Le Repaire des Sciences
Sciences Physiques et Chimiques

 

 

 

 

    

Les LED : comment ça marche ?

 

 

Une LED (Light Emitting Diode) est ce qu'on appelle en français une DEL : une diode électro-luminescente. Je sais pas quel acronyme vous pouvez préférez, mais je trouve que LED c'est pas joli (arf, arf). Bon, mais c'est le terme qu'on trouve maintenant le plus souvent !

C'est un dispositif super car il permet d'obtenir de la lumière avec un très très bon rendement : la majeure partie de l'énergie que vous allez mettre dans la LED sera convertie en lumière. C'est très loin d'être le cas pour les ampoules à incandescence, qui produisent surtout de la chaleur. Bref, c'est sans doute un mode d'éclairage qui a de l'avenir - même si pour économiser l'énergie, il faudra sans doute commencer par rouler moins en voiture et mieux isoler sa maison. Passons...

Dans un semi-conducteur, la conduction du courant peut se faire soit par des électrons (comme dans un métal) soit, ce qui est plus original, par des trous. Quand un électron quitte sa place pour aller se balader, il laisse un trou. Un électron, voisin de ce trou, peut venir le combler. Mais il en laisse un, de trou, juste à côté. Autrement dit : le trou s'est déplacé. Si vous poussez les électrons dans un sens, grâce à un champ électrique (mettons, vers la droite), alors les électrons vont volontiers : s'il sont libres, se déplacer, s'ils sont à la gauche d'un trou, le combler. Donc les trous vont se déplacer vers la gauche.

Quand il y a une place parmi les électrons, ceux-ci peuvent bouger pour prendre la place de l'électron qui manque. On peut voir ça en disant qu'en fait c'est le trou qui se déplace !

Au final, le courant électrique est bien un courant d'électrons, mais on peut voir les trous comme des "porteurs de charge". Si un trou bouge, en fait des électrons bougent de proche en proche, donc il y a conduction du courant.

Une diode électro-luminescente est une jonction entre deux moitiés de semi-conducteur. Dans une moitié, il y n'a presque que des trous. On dit que cette moitié est dopée P (pour positif, parce que les trous sont comme une charge positive). Dans l'autre moitié, dopée N, il y a plein d' électrons libres. Bref, les deux moitiés, prises séparément, sont conductrices. Mettons que la moitié pleine d'électrons soit à droite (voir schéma).

Si on cherche à faire aller les électrons de la gauche vers la droite : les électrons de la moitié droite sont attirés vers la droite dans le circuit, tandis qu'on en amène à gauche qui comblent les trous. Pour que le courant passe, il faudrait que les électrons aillent vers la gauche et les trous vers la droite. Mais à la jonction entre le milieu dopé N et le milieu dopé P, cela signifie qu'il faudrait en permanence créer des trous et des électrons. Or, pour y arriver, il faudrait fournir de l'énergie pour sortir des électrons de leur place et créer un trou et un électron. En pratique, cela ne se fait pas, donc le courant ne passe pas.

Si maintenant, on fait aller les électrons vers la gauche. A gauche, on arrache des électrons au semi-conducteur et cela laisse un trou. Cette opération se fait sans qu'on ait besoin d'énergie. A droite, on amène des électrons. Du coup, les trous vont maintenant vers la droite à la rencontre des électrons. Quand ils se trouvent, les électrons remplissent les trous, ce qui se fait très bien à condition que les électrons puissent se débarrasser de l'énergie qu'ils ont parce qu'ils sont libres. Et ils peuvent le faire en émettant de la lumière - d'une couleur qui dépend du semi-conducteur.

C'est ainsi que fonctionnent les LED : la recombinaison des électrons avec les trous fait qu'ils sont obligés d'évacuer de l'énergie sous la forme de lumière. Vous savez maintenant aussi pourquoi les LED sont des diodes : elles ne laissent passer le courant que dans un sens ! Et c'est quand le courant passe effectivement que les LED émettent de la lumière.