Descriptif
La technologie des LED a connu un essor considérable ces 20 dernières années, constituant une nouvelle source de lumière petite, fiable, électriquement efficace et intense. De nombreuses applications s’ouvrent à ces nouvelles technologies, dans tous les domaines de l’éclairage (éclairage public, automobile, médecine etc).
L’objectif de ce cours est d’étudier la physique régissant le fonctionnement de ces dispositifs.
Dans une longue introduction, les principales technologies LED et leurs applications dans l’éclairage et les écrans seront présentées. On rappellera aussi la photométrie des LEDs.
La première partie du cours consiste à analyser les principes d’émission et d’absorption de la lumière dans les semiconducteurs, pour en déduire notamment le spectre d’émission des LED en fonction des matériaux et technologies utilisées.
Dans une seconde partie, on décrira le fonctionnement électrique des LED à homo et hétéro jonction.
Enfin, dans une dernière partie, on s’intéressera aux problèmes d’extraction de la lumière dans les LED, décrivant également le cas particulier des RCLED (LED a cavité résonante).
Objectifs pédagogiques
A l'issue de cet enseignement les élèves seront capables de:
- Maitriser le domaine de l'optique et de la photonique
- Etre capable de mettre en oeuvre tout projet intégrant l'optique et la photonique
- Intégrer la photonique aux autres dimensions du système ou projet (électronique, mécanique, informatique, champ d'application …)
- Mettre en oeuvre la démarche scientifique (comprendre les théories, les phénomènes physiques, maitriser les ordres de grandeurs, savoir faire des approximations)
- Modéliser des phénomènes physiques et des systèmes réels
- Evoluer dans un large champ scientifique
- Présenter les mécanismes physiques à l’origine du fonctionnement des diodes électroluminescentes, depuis les notions physiques fondamentales d’interaction lumière matières, jusqu’aux problématiques d’extraction de lumière. L’étudiant doit être capable de mettre en œuvre les équations simples régissant l’utilisation et le dimensionnement des LEDs.
- Cours magistral : 18
- Travaux dirigés : 9
Diplôme(s) concerné(s)
Parcours de rattachement
Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée
Mécanique quantique et physique des semiconducteurs élémentaires
Format des notes
Numérique sur 20Littérale/grade réduitPour les étudiants du diplôme Diplôme d'ingénieur de l'Institut d'Optique Théorique et Appliquée
Vos modalités d'acquisition :
Nombre d'évaluations: 1
Nature de l'évaluation: examen écrit
Modalités: Tout document/calculatrice autorisée
- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 10
- Crédits ECTS acquis : 2 ECTS
Le coefficient de l'UE est : 2
La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.
Programme détaillé
I Introduction
Les differentes technologies AlGaAs, AlGaInP, AlInGaN materials system.
Les LED blanches & Eclairage
Ecran à LED
II Physique à l’origine du fonctionnement des LED
Rappel de physique des semiconducteurs
Absorption et émission dans les semiconducteurs
II Le composants LED
L’homojonction PN
Les héterostructures et les puits quantiques
Rendement et efficiency « droop off »
III Extraction de lumière dans les LED
Cône d’extraction, impact de la géométrie des LED
Utilisation des surfaces texturées.
Réflecteurs et miroirs de Bragg
Emission spontanée dans les cavités résonnantes, et concept des LED a cavité résonante
