Présentation des LED et de leurs accessoires

Qu’est-ce qu’une LED ?

Les LED font partie des technologies révolutionnaires du vingtième siècle. Elles sont capables d'émettre une lumière puissante avec une faible consommation électrique. Très stables, ce sont des composants capables de résister à des chocs et à de nombreux risques. Disponibles dans une gamme étendue de couleurs, les LED peuvent servir à diverses applications, telles que la signalisation, l'indication, l'affichage et l'éclairage portable. Elles sont aussi utilisées dans de petits systèmes d'éclairage domestique, combinant les avantages d'un rendement énergétique et d'une durabilité supérieurs aux ampoules à incandescence. Leur durée de vie est encore plus impressionnante que d'autres options disponibles actuellement, comme les lampes fluorescentes compactes. Une LED peut fonctionner pendant des dizaines de milliers d'heures, soit l'équivalent de plusieurs décennies pour un éclairage domestique.

Les lampes LED sont maintenant disponibles dans des formes très variées, alors que leurs premiers développements étaient plutôt limités. Actuellement, même des appareils de grande consommation parmi les plus économiques incluent des LED de sécurité et de signalisation, des LED dans le spectre infrarouge ou ultraviolet, pour diverses applications de contrôle à distance et bien d'autres applications. Les LED jouent un rôle clé dans le développement des téléviseurs et des moniteurs informatiques, permettant de créer des écrans à très haute résolution, plus fins et plus lumineux qu'aucun écran à tube cathodique. Dans les automobiles, les phares à LED offrent une meilleure visibilité, consomment moins d'énergie, durent plus longtemps que les anciennes technologies, améliorant ainsi la sécurité et la durabilité.

 

Que signifie LED ?

L'acronyme LED signifie « Ligth Emitting Diodes » ou Diodes électroluminescentes. Ce sont des dispositifs à semi-conducteur qui ressemblent à bien d'autres composants à semi-conducteur utilisés dans les ordinateurs et autres systèmes. Les premiers modèles à lumière visible émettaient une lumière rouge, mais aujourd'hui, les LED émettent toutes les couleurs et toutes les intensités de lumière.

 

Comment fonctionne une LED ?

Le fonctionnement d'une LED est déterminé par les propriétés de son matériau semi-conducteur. Dans une diode, un flux d'électrons peut uniquement traverser le composant dans une seule direction. Ils se recombinent dans les orifices du matériau semi-conducteur. Ce mouvement libère de l'énergie qui s'échappe de la diode sous forme de photons, qui sont des quanta de lumière.

Selon leur conception, les LED peuvent émettre différentes couleurs de lumière ou distribuer cette lumière dans une zone plus ou moins large ou étroite. Au cours des dernières années, la technologie de ces dispositifs a considérablement progressé, autorisant une diversification importante de leurs applications.

 

Quelles sont les composants internes d'une LED ? (schéma)

Figure 1: Source : http://electronics.howstuffworks.com/led.htm/printable

Le schéma ci-dessus présente les différentes parties d'une LED. Le boîtier en plastique transparent abrite la totalité du dispositif semi-conducteur. Dans certaines LED, le boîtier est conçu pour assurer une distribution spécifique de la lumière, ou peut avoir une couleur spécifique.

Des broches servent à fixer la diode sur le circuit, et à fournir le courant requis. La diode contenue dans le boîtier est fabriquée dans un matériau semi-conducteur. Lorsque les électrons se recombinent dans les orifices de ce matériau, ils émettent des rayons lumineux, comme indiqué sur le schéma. Vous remarquez que dans cet exemple, les rayons lumineux rebondissent sur les parois et sortent par le sommet de la diode, ce qui est une configuration courante.

 

Comment a-t-on découvert les LED ?

Les LED fonctionnent selon le principe de l'électroluminescence, qui a été découvert dans les laboratoires Marconi en 1907. La première LED fit son apparition environ vingt ans plus tard, lorsqu'Oleg Losev, un chercheur russe, fabriqua le premier dispositif LED.

Mais il fallut attendre les années soixante pour que les LED trouvent leurs premières applications réelles. Les chercheurs de la société Texas Instruments ont découvert comment émettre de la lumière infrarouge par électroluminescence. Cette avancée a permis à d'autres chercheurs de progresser, et la première version commerciale d'une LED est apparue en 1962.

