La diode électroluminescente est le type de diode à semi-conducteurs le plus visible. Elle émet une bande passante assez étroite de lumière visible à différentes longueurs d’onde de couleur, de la lumière infrarouge invisible pour les télécommandes ou une lumière de type laser lorsque un courant direct la traverse.

La “diode électroluminescente” ou DEL, comme elle est plus communément appelée, est essentiellement un type spécialisé de diode, car elle présente des caractéristiques électriques très similaires à celles d’une diode de jonction PN. Cela signifie qu’une DEL permet le passage du courant dans sa direction directe mais bloque le flux de courant dans la direction inverse.

Les diodes électroluminescentes sont fabriquées à partir d’une très fine couche de matériau semi-conducteur fortement dopé. Selon le matériau semi-conducteur utilisé et le degré de dopage, lorsqu’elle est polarisée en direct, une DEL émet une lumière colorée à une longueur d’onde spectrale particulière.

Lorsque la diode est polarisée en direct, les électrons de la bande de conduction du semi-conducteur se recombinent avec les trous de la bande de valence, libérant suffisamment d’énergie pour produire des photons, qui émettent une lumière monochromatique (de couleur unique). Grâce à cette fine couche, un nombre raisonnable de ces photons peuvent quitter la jonction et se propager, produisant ainsi une sortie lumineuse colorée.

Ainsi, lorsque fonctionnant dans une direction polarisée en avant, les diodes électroluminescentes sont des dispositifs semi-conducteurs qui convertissent l’énergie électrique en énergie lumineuse.

La construction d’une diode électroluminescente est très différente de celle d’une diode de signal normale. La jonction PN d’une DEL est entourée d’une coque en résine époxy transparente et dure, en forme de demi-sphère, qui protège la DEL des vibrations et des chocs.

Étonnamment, une jonction de DEL n’émet pas réellement beaucoup de lumière, donc le boîtier en résine époxy est conçu de manière à ce que les photons de lumière émis par la jonction soient réfléchis à l’écart du substrat environnant auquel la diode est attachée et soient concentrés vers le haut par le sommet bombé de la DEL, qui agit comme une lentille concentrant la lumière émise. C’est pourquoi la lumière émise semble plus brillante au sommet de la DEL.

Cependant, toutes les DEL ne sont pas fabriquées avec un dôme en forme de demi-sphère pour leur coque en époxy. Certaines DEL d’indication ont une construction en forme rectangulaire ou cylindrique avec une surface plane en haut, ou leur corps est façonné en barre ou en flèche. En général, toutes les DEL sont fabriquées avec deux pattes qui dépassent du bas du corps.

De plus, presque toutes les diodes électroluminescentes modernes ont leur cathode (–) identifiée par une encoche ou une zone plate sur le corps, ou par le fil de cathode étant plus court que l’autre, tandis que la patte de l’anode (+) est plus longue que celle de la cathode (k).

Contrairement aux lampes et ampoules à incandescence normales qui génèrent de grandes quantités de chaleur lorsqu’elles sont illuminées, la diode électroluminescente produit une “génération froide” de lumière, ce qui entraîne des rendements supérieurs à ceux de l’ampoule “normale”, car la plupart de l’énergie générée rayonne dans le spectre visible. Étant des dispositifs à l’état solide, les DEL peuvent être extrêmement petites et durables et offrent une durée de vie beaucoup plus longue que les sources de lumière normales.

Couleurs des diodes électroluminescentes

Alors, comment une diode électroluminescente obtient-elle sa couleur ? Contrairement aux diodes de signal normales qui sont fabriquées pour la détection ou la rectification d’alimentation, et qui sont faites à partir de matériaux semi-conducteurs en germanium ou en silicium, les diodes électroluminescentes sont fabriquées à partir de composés semi-conducteurs exotiques tels que l’arsénide de gallium (GaAs), le phosphure de gallium (GaP), le phosphure d’arsénide de gallium (GaAsP), le carbure de silicium (SiC) ou le nitrure de gallium indium (GaInN), tous mélangés à des ratios différents pour produire une longueur d’onde distincte de couleur.

Différents composés de DEL émettent de la lumière dans des régions spécifiques du spectre lumineux visible et produisent donc différents niveaux d’intensité. Le choix exact du matériau semi-conducteur utilisé déterminera la longueur d’onde totale des émissions de photons lumineux et donc la couleur résultante de la lumière émise.

Couleurs des diodes électroluminescentes

Ainsi, la couleur réelle d’une diode électroluminescente est déterminée par la longueur d’onde de la lumière émise, qui à son tour est déterminée par le composé semi-conducteur utilisé pour former la jonction PN pendant la fabrication.

Par conséquent, la couleur de la lumière émise par une DEL n’est PAS déterminée par la coloration du corps en plastique de la DEL, bien que ces derniers soient légèrement colorés pour améliorer la sortie lumineuse et indiquer sa couleur lorsqu’ils ne sont pas illuminés par une alimentation électrique.

Les diodes électroluminescentes sont disponibles dans une large gamme de couleurs, le plus courant étant ROUGE, AMBRE,  JAUNE  et VERT, et sont donc largement utilisées comme indicateurs visuels et dans des affichages à lumière en mouvement.

Les DEL récemment développées en bleu et en blanc sont également disponibles, mais celles-ci ont tendance à être beaucoup plus coûteuses que les normales en raison des coûts de production liés au mélange de deux ou plusieurs couleurs complémentaires dans des rapports exacts dans le composé semi-conducteur et aussi par l’injection d’atomes d’azote dans la structure cristalline pendant le processus de dopage.