plupart de la lumière provenant de la diode rebondit sur les côtés de l'ampoule, puis passe par l'extrémité arrondie. Ampoules à DEL par rapport aux LFC et aux ampoules à incandescence.

Depuis des décennies, les ampoules à incandescence de 100 watts éclairent les couloirs et les chambres à coucher ; les ampoules à incandescence de 60 watts diffusent une lumière plus douce dans les lampes de lecture et les placards.

Mais les lampes à incandescence sont inefficaces, gaspillent beaucoup d'énergie sous forme de chaleur et ont une durée de vie plus courte que les lampes fluorescentes.

comment nettoyer un écran led

Pourquoi choisir une LDC ?

Récemment, les ampoules fluorescentes compactes (LFC), plus efficaces, sont devenues des alternatives populaires. Alors que les lampes à incandescence durent en moyenne 1 200 heures, les LFC peuvent durer 10 000 heures [source : EarthEasy].

Malheureusement, les LFC contiennent du mercure toxique qui les rend potentiellement dangereuses et difficiles à éliminer. L'ampoule à DEL fait son apparition. Les LED offrent les avantages des LFC : une consommation d'énergie plus faible et une durée de vie plus longue sans l'inconvénient du mercure toxique [source : Scheer and Moss].

Par exemple, une ampoule à incandescence de 60 watts consomme plus de 150 dollars d'électricité par an et fournit environ 800 lumens de lumière ; une ampoule fluorescente compacte équivalente consomme moins de 15 watts et ne coûte qu'environ 35 dollars d'électricité par an.

peut on mettre une ampoule led plus puissante

Les ampoules LED sont encore meilleures, elles consomment environ 8,5 watts d'électricité, coûtent environ 21 dollars par an et durent 25 000 heures ou plus [source : EarthEasy]. Une année entière ne compte que 8 760 heures.

Imaginez la durée de vie d'une ampoule LED dans un foyer moyen ! Les LED semblent donc très intéressantes et elles le sont mais il y a des raisons pour lesquelles les ampoules à incandescence et les ampoules fluorescentes compactes existent toujours.

quelle puissance led pour éclairage extérieur

Pourquoi choisir une ampoule LED ?

La principale raison est le prix : les ampoules LED coûtent plus cher que les autres options, même si les prix des ampoules LED ont baissé ces dernières années.

Cependant, leur durée de vie plus longue et leur consommation d'énergie considérablement réduite compensent la barrière d'entrée plus élevée. Outre l'obstacle du coût élevé, les LED sont vulnérables aux températures élevées.

Si les circuits des LED deviennent trop chauds, davantage de courant passera par la jonction mentionnée plus haut dans cet article. Lorsque la jonction devient trop chaude, l'ampoule s'éteint [source : LEDs Magazine].

Et même si les LED ne contiennent pas de mercure (contrairement aux ampoules fluocompactes), elles peuvent contenir d'autres éléments dangereux comme le plomb ou l'arsenic [source : Scheer et Moss]. En outre, une étude a révélé que la pollution lumineuse augmentait avec l'utilisation d'ampoules LED [source : Brady].

combien de spot led au m2

Certaines personnes préfèrent également l'aspect de la lumière incandescente, estimant qu'elle est plus chaude que les ampoules fluocompactes à l'aspect jaunâtre et que la luminosité bleutée des LED.

La différence entre les types d'éclairage peut demander un certain ajustement, mais les LED sont également disponibles dans une variété de teintes.

Les LED peuvent être réglées (contrairement aux LFC) et sont parfaites pour favoriser la croissance des plantes, car elles diffusent efficacement des tonnes de lumière sans produire de chaleur qui pourrait être nuisible aux plantes.

comment installer des led

Alors que les LFC et les ampoules à incandescence sont limitées à la couleur de leur boîtier, certaines ampoules LED peuvent être modifiées pour émettre des millions de couleurs.

Ces ampoules sont généralement plus chères que leurs homologues à LED blanches, mais elles peuvent être programmées pour changer de couleur en fonction de l'heure de la journée, ce qui permet aux gens de mieux contrôler leur environnement.


Laissez un commentaire

Veuillez noter que les commentaires doivent être approvés avant d'être affichés