Couleur des LED
Diodes électroluminescentes pour l’éclairage

La première diode électroluminescente commercialisée était rouge. Aujourd’hui, les LED peuvent produire toutes les couleurs, ou presque. Certaines émettent même dans l’infrarouge ou l’ultraviolet. Néanmoins, toute diode luminescente est par nature monochromatique et son efficacité de conversion dépend de la longueur d’onde d’émission (figure 6).

La figure 7 montre la structure énergétique d’un semi-conducteur dans l’espace des phases et permet d’expliquer pourquoi les diodes électroluminescentes produisent une lumière monochromatique. Lors de la recombinaison radiative d’un électron qui se trouve au minimum de la bande de conduction avec un trou situé au maximum de la bande de valence (k = 0), un photon est émis à une fréquence υ₁. Pour k ¹ 0, le photon issu de la recombinaison a une fréquence υ₂ légèrement différente de υ₁. Par conséquent, la diode électroluminescente produit une « raie » avec une fréquence centrale υ₁ et une certaine largeur à mi-hauteur Δυ_FWMH. Nous pouvons estimer cette largeur à mi-hauteur car elle dépend, d’une part, de la densité d’électrons disponibles dans un intervalle d’énergie E ± Δ E, et d’autre part, de la densité des états énergétiques du semi-conducteur dans ce même intervalle. Pour une jonction fonctionnant à une température T et ayant une énergie de gap E_g, la densité électronique est donnée par la loi de Boltzmann et elle est proportionnelle à exp (− E/k_BT). Dans les mêmes conditions, la densité de niveaux énergétiques est proportionnelle à (E − E_g)^1/2. En traçant ces deux fonctions (figure 8), nous pouvons déduire immédiatement que la largeur à mi-hauteur théorique est donnée par la relation :