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James BIARD
Ingénieur américain
Concepteur des LED IR et optocoupleurs
1961
Photo de gauche
et
Gary PITTMAN
1930 - 2013
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 James
Biard et Gary Pittman qui travaillaient chez
Texas
Instrument constatent qu'une jonction PN de
GaAs (Arséniure
de Gallium ) parcourue par un courant émettait un flux
lumineux dans l'infrarouge. Ils déposèrent un brevet qui
fut accepté en 1962. Texas instrument commença immédiatement
la production de LED IR qui apparurent sur le marché en
octobre 1962 la SNX100.
En 1963 James Biard, Gary Pittman,
Edward Bonin et
Jack Kilby dépose un brevet d'opto-coupleur . Dans un boîtier une
diode électroluminescente dirige son rayonnement sur la base
un phototransistor. Un courant traversant la diode va, par
l'intermédiaire d'un faisceau lumineux rendre passant un
transistor. L'isolement galvanique entre les deux circuits
est parfait. Ce type de composant est particulièrement
précieux dans les installations industrielles en interface
entre des capteurs en milieux bruités et l'électronique de
commande . |
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Nicolas HOLONYACK
Physicien américain
né en 1928
Concepteur des LED à émission dans le spectre
visible
1962
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Holonyak
a été le premier doctorant encadré par
John Bardeen .
Chercheur chez
General Electric
Lighting, en 1962, il cherche à réaliser une
diode laser . Alors que tout le monde travaille avec les
matériaux semi conducteurs notamment le GaAs (Arséniure de
Gallium) il entreprend de réaliser un monocristal de
Phosphure
d'arséniure de gallium . Tout ses collègues le
prennent pour un fou et n'auraient pas parier un dollar sur
sa réussite. Et pourtant il parvient contre toute attente à
réaliser des monocristaux de Phosphure d'arséniure de
gallium, et, la magie opère il réalise une photo diode qui
émet dans le rouge. La lumière émise par une diode
électroluminescente est un lumière monochromatique mais
contrairement à la diode laser non cohérente, c'est à dire
que les photons sont tous identiques, ils correspondent tous
à la même saute d'énergie mais il ne sont pas synchrones.
La diode d'Holonyak est
une étape fondamentale dans le domaine de l'éclairage.
Rarement une invention prendra autant d'ampleur , elle est
partout la petite LED rouge |
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Herbert
KROEMER
né en 1928
Physicien Allemagne de l'Est
co-inventeur de la diode Laser |
Inventeurs de la diode laser
Ces deux
physiciens, Nicolas Kroemer et
Jaurès Alferov se sont
partagés un demi prix Nobel en 2000, l'autre demi prix a été
attribué à Jack Kiby pour l'invention du circuit intégré.
Kroemer et
Alverov ont
travaillé sans se connaître sur les hétérostructures dans
les semi-conducteurs ce qui les a amenés à fonder le
principe des diodes laser. Alverov a lui même réaliser la
première diode laser
Principe du laser:
Lorsqu'un électron passe d'un état excité (niveau d'énergie
haut) à un état de repos (niveau d'énergie bas) l'énergie
perdue se retrouve dans un photon E= hf où E la perte
d'énergie , h la constante de Planck et f
la fréquence du photon.
Si on excite un barreau de Rubis ou de Yag (cristal d'Ytrium
et d'aluminium ) à l'aide d'une lampe flash, de nombreux
électrons vont passer à l'état excité, et en retombant
naturellement à l'état de repos ils vont émettre un photon
dans toutes les directions. C'est ce qu'on appelle la
fluorescence.
Si nous plaçons ce cristal dans un interféromètre de Fabry
Perrot c'est à dire deux miroirs parfaitement parallèles
dont l'un est partiellement réfléchissant , les photons qui
sont émis dans la direction d'un miroir vont osciller d'un
miroir à l'autre.
Le passage d'un photon au voisinage électrons excité va
déclencher la retombée de cet électron à l'état de
repos. Il s'en suivra l'émission d'un photon qui sera
identique au photon déclencheur: en longueur d'onde, phase
et direction. Si le nombre d'électrons excités est
supérieur au nombre d'électron au repos , on dit qu'il y a
inversion de population, il y aura amplification et
production d'un faisceau de lumière ( pas forcément visible)
cohérente traversant partiellement le miroir semi
réfléchissant.
