La diode LED LED = Light Emitting Diode, diode électroluminescente DEL = Diode Electroluminescente HB-LED ou HBLED = High Brightness LED, LEDs haute luminosité HP-LED ou HPLED = High Power LED, LEDs haute puissance La LED est un composant dit passif, de la famille des semi-conducteurs (comme la diode). Il s'agit d'une diode un peu particulière, qui a la propriété d'émettre de la lumière quand un courant la parcourt (de l'Anode vers la Cathode). K = (K) Cathode, pôle "négatif" de la LED, patte la plus courte. A = Anode, pôle "positif" de la LED, patte la plus longue. Forme physique 1 Durée de vie La durée de vie d'une LED est normalement spécifiée par le constructeur, elle peut atteindre 100 000 heures (environ 10 ans). Attention cependant, la durée de vie spécifiée correspond à une utilisation en continu, sous un courant contrôlé (par exemple 20 mA) et à une température ambiante donnée (par exemple 25°C). Tout écart (courant plus important ou température plus élevée) peut conduire à une réduction importante de la durée de vie. Certaines LEDs sont données pour une durée de vie de 25000 heures. Caractéristiques principales (longueur d'onde, chute de tension, consommation) Couleur Matériaux Longueur d'onde Chute de tension (en nanomètres) (en volts) Indium-Antimoine (InSb) - Infra-rouge Germanium (Ge) 1180 nm 1,6 V Infra-rouge Silicium (Si) 1150 nm 1,6 V Infra-rouge Gallium-Arsenic (GaAs) 770 à 1100 nm 1,6 V Rouge foncé Aluminium-Antimoine (AlSb) 775 nm 1,6 à 2,0 V Rouge clair Arséniure/phosphure de gallium 610 (ou 625) à 660 nm (1) 1,6 à 2,0 V (GaAsP) Orange foncé - 602 à 610 (ou 625) nm 2,0 V Orange clair - 590 à 602 - Jaune - 570 à 590 nm 2,1 V Jaune-vert Phosphure de gallium (GaP) 530 à 570 nm 2,1 à 2,5 V Vert Silicium-Carbone (SiC), Nitrure 525 à 565 nm 2,1 à 2,5V - 3,0 à de gallium (GaN) ou Phosphure 3,6 V de gallium (GaP) Bleu turquoise - 480 nm 2 2,1 à 2,8 V Bleu Séléniure de zinc (SnSe), Nitrure 410 à 470 nm (ou 450 à 2,5 à 2,8 V - 3,2 à de gallium/indium (InGaN) ou 500) 3,6 V Carbure de silicium (SiC) Rose - - 3,1 à 3,6 V Violet - 380 nm (ou 400 à 450) 3,1 à 3,6 V Ultra-violet Diamant (C) 280 à 395 nm 3,1 à 3,8 V Blanc - Mélange des trois 3,4 à 3,8 V couleurs rouge, vert et bleu LED clignotante Il s'agit d'une LED classique, dont la puce émettrice de lumière est associée à un petit oscillateur de fréquence fixe (0,5 Hz par exemple), le tout dans le même boitier. Ce type de LED est couramment employé dans les systèmes d'alarme (vrai ou faux), dans les systèmes d'avertissement de défaut, ou pour la localisation d'un point particulier (repérage d'un interrupteur, d'une sortie de secours). Elle peut servir de base à la réalisation d'un oscillateur le plus simple qu'il est donné de pouvoir réaliser. Il suffit en effet de se servir de la tension présente à ses bornes pour détecter les changements d'état (tension basse quand la LED est allumée, tension haute quand elle est éteinte). LED multicolore LED bicolore Sont associées dans un même boitier transparent, 2 puces émettant chacune une couleur précise : rouge pour l'une, et vert pour l'autre. Les LEDs bicolores peuvent posséder deux pattes (montage des deux LEDs en "parallèle-retourné") ou trois pattes (montage des deux LEDs en "série-inversé" avec point milieu). 3 L'allumage simultané des deux puces vert et rouge (résultat jaune-orange) est plus facile avec la LED à trois pattes, sous une simple tension continue. Pour la LED à deux pattes, il y a obligation d'inverser la polarité de la tension appliquée, selon la puce que l'on veut utiliser. Une tension alternative est donc requise pour allumer les deux puces en même temps (il est faux de dire en même temps, mais grâce à la persistance rétinienne, cet effet "continu" peut être obtenu avec un signal alternatif de fréquence suffisante, sans scintillement visible). LED à plus de deux couleurs Sont associées dans un même boitier transparent, 3 ou 4 puces émettant chacune une couleur précise : rouge, vert et bleu. Du fait d'un éclairement généralement moindre de la puce bleue, cette dernière se trouve souvent doublée : 2 puces bleues pour une rouge et une verte. Les deux puces bleues étant électriquement raccordées entre elles, la LED possède en tout quatre pattes : une pour la puce rouge, une pour la puce verte, une pour la ou les puces bleues, et la quatrième enfin pour le point commun. Si l'on se contente d'activer en tout ou rien chacune des trois couleurs, nous