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2. Fonctionnement des leds blanches

L’élément servant à produire la lumière est un matériau semi-conducteur d’environ 1mm2. La technique utilisée pour fabriquer les leds est similaire à celle des transistors et des microprocesseurs. Contrairement aux ampoules à filament, il s’agit d’un élément solide qui est, de ce fait, presque insensible aux chocs et aux vibrations. Cet élément est collé sur un support qui sert à la fois à sa fixation mécanique, à sa connexion électrique et de réflecteur. Il est ensuite connecté aux électrodes de la led via des fils très fins en or ou en aluminium appelés fils de bonding. Le tout est enrobé dans une résine transparente qui sert à la fois de protection et d’optique car une lentille convergente est formée par la surface bombée de la led.

L’élément semi-conducteur, une jonction PN dans du InGaN (nitrure de gallium et Indium), transforme l’énergie électrique en radiations lumineuses bleues. Le principe physique fait que la lumière produite est monochromatique, c’est à dire d’une seule couleur, ce qui ne permet pas de retrouver la vraie couleur de ce qui est éclairé. Afin d’obtenir une couleur blanche, elle va éclairer un matériau phosphorescent à la surface de la led qui va absorber le bleu et l’émettre de nouveau sur tout le spectre visible, ce qui correspond à de la lumière blanche [OSRAM]. La lumière bleue se situe à la limite de la réponse de l’œil, tandis que la phosphorescence se trouve dans la réponse maximale (Figure 1). La lumière ainsi émise ressemble un peu à celle du clair de lune.

Figure 1 : Spectre lumineux d’une diode blanche et réponse physiologique de l’œil. Le pic vers 460 nm correspond à la lumière bleue utilisée pour l’excitation. Le Pic à 580 nm est celui du matériau phosphorescent. La phosphorescence correspond à la réponse de l’œil, tandis que la lumière bleue est fortement atténuée par l’œil. Source : OSRAM Opto Semiconductors.

Le principe même de la led fait qu’elles sont polarisées, c’est à dire quelles ne fonctionnent qu’avec une tension et un courant dans un sens que l’on nomme le mode direct. C’est pour cela que les pins d’une leds portent des noms et que leur longueur est différente : celle connectée au pôle positif se nomme anode et celle connectée au négatif cathode. Une convention veut que l’anode est plus longue que la cathode (Figure 2).

Figure 2 : Led T1¾ de 5mm de diamètre. L’anode, l’électrode connectée au pôle positif, est plus longue. Source : Datasheet Sloan [L5W54N].

Les leds sont caractérisées principalement par les paramètres suivants :

La couleur (rouge, verte, jaune, bleu, blanche, ...).
L’encapsulation. C’est à dire le boîtier dans lequel se trouve le semi-conducteur. Les tailles standards sont T1¾ et T1 d’un diamètre de 5 et 3 millimètres, les 5 millimètres sont mieux adaptées pour nos éclairages. Il existe aussi des composants SMD de petite dimension ou encore des leds "géantes".
L’intensité lumineuse mesurée en Candela (actuellement 8000 mCd pour les meilleures à 20 degrés).
La tension est le courant d’alimentation (3,6 volts 20 mA pour les leds blanches en GaN).
L’angle d’éclairage (pour notre application spéléologique, l’idéal est 20 degrés).
L’homogénéité de la lumière. La qualité de l’optique intégrée à la led permet d’obtenir un rayonnement très régulier.
Le prix ! Il est, en petites quantités, d’environ CHF 5.- pour des leds de bonne qualité. Le prix des leds étant directement lié à leurs performances, les leds les moins chères sont souvent médiocres. Nous conseillons les leds de marque Nichia.
Le lot. Les leds blanches sont testées et triées en fonction de leur couleur et de leur luminosité à la production.

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