LEDs blanches - Technologies à phosphores

Présentation générale
Technologie et mise en oeuvre du phosphore
Types de phosphores et alternatives
Références blibliographiques

Introduction

Au cours des années 80, la technologie d’éclairage à phosphore connaissait son apogée, tubes, écran de télévision, utilisaient le procédé d’une excitation du phosphore par une radiation UV-bleue.

Dans le même temps, les LEDs (rouge et jaune principalement) ont connu des évolutions, et même si le phénomène d’émission lumineuse à partir d’un semi-conducteur remontait au début du siècle, la maturité de la technologie ne permettait toujours pas de produire de LED bleue suffisamment performante pour être commercialisée.

C’est ce qui explique le tout récent développement des LEDs blanche (début des années 90).

Nichia, une entreprise Japonaise de taille moyenne (200-300 personnes en 1975), fournissait à ses clients (fabricants de tube pour l’éclairage, de télévision) ce précieux phosphore. En 1979, un certain Shuji NAKAMURA fut recruté au sein de Nichia afin de développer de nouveaux produits et de prendre en charge le département R&D. Shuji provenait du monde de l’électronique et du semi-conducteur, et se mit en quête de développer un semi conducteur ayant une émission bleue. De 1982 à 1989 il travailla sur différents types de wafer afin de développer une LED bleue suffisamment performante. Au cours de l’année 1989, il y avait 2 méthodes de fabrication des LEDs bleues, utilisant 2 types de matériaux : ZnSe et GaN.

La plus part des laboratoires travaillant dans ce domaine, pour ne pas dire tous, avaient choisi le ZnSe qui présentait à priori les meilleurs caractéristiques pour une émission bleue. NAKAMURA, préféra se concentrer sur la méthode utilisant le GaN pour une raison évidente : même s’il avait réussi à développer une LED bleue efficace en ZnSe, il se serait très vite heurté à une concurrence des plus rudes.

En 1991, après avoir modifié un réacteur de déposition chimique (MOCVD) acheté dans le commerce, en lui ajoutant un second courant de gaz inerte (perpendiculaire au courant de déposition), annihilant les effets néfastes de convection dans le réacteur, il obtint une qualité de cristal GaN inégalée jusque là.

Durant cette année, il pu alors développer une jonction  de type N puis l’année suivante une jonction de type P, et c’est en 1993 qu’il fabriqua la première LED bleue suffisamment performante pour être commercialisée, suivie de la première LED blanche.

Ce fut le point de départ de la technologie LED bleue + phosphore.

Problématique

Au cours des 15 dernières années, le process de fabrication des LEDs blanches a constamment évolué, tant sur le plan de la qualité du matériau lui-même que sur sa mise en œuvre.

Nous allons discuter dans les paragraphes suivants de ces évolutions, en commençant par faire un rapide résumé du mode de fonctionnement d’une LED blanche utilisant la technologie à phosphore.

L'auteur

Laurent MASSOL est ingénieur chez LED Engineering Development (www.led-development.fr)

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