pouvons faire s'illuminer la LED avec 7 couleurs différentes (8 combinaisons possibles, mais on ne compte pas celle où tout est éteint). Pour obtenir plus de variations possibles, plus de couleurs si vous préférez, il faut rendre variable l'intensité lumineuse de chaque couleur, de façon indépendante. Pour cela, il faut utiliser un système de commande de LED à rapport cyclique variable. LEDs haute luminosité Ce type de LED, qui peut émettre dans l'ensemble des couleurs vue précédemment (les LEDs haute luminosité ne sont pas forcement blanches) constituera sans doute dans un très proche avenir, une solution alternative intéressante à l'éclairage grand public, voir à l'éclairage professionnel de forte puissance (ça commence à venir, il suffit de regarder un peu autour de soi quand on va dans certains petits spectacles ou dans des salons). 4 Il est à noter que vu la puissance lumineuse développée par ces LEDs (certaines atteignent ou dépassent 100000 mcd - 100 candela - avec seulement quelques dizaines de mA), les mêmes précautions que celle qui s'appliquent pour les LASER sont de rigueur (ne pas diriger directement ces LEDs vers les yeux). J'ai déjà utilisé ce genre de LEDs pour la réalisation de lampes de poche, d'un lampadaire multicolore, et d'un petit projecteur. On trouve désormais dans le commerce des stroboscopes (pour les loisirs et pour l'industriel), des lampes de chevet, des lampes d'éclairage ("ampoules" ou spots, voir photos ci-avant), des lampes portatives et frontales (pour le bricolage perso ou pour la spéléologie) utilisant de tels composants. Regardez aussi un peu comment sont fait les éclairages des feux tricolores récents, des feux stop (arrières) de certaines voitures, et des éclairages dans les trains, métros et RER... Certaines rampes d'éclairage de scène (concerts, théâtres) commencent aussi leur conversion. Le prix des LEDs haute luminosité peut sembler assez élevé pour le particulier, mais comparons ce qui est comparable...et comparons aussi la durée de vie. Si vous faites un petit tour de temps en temps sur eBay, vous aurez peut être la chance de tomber sur des ventes de lots de telles LEDs à des prix très intéressants (genre 2 ou 3 euros les 10). Vous pouvez aussi profiter des périodes de Noël, pendant laquelle on trouve de plus en plus de guirlandes à LEDs. Certaines en comportent plus de 100, et si vous regardez le prix de la guirlande avec son transfo, ça ramène quelques fois la LED à l'unité à un prix plutôt intéressant (ce ne sont pas toujours des LEDs à très haute luminosité, à vous de voir et de comparer quand c'est possible). LEDs très haute luminosité et haute puissance (HB-LED, HP-LED) HB-LED ou HBLED = High Brightness LED, LED haute luminosité HP-LED ou HPLED = High Power LED, LED haute puissance Si les LEDs haute luminosité sont déjà remarquables par rapport aux LEDs ordinaires, que dire alors des LEDs très haute luminosité ou forte puissance ? 5 Ces dernières ne sont plus fabriquées avec les même matériaux, et les conditions d'utilisation ne sont plus tout à fait les mêmes. Nécessité d'une tension plus élevée (ça commence à 4 V mais ça peut monter à plus de 15 V), d'un courant voisin de ou supérieur à l'ampère (où sont passés nos 20 petits milliampères ? ) et usage obligatoire d'un radiateur, comme pour nos régulateurs de tension ou transistors qui chauffent beaucoup... On trouve désormais sur le marché des régulateurs tout fait pour alimenter des LEDs de puissance (alimentation à courant constant, attention à choisir le bon modèle), et même des LEDs tricolore de puissance (modèle StarLED RVB 3W ou 9 W par exemple). En novembre 2010, je lisais un article (revue Elektor) traitant d'un test sur une LED 50 W réclamant une alimentation à courant constant de 27 V / 1,7 A. A noter que la tension requise est élevée car la "LED" en question est en fait constituée de plusieurs branches constituées de plusieurs LED en série. Par exemple le module LED Mega Zeni de 25 W (notez l'appellation "module à LED" et non "LED") est composé de 168 puces LED agencées en 14 branches de 12 LED et demande une tension de 37 V et un courant de 700 mA. Chez le même fabricant, le module LED 15 W est composé de 96 puces LED agencées 8 branches de 12 LED et demande une tension de 37 V et un courant de 400 mA. Il faut reconnaître qu'il arrive bien un moment où il devient difficile de proposer à un amateur de faire lui-même une alimentation de cette puissance, et