Les premières LED émettaient une lumière rouge. Cette innovation est attribuée à Nick Holonyak Jr qui travaillait pour General Electric Company. Ses efforts visaient principalement à améliorer la luminosité des LED et à émettre d'autres couleurs que le rouge.

 

Quelles sont les couleurs émises par les LED ?

La couleur de la lumière émise par les LED est déterminée par le matériau semi-conducteur utilisé pour leur fabrication. Les LED peuvent émettre toutes les couleurs du spectre visible. Elles peuvent aussi émettre les spectres ultraviolet et infrarouge. Elles peuvent émettre de la lumière rose en combinant différentes couleurs. La lumière blanche des LED est utilisée pour remplacer les ampoules à incandescence domestiques.

 

Quels sont les différents types de LED ?

Les premières LED n'avaient que très peu de puissance, mais elles ont rapidement progressé au fil des ans. Aujourd'hui, différents types de LED sont disponibles.

Les LED miniatures sont généralement utilisés pour fabriquer des voyants et autres témoins lumineux. Très petites, elles peuvent avoir seulement deux millimètres de diamètres. Leurs formes sont très variées et adaptées à de nombreux designs. Elles sont habituellement alimentées en 5 V et 12 V.

Les LED de puissance moyenne émettent une lumière mesurée en dizaines de lumens. Elles sont de plus en utilisées dans les systèmes d'éclairage automobiles, autorisant une excellente visibilité et une faible consommation d'énergie, par rapport aux ampoules à incandescence standard.

Les LED à haute puissance fonctionnent avec des courants très élevés, parfois supérieurs à un ampère. Elles sont habituellement dotées d'un dissipateur de chaleur pour évacuer l'énergie inutilisée. Elles sont utilisées dans des éclairages domestiques, des panneaux de signalisation, et d'autres applications exigeant un haut niveau de lumens.

Il existe d'autres types de LED sur le marché, incluant les LED clignotantes, les LED qui combinent plus d'un type d'émetteur, les LED qui émettent de la lumière invisible à l'œil, dans les spectres infrarouge et ultraviolet.

 

Qu'est-ce que les LED IR ? Comment fonctionnent-elles et à quoi servent-elles ?

Les LED IR émettent de la lumière dans le spectre infrarouge qui est invisible à l'œil nu. Elles furent les premières LED fabriquées. Largement utilisées dans les systèmes de télécommande, les LED IR émettent une impulsion de lumière uniquement visible par un capteur IR. Elles sont utilisées dans les systèmes de sécurité, en association avec des objectifs de caméras, baignant l'environnement dans une lumière infrarouge qui permet à la caméra de visualiser des images. Elles équipent les caméras des smartphones ou autres appareils photos, qui utilisent aussi des LED blanches, ces caméras étant sensibles aux rayons infrarouges.

 

Qu'est-ce que les conduits de lumière pour LED ? Comment fonctionnent-elles et à quoi servent-elles ?

Un conduit de lumière est exactement ce que ce nom implique. Il permet de canaliser la lumière horizontalement avec une dispersion minimale. Fabriqués le plus souvent en verre et en polycarbonate, ils peuvent être montés sur un circuit imprimé ou un panneau. Ils sont utilisés avec différents types de LED, incluant les montages traversants et les montages en surface. Des conceptions souples sont également disponibles.

Un conduit de lumière permet de diriger la lumière émise par une LED vers un point précis sans passer par une ligne droite, ce qui est normalement impossible avec d'autres sources de lumière. Ces conduits peuvent donc transporter la lumière depuis un voyant sur un circuit imprimé jusqu'à une console, sans avoir à installer un deuxième voyant LED pour l'opérateur.

 

Qu'est-ce que les testeurs à LED ? Comment fonctionnent-elles et à quoi servent-elles ?

Un testeur à LED permet de tester individuellement les LED installées dans des systèmes à plusieurs types de lumière. Certains testeurs à LED ont leur propre alimentation et permettent de tester les voyants sans allumer le système.

Un testeur à LED peut être utilisé dans n'importe quelle application où un seul voyant LED peut empêcher les autres voyants du système de s'allumer. La guirlande de Noël en est le plus simple exemple. Le testeur peut être successivement connecté à chaque LED jusqu'à ce que la LED qui empêche les autres LED de fonctionner soit identifiée et remplacée. Des modèles spécialisés sont disponibles pour des applications spécifiques, telles que les tests de panneaux de signalisation, etc.

