Diode électroluminescente blanche

Définition de la LED blanche

Une LED blanche est définie comme une technologie d'éclairage qui utilise diverses méthodes pour produire de la lumière blanche à partir de LEDs, maintenant largement utilisées dans de nombreuses applications d'éclairage.

Les diodes électroluminescentes blanches, ou LED blanches, ont révolutionné l'éclairage. Initialement, les LEDs étaient limitées aux indicateurs, aux affichages et à l'éclairage d'urgence. Aujourd'hui, les LEDs blanches sont utilisées dans presque toutes les applications d'éclairage, de l'éclairage intérieur à l'éclairage des rues en passant par l'éclairage d'inondation, ce qui les rend omniprésentes.

Les LEDs ne peuvent pas naturellement émettre de la lumière blanche, mais des technologies spécifiques leur permettent de le faire. Les principales méthodes pour produire de la lumière blanche dans les LEDs sont la conversion de longueur d'onde, le mélange de couleurs et la technologie homo-épitaxiale ZnSe.

Conversion de longueur d'onde

La conversion de longueur d'onde transforme le rayonnement d'une LED en lumière blanche. Les méthodes incluent l'utilisation d'une LED bleue avec un phosphore jaune, plusieurs phosphores, une LED ultraviolette avec des phosphores RGB, ou une LED bleue avec des points quantiques.

LED bleue et phosphore jaune

Dans cette méthode de conversion de longueur d'onde, une LED qui émet un rayonnement bleu est utilisée pour exciter un phosphore jaune (Grenat d'aluminium et d'yttrium). Cela entraîne l'émission de lumière jaune et bleue, et ce mélange de lumière bleue et jaune donne l'apparence de la lumière blanche. Cette méthode est la moins coûteuse pour produire de la lumière blanche.

LED bleue et plusieurs phosphores

Cette méthode de conversion de longueur d'onde implique l'utilisation de plusieurs phosphores avec une LED bleue. Chaque phosphore utilisé émet une couleur différente de lumière lorsque le rayonnement émis par la LED bleue tombe sur eux. Ces différentes couleurs de lumière se combinent avec la lumière bleue originale pour produire de la lumière blanche. L'utilisation de plusieurs phosphores au lieu du phosphore jaune produit une lumière blanche qui a un spectre de longueur d'onde plus large et une meilleure qualité de couleur en termes de IRC et CCT. Cependant, ce processus est plus coûteux comparé au processus impliquant uniquement le phosphore jaune (YAG).

LED ultraviolette avec phosphores RGB

Une troisième méthode de conversion de longueur d'onde concerne l'utilisation d'une LED émettant un rayonnement ultraviolet en conjonction avec des phosphores rouge, vert et bleu (RGB). La LED émet un rayonnement ultraviolet, non visible pour l'œil humain, qui tombe sur les phosphores rouge, vert et bleu et les excite. Lorsque ces phosphores RGB sont excités, ils émettent des radiations qui se mélangent pour fournir une lumière blanche. Cette lumière blanche a un spectre de longueur d'onde encore plus large que les technologies précédemment discutées.

LED bleue et points quantiques

Dans cette méthode, une LED bleue est utilisée pour activer des points quantiques. Les points quantiques sont de minuscules cristaux semi-conducteurs entre 2 et 10 nm. Ils correspondent à 10–50 atomes de diamètre. Lorsque les points quantiques sont utilisés avec une LED bleue, ils forment une fine couche de particules nano-cristallines qui contient 33 ou 34 paires de cadmium ou de sélénium qui sont recouvertes sur la LED. La lumière bleue émise par la LED excite les points quantiques. Cette excitation entraîne la génération d'une lumière blanche qui a un spectre de longueur d'onde presque similaire à la lumière blanche produite par une LED ultraviolette avec des phosphores RGB.

Mélange de couleurs

Plusieurs LEDs (généralement émettant les couleurs primaires rouge, bleu et vert) sont installées à l'intérieur d'une lampe et l'intensité de chaque LED est ajustée proportionnellement pour obtenir de la lumière blanche. C'est l'idée de base de la technique de mélange de couleurs. La technique de mélange de couleurs nécessite au minimum deux LEDs en conjonction, émettant de la lumière bleue et jaune, dont les intensités doivent être variées afin de générer de la lumière blanche. Le mélange de couleurs est également effectué à l'aide de quatre LEDs où le ROUGE, le BLEU, le VERT et le JAUNE sont utilisés côte à côte. Comme les phosphores ne sont pas utilisés dans le mélange de couleurs, il n'y a pas de perte d'énergie lors du processus de conversion, et donc, la technique de mélange de couleurs est plus efficace que les techniques de conversion de longueur d'onde.

ZnSe homo-épitaxial

Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka, Japon, s'est associé à Procomp Informatics, Ltd., Taipei, Taiwan, dans une coentreprise nommée Supra Opto, Inc. pour développer et commercialiser une nouvelle technologie de production de lumière blanche à partir de LED. Cette nouvelle technologie est connue sous le nom de technologie ZnSe homo-épitaxiale de production de lumière blanche.

Dans cette technologie, la lumière blanche est générée en faisant croître une couche épitaxiale de LED bleue sur un substrat de séléniure de zinc (ZnSe). Cela entraîne l'émission simultanée de lumière bleue de la région active et de lumière jaune du substrat. La couche épitaxiale de la LED émet une lumière bleu-vert à 483 nm, tandis que le substrat ZnSe émet simultanément une lumière orange à 595 nm. La combinaison de cette lumière bleu-vert de longueur d'onde 483 