Dans la diode laser réalisée
en 1970
http://www.optique-ingenieur.org/fr/cours/OPI_fr_M05_C04/co/Contenu.html |
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Jaurès
ALFEROV
né en 1930
Physicien Bélarus
co-inventeur de la diode
Laser
et réalisateur de la 1ère diode laser
1ère réalisation 1970 |
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Shuji NAKAMURA
Physicien japonais
né en 1954
Inventeur de la LED bleue
1993 |
Shuji Nakamura a obtenu son
doctorat en Génie Electrique à l'université de Tokushima au Japon, puis a
rejoint Nichia Chemical Industries Ltd en 1979. En 1989 il a commencé la
recherche en vue d'obtenir des LEDs bleues en
partant de Nitrure de Gallium (GaN). La difficulté résidait
dans la possibilité de réaliser un fort dopage P de ce matériau.
Il parvint à obtenir ce qu'il cherchait en dopant le GaN à l'aide de Manganèse
(Mg) dans une atmosphère absente d'hydrogène en 1993. Il a également produit des
films de Nitrure de Gallium Indium (IGaN)
permettant d'obtenir des bleus lumineux. Il est à l'origine de la LED
blanche qui va bouleverser l'éclairage moderne.
Il parvint à réaliser également des LEDs vertes
et des diodes laser bleues.
Certains document n'hésitent pas à qualifier cette découverte de "la plus
importante dans le domaine des semi-conducteurs depuis 30 ans".
Shuji Nakamura s'est vu attribuer le prix Nobel de Physique avec
Isamu Akasaki et
Hiroshi Amana |
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Le
problème de la LED blanche.
A priori la LED blanche est impossible puisque la lumière blanche ne correspond
pas à une fréquence, c'est un mélange des trois couleurs fondamentales
rouge, vert, bleu (RVB). Des LEDs blanches ont été conçues sur le principe
de l'addition des couleurs lorsqu'on a su fabriquer
des LEDs bleues et vertes. Trois LEDs différentes réunies dans un seul boîtier faisant
converger leur lumière vers une optique de sortie. Grosse difficulté de
fabrication, trois couleurs différentes imposent trois matériaux différents ce qui entraîne un coup de revient élevé.
Cependant on voit que la zone d'émission se situe de 4500 à 6500 Å si on
se réfère au spectre du corps noir, on voit qu'il n'y a pas émission
d'infrarouges donc pas de production de chaleur ou très peu (effet Joule)
Ci dessous : Génération de
lumière blanche à l'aide de trois sources Rouge, Verte, Bleue
Une
nouvelle technologie est apparue depuis l'invention de Shuji Nakamura qui semble être
prometteuse. La base est une LED bleue qui émet son rayonnement vers une couche
de matériaux phosphorescent partiellement transparent. Le matériaux
phosphorescent absorbe une fraction de la lumière bleue émise par la diode et
émet une lumière jaune qui combinée avec la bleue donne une lumière pratiquement
blanche.
Figure extraite
d'un rapport de Mr Laurent Massol
- Ingénieur chez LED ENGINEERING DEVELOPMENT
Les rapports de Monsieur Massol peuvent être trouvés su le site
www.led-development.fr
Des améliorations
ont été apportées en plaçant la diode dans un réflecteur diffusant répartissant
mieux les photons émis par la diode vers la couche de phosphore. La "LED blanche"
émet une lumière directionnelle bien adaptée à une utilisation de type spot,
projecteur, éclairage publique. Pour réaliser une ampoule éclairant dans tout
l'espace c'est plus difficile mais des études sont en cours. De même d'autres
procédés de fabrication de lumière blanche sont également à l'étude.
La LED blanche
actuellement a un rendement de 4 à 10% et fournit 26 à 70 lm/W, on prévoit
d'obtenir un rendement de 22% et jusqu'à 150 lm/W ( en 2021 une ampoule normale
donne 100 lm/W)
Aux USA, une étude prévoit que de 2010 à 2030, tout les
éclairages vont être effectués à l'aide de LED . Les économies ainsi réalisées
devraient s'élever à 2 700 TWH soit 250 Milliards de dollars.
Les étapes jusqu'aux CCD
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