Les LEDs blanches

On rencontre dans le commerce une large gamme de LEDs blanches. Les températures de couleur des modèles s’étendent de 2700K à 10 000 K environ.

A l’intérieur du diagramme de chromaticité de la CIE, les constructeurs définissent des zones permettant de trier les différentes LEDs blanches en fonction de leurs caractéristiques colorimétriques (coordonnées x, y). Ces zones sont propres à chaque constructeur et ne sont pas normalisées. Nous utilisons ici celles de Lumileds (Philips).

On distingue pour le blanc trois grandes zones principales, elles même subdivisées :

• Blanc chaud (2670 K à 3500 K)
• Blanc neutre (3500 K à 4500 K)
• Blanc froid (4500 K à 10 000 K)

Le blanc n’est pas une radiation monochromatique. Contrairement aux autres couleurs, le spectre d'une LED blanche n'est pas fin :il est composé d’un mélange de différentes longueurs d’ondes. Ainsi d'obtenir du blanc avec une LED, il existe plusieurs méthodes :

Bleu + phosphore(s)

La première méthode, historiquement la première et la plus employée, repose sur le principe suivant :

Deux photons de longueurs d’ondes complémentaires (λ_courte et λ_longue)  atteignant simultanément la rétine produisent sur l’œil humain une sensation de lumière blanche. Bien qu’en théorie on puisse utiliser une infinité de combinaisons, la mise en œuvre de ce principe est réalisée par l’utilisation d’une LED bleue recouverte d’une ou de plusieurs couches de phosphore(s). Au contact du phosphore, une partie de la radiation bleue (λ_courte) est convertie en radiations de plus longue longueur d’onde (λ_longue) jaune.

Généralement on utilise un phosphore jaune (YAG-Ce) qui permet d’obtenir des LEDs d’une température de couleur de l’ordre de 5500K. Pour produire du blanc chaud, dit « warm white », de l’ordre de 3200K, on ajoute une couche de phosphore qui produit un rayonnement rouge. Ceci réduit tangiblement le rendement lumineux de la LED. La nature et la quantité du ou des phosphores utilisés ont une influence sur les caractéristiques du blanc (température de couleur et IRC) mais aussi sur le rendement lumineux final exprimé en lm/W.

Avantage :

• Bon rendement lumineux
• Economique

Inconvénients :

• Cette méthode a tendance à produire un blanc qui possède un halo jaune à la périphérie tandis que la tache centrale est bleutée. Ceci est du au fait que le bleu possède une émission très directionnelle et le jaune omnidirectionnelle.
  Ceci entraine une inhomogénéité du flux.

• Mauvais IRC s’il n’y a qu’une couche de phosphore jaune.

UV+phosphore

Le principe de cette méthode est de convertir un rayonnement ultra violet (λ_courte) en radiations visibles. A noter que cette technique est déjà utilisée pour les lampes fluorescentes, appelés « néons ». On utilise donc un savoir faire déjà éprouvé par ailleurs.

La conversion du rayonnement UV est réalisée par une ou plusieurs couches de phosphores.

Avantages

• Possibilité de produire une large gamme de blancs
• Bonne uniformité (pas de phénomène de « halo »

Inconvénients

• Rendement lumineux inférieur à la méthode « bleu + phosphore(s) »
• L’émission d’UV détériore le package. Ce qui réduit la durée de vie de la source et opacifie le boitier.

RGB / RVB

Le principe est de mélanger le flux lumineux de 3 puces ou de 3 LEDs (une rouge, une verte et une bleue).

Les caractéristiques colorimétriques de la lumière produite est fonction de la proportion relative de rayonnement des  trois composantes.

Il est courant d’utiliser plus de trois sources. Ceci permet de pouvoir obtenir plus de nuances de couleurs ou encore d’être plus précis sur la couleur obtenue. On peut alors adjoindre du cyan, de l’ambre ou du rouge orangé.

Avantages :

• On peut obtenir de nombreuses couleurs (on peut généralement couvrir plus de 100% du diagramme NTSC)
• Le recours aux luminophores devient inutile
• Précision (IRC et Tc)
• Contrôle dynamique des caractéristiques colorimétriques
• Le rendement lumineux est le meilleur de toutes les méthodes. En effet il n’y a pas de phosphores qui absorbent une partie du flux.

Inconvénients :

• Il faut inclure dans un unique boitier trois puces possédant chacune leur propre valeur de courant d’alimentation.
• Complexité de l’ensemble
• Nécessité d’homogénéiser le flux résultant
• La solution RGB est la plus onéreuse
• Taille du package plus importante
• La dérive en température (quantité de flux et Longueur d’onde).

PRS LED

Cette méthode utilise des leds appelées PRS-LED (Photon Recycling Semi-conductor Led). Deux régions actives sont présentes dans la led: une primaire qui émet du bleu et une secondaire qui absorbant une partie du rayonnement bleu engendre des photons jaunes. Leur réunion donne naissance à un rayonnement blanc.

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