où l'achat d'un bloc secteur tout fait est plus sécurisant. A l'heure où j'écris ces lignes, une LED 50 W coûte encore très cher (plus de 130 euros pièce) et il serait dommage de la griller au premier branchement sur une alim pas assez "stable"... LEDs "secteur" 230 V On trouve depuis un certain temps déjà des ampoules et des spots à LEDs qui se branchent directement sur le secteur 230 V. Ces ampoules comportent un certain nombre de LEDs et sont vendues le plus souvent comme ampoule d'appoint ou de décoration, mais certains revendeurs annoncent des modèles aptes à remplir un rôle d'éclairage principal. Les plus puissantes (quelques W) possèdent un dissipateur thermique, c'est assez nouveau pour une ampoule électrique. Peu de ces ampoules à LEDs peuvent réellement remplacer les lampes actuelles, même si on constate un évident rétrécissement du fossé entre les deux mondes. Ou alors il faut vraiment mettre le prix ! Les ampoules à LEDs sont censées avoir une durée de vie de l'ordre de 30000 ou 40000 heures, ce qui est très nettement supérieur à la durée de vie d'une lampe à incandescence classique. Je trouve assez amusant de lire des publicités vantant une 6 "lumière aussi naturelle que celle des ampoules à incandescence". Une chose est sûre, la consommation électrique de quelques watts pour une luminosité de 100 ou 230 lumen équivalent à une "incandescence 40 W ou 60 W" attire forcement l'oeil. Les comparaisons entre puissance, lumen et watts sont toujours tellement floues pour l'utilisateur lambda qu'il est toujours aussi aisé de tromper le consommateur. Oh, j'allais oublier... il existe aussi des tubes à LEDs alimentés en 230 V spécialement dédiés au remplacement direct des tubes fluorescents. Enfin remplacement direct presque, parce qu'il faut tout de même supprimer le starter et courtcircuiter le ballast avant de procéder à l'échange du tube... Projecteurs à LED pour la scène Les projecteurs de scène à LED se généralisent, rien de surprenant. On trouve désormais des projecteurs à LED capables de rivaliser avec des projecteurs standards, même pour des puissances confortables de plusieurs dizaines de watts (MINI PAR LED 5 W équipé de 76 LED, PAR 56 LED 30 W équipé de 151 LED, LED BAR 200 équipé de 48 LED de 1 W, SLIM LED équipé de 54 LED et produisant un flux de 4000 lumens, etc.). On n'en est pas encore à remplacer les projecteurs de 2 kW ou 3 kW, mais qui sait, un jour peut-être... Diodes émettrices infrarouge Les diodes IR (Infrarouge), qui émettent sur une longueur d'onde invisible à l'oeil humain, sont principalement utilisées dans les télécommandes, les barrières de comptage de personnes, dans certaines alarmes, pour certaines transmissions d'informations dans l'air, et dans la transmission d'informations par fibre optique. Elles sont aussi utilisées sur les caméscopes permettant de "voir" la nuit (fonction "Night Shot" chez Sony, par exemple). La photo ci-dessous montre un exemple de LED IR avec un réceptacle prévu pour l'insertion directe d'une fibre optique. 7 Diodes émettrices ultra-violet Ces diodes sont utilisées dans la constitution de détecteurs miniatures de faux billets, mais trouvent d'autres applications telles que détection de substances particulières réagissant aux UV (par fluorescence par exemple). De telles LEDs équipent par exemple des stylos d'enfant qui contiennent une encre "magique", qui permet d'écrire du texte que l'on ne voit que si on l'éclaire avec des UV. Même principe que les tampons à encre invisible utilisés dans certaines discothèques ou clubs pour "marquer" les clients au moment de leur entrée (contrôles plus simple sur les entrées / sorties, un tube UV situé à l'entrée permet de voir les personnes entrant qui sont déjà tatouées). Diodes LASER LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiations 8 Pointeurs 1 mW rouge et 100 mW vert Les diodes LASER sont des LEDs un peu particulières. Elles n'ont rien de commun avec les Lasers à CO2, à rubis ou à gaz, qui nécessitent des tensions d'alimentation élevées ou des sources lumineuses intenses. Les diodes LASER fonctionnent avec des tensions d'alimentation faibles et permettent leur emploi dans des éléments portables fonctionnant sur pile (porte-clés, pointeur, lecteurs code-barres). La qualité de l'alimentation requise pour ce type de diode est extrêmement critique, il est vivement conseillé de préférer les diodes LASER déjà équipées de leur électronique de régulation. 9
