Diodes électroluminescentes LED pour l'éclairage - Panorama et tendances technologiques

L'émission de lumière par les semi-conducteurs est un phénomène connu depuis plus de 100 ans.

« Messieurs : pendant l'investigation du passage asymétrique du courant au travers d'un contact de carborundum ou d'autres substances, un phénomène bizarre a été observé. En appliquant une différence de potentiel de 10 V entre deux points du cristal de carborundum, ce dernier a émis une lumière jaunâtre... ».

C'est ainsi qu'en 1907, le capitaine Henry Joseph Round (Marconi Co, UK) rapporta la première émission de lumière par un cristal semi-conducteur : le carborundum, mieux connu aujourd'hui sous le nom « carbure de silicium (SiC) » . Le premier brevet sur le sujet a été déposé en 1929 par un radio-technicien Russe Oleg Vladimirovich Losev . Cependant, sans explication physique du phénomène qui semblait être intermittent et capricieux, cette découverte fut rapidement oubliée.Par ailleurs, les efforts ont été concentrés sur l'émission du SiC sans beaucoup de réussite car, comme nous le savons aujourd'hui, il s'agit d'un semi-conducteur à gap indirect difficile à maîtriser. Ainsi, bien que de la lumière bleue (les LED blanches de puissance utilisent de la lumière bleue émise par la jonction couplée à un luminophore) a été obtenue depuis 1923 par Lossev , l'efficacité de conversion à 470 nm n'a jamais dépassé 0,03 % . Ce n'est qu'à partir des années 1954 que les chercheurs s'intéressent aux jonctions utilisant des matériaux des groupes III-V. Ainsi, en 1962, Nathan et al. rapportent la création d'une diode émettant dans le domaine de l'infrarouge basée sur une jonction GaAs .

Dans cette même année, Nick Holonyak et S.F. Bevacqua, consultants à General Electric signent « l'acte officiel » de naissance de la diode électroluminescente émettant dans le rouge (une jonction faite d'un alliage GaAs et GaP) .

En 1968, la première LED produisait une très faible lumière rouge d'à peine 0,001 lm ; impossible même de songer à une application éclairagiste. Bien que le flux lumineux augmentait avec une vitesse frénétique, les LED se cantonnaient à des applications signalétiques. En 1972, George Craford invente la LED jaune qui est 10 fois plus brillante que les LED rouges oranges existantes.

Bien qu'Herbert Maruska (RCA Labs) a démontré en 1972 la possibilité d'obtenir une intense émission bleue violette par un film mince de GaN dopé au magnésium , l'histoire attribuera l'invention de la LED bleue de puissance, basée sur une jonction InGaN/n-GaN avec une efficacité de conversion électricité-lumière bleue de 10 %, à Shuji Nakamura de Nichia . Cette annonce ouvre la voie vers la production de composants de puissance et de la lumière blanche.

L'éclairage devient ainsi une cible accessible en offrant une voie de croissance inespérée à l'industrie du semi-conducteur déprimée par la crise des télécommunications vers la fin du XX^e siècle.

Incités par l'industrie, les pouvoirs publics ont massivement investi dans la R pour la réalisation de systèmes d'éclairage à LED fiables et efficaces. Une longue phase de maturation démarrait.

Aujourd'hui, tous les indicateurs montrent que cette phase touche à sa fin. Ainsi, les LED blanches, destinées aux applications de l'éclairage, se surpassent sans cesse ; les records sont battus régulièrement : le 16 mai 2011, l'américain Cree annonçait une LED blanche (blanc froid dont la température de couleur est 4 700 K) de puissance avec une efficacité de 231 lm/W à 350 mA et 25 ^oC.