Qu'est-ce qu'une diode laser électroluminescente ?

Photodiode laser DIRIGÉ est un semi-conducteur qui convertit l'énergie électrique en énergie lumineuse. La couleur de la lumière émise dépend du matériau semi-conducteur et de sa composition. Les LED sont généralement divisées en trois longueurs d'onde : ultraviolet, visible et infrarouge. Les LED commerciales ont une sortie de pixel unique d'au moins 5 mW et une plage de longueurs d'onde de 360 ​​nm à 950 nm, chacune fabriquée à partir d'un matériau semi-conducteur spécifique.

LED UV : 320-360 nm

Les LED UV sont rapidement commercialisées, en particulier pour les applications de durcissement industrielles et les utilisations médicales/biomédicales. Jusqu'à récemment, la limite inférieure des puces à haute efficacité de longueur d'onde est passée de 390 nm à 360 nm, et les développements au cours des prochaines années pourraient voir des puces à haute efficacité de 320 nm commercialisées dans la région.

Proche ultraviolet à LED verte : 395 nm-530nm

Le matériau pour le produit de gamme de longueurs d'onde est le nitrure d'indium et de gallium InGaN, qui est techniquement capable d'une longueur d'onde comprise entre 395 nm et 530 nm. Cependant, la plupart des grands fournisseurs se concentrent sur la fabrication de LED NM bleues de 450 nm-475, qui sont utilisées pour fabriquer de la lumière blanche avec des luminophores, et de LED vertes dans la plage de 520 nm-530nm pour l'éclairage vert des feux de signalisation.

Des progrès rapides et une efficacité accrue sont notés dans la gamme de longueurs d'onde bleues, d'autant plus que la course pour créer des sources de lumière blanche de plus en plus brillantes se poursuit.

Rouge profond à proche infrarouge (IRLED) : 660 nm-900 nm

Il existe de nombreuses variations dans la structure des dispositifs dans cette région, mais toutes utilisent des matériaux d'arséniure de gallium et d'aluminium AlGaAs ou GaAs. Il y a encore des efforts pour rendre ces appareils plus efficaces, mais ces améliorations sont progressives. Les applications incluent la télécommande IR infrarouge, l'éclairage de vision nocturne, le contrôle de l'éclairage industriel et diverses applications médicales (660 nm-680nm).

Comment fonctionnent les LED

Les LED sont des diodes semi-conductrices qui émettent de la lumière lorsqu'un courant électrique est appliqué dans le sens direct de l'appareil. Une tension suffisante doit être appliquée pour que les électrons traversent la zone de perte et se combinent avec le trou de l'autre côté pour former une paire électron-trou. Lorsque cela se produit, l'électron libère son énergie sous forme de lumière, et le résultat est l'émission de photons. La bande interdite d'un semi-conducteur détermine la longueur d'onde de la lumière émise, et une longueur d'onde plus courte équivaut à plus d'énergie, de sorte qu'un matériau avec une bande interdite plus grande émet une longueur d'onde plus courte. Un matériau avec une bande interdite plus grande nécessite également une tension de conduction plus élevée. La LED bleue UV à ondes courtes a une tension directe de 3,5 volts, tandis que la LED proche infrarouge a une tension directe de 1,5-2.0 volts.

Disponibilité et efficacité des longueurs d'onde

Les LED à haut rendement peuvent être produites dans n'importe quelle plage de longueurs d'onde, seule la plage de 535 nm à 560 nm ne peut pas produire de lumières LED à haut rendement. Les facteurs les plus importants dans la commercialisation d'une longueur d'onde particulière sont liés au potentiel du marché, à la demande et aux longueurs d'onde standard de l'industrie. Cela est particulièrement évident dans les régions 420 nm-460nm, 480 nm-520nm et 680 nm-800nm, car ces plages de longueurs d'onde ne sont pas largement utilisées. Il n'y a pas un grand nombre de fabricants proposant des produits LED pour ces gammes de longueurs d'onde. Néanmoins, il est possible de trouver des fournisseurs de petite et moyenne taille qui peuvent offrir ces longueurs d'onde spécifiques en fonction de la demande des clients. Chaque technique matérielle a une gamme de longueurs d'onde dans laquelle le spot est le plus efficace. Ce point est très proche du milieu de chaque gamme. Lorsque le niveau de dopage du semi-conducteur augmente ou diminue par rapport à la quantité optimale, l'efficacité diminue, c'est pourquoi les LED bleues ont une sortie plus grande que la lumière verte ou proche UV, l'ambre a plus de sortie que le jaune-vert et le proche infrarouge est supérieur à 660 nm . S'il y a un choix à faire, il est préférable de concevoir pour le centre de la gamme plutôt que pour le bord, il est plus facile d'obtenir le produit si vous n'êtes pas à la pointe de la technologie des matériaux.

Figure 1 - Appliquez l'équation I=(Vcc-Vf)/RL pour trouver la valeur actuelle. Afin de déterminer de manière absolue le flux de courant dans le circuit, chaque LED VF doit être mesurée et la résistance de charge appropriée spécifiée. Dans les applications commerciales pratiques, le Vcc est conçu pour être beaucoup plus grand que le VF, de sorte que de petits changements dans le VF n'ont pas un effet important sur le courant global. L'inconvénient de ce circuit est qu'il y a une grande perte de puissance à travers le RL. Dans les applications où la plage de température de fonctionnement est très étroite (moins de 30 degrés) ou où la sortie LED n'est pas critique, un circuit simple peut être utilisé qui utilise une résistance de limitation de courant, comme indiqué sur la figure : Une meilleure façon de conduire une LED doit utiliser une source de courant constant (voir Figure 2). Le circuit fournira le même courant d'un appareil à l'autre et au cours des changements de température. Il consomme également moins d'énergie que l'utilisation de simples résistances de limitation de courant. Des pilotes de LED commerciaux prêts à l'emploi sont disponibles auprès de nombreuses sources différentes. En règle générale, ces opérations utilisent le principe de modulation de largeur d'impulsion (PWM) de contrôle de la luminosité.

Fournir du courant et de la tension à la led

Bien que les LED soient des semi-conducteurs et nécessitent une tension minimale pour fonctionner, elles sont toujours des diodes et doivent fonctionner en mode courant. En mode DC, les leds fonctionnent de deux manières principales. La plus simple et la plus courante consiste à utiliser une résistance de limitation de courant (voir Figure 1). L'inconvénient de cette méthode est la forte perte de chaleur et de puissance dans la résistance. Pour que le courant reste stable entre les changements de température et les appareils, la tension d'alimentation doit être bien supérieure à la tension directe de la LED.

Figure 2 - Exemple d'un circuit stable précis. Ce circuit est souvent appelé source de courant constant. Notez que le courant d'alimentation est déterminé par la tension d'alimentation (Vcc) moins Vin divisée par R1, (Vcc-VIN)/R1.

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