 

Qu'est-ce que les LED UV ? Comment fonctionnent-elles et à quoi servent-elles ?

Les LED UV émettent de la lumière dans le spectre ultraviolet qui est invisible à l'œil nu. Elles sont parfois visibles si elles émettent une lumière bleue et violette visible à l'œil en plus de la lumière UV.

La technologie des LED UV est utilisée dans une gamme d'applications étendue. Les LED UV servent par exemple à inspecter des machines et autres systèmes. Elles détectent les filigranes des billets de banque, pour lutter contre les faux-monnayeurs. Ces LED sont largement utilisés dans les équipements médicaux.

Les LED UV sont aussi utilisées pour la décoration, à l'instar de la lumière noire standard. Les fréquences de lumière bleue et ultraviolette émises par certaines LED peuvent contribuer à augmenter la pollution lumineuse dans les zones urbaines. Bien que courantes, les LED UV et bleu font partie des LED les moins fabriquées.

Certaines LED qui émettent à l'extrémité du spectre UV, mais aussi dans le spectre visible, ont des utilisations plus triviales. Elles incluent par exemple la détection des tâches causées par l'urine des animaux domestiques, pour faciliter leur nettoyage. Le coût des LED est si bas que même des technologies avancées sont disponibles à des prix accessibles.

 

Qu'est-ce que les LED visibles ? Comment fonctionnent-elles et à quoi servent-elles ?

Les LED à lumière visible peuvent produire toutes les couleurs du spectre lumineux. La lumière est directement produite sans nécessiter de filtre ou de lentille, grâce à la seule combinaison de matériaux de fabrication spécifiques. Elles peuvent produire des teintes variées en combinant des LED de couleurs différentes, grâce à la méthode de combinaison chromatique RGB (rouge/ vert/ bleu) standard, qui sert à créer toutes les couleurs du spectre.

Les LED visibles incluent tous les types de LED utilisés comme voyants. Ces options permettent d'intégrer un code couleur ou de créer des décorations lumineuses. Par exemple, les boîtiers de certains ordinateurs haut de gamme sont en partie transparents et exposent des LED de couleur internes qui ont pour unique rôle d'améliorer l'esthétique de la machine.

Dans le secteur automobile, les LED sont utilisés dans une multitude d'application, incluant celles mentionnées ici. Dans un véhicule, les LED sont présentes dans les tableaux de bord, l'éclairage intérieur, les feux externes etc.

Les LED visibles sont de plus en plus utilisées dans des applications domestiques et bureautiques. Les lampes à LED sont maintenant très répandues, incluant de nouveaux types conçus par exemple pour remplacer les tubes fluorescents, parfois avec des fixations similaires. Elles produisent autant de lumière que les lampes qu'elles remplacent, mais consomment très peu d'énergie par rapport au nombre de lumens émis. Avec le perfectionnement continu des LED de couleur, les fabricants ont amélioré la qualité de la lumière émise. Par exemple, les premières lampes à LED avaient une lumière très froide et blanche, sans pouvoir d'attraction. De nouveaux modèles produisent maintenant une lumière plus chaude, plus naturelle, qui plait davantage à la majorité des consommateurs.

Les lampes à LED visibles sont également une excellente solution pour les éclairages portables. Comme elles consomment très peu d'énergie, elles offrent des durées d'utilisation largement supérieures. Elles sont en outre très solides, résistantes aux chocs et aux vibrations et sont donc parfaitement adaptées pour les éclairages mobiles, comme sur les bicyclettes.

Les LED visibles sont utilisées dans les écrans plats informatiques, pour assurer le rétroéclairage des images.

Les LED visibles sont désormais présentes dans la plupart des applications d'éclairage. Dans divers secteurs, leur pénétration n'est pas encore importante, mais dans d'autres elles ont largement remplacé plusieurs technologies. Par exemple, les lampes de poche à LED sont maintenant disponibles dans divers magasins, tels que quincailleries, boutiques de sports ou supermarchés, à des prix extrêmement accessibles.

Les LED visibles offrent aussi une remarquable souplesse d'utilisation, parce que leur couleur peut être modifiée non seulement avec des optiques différentes, mais aussi en fonction de leurs matériaux de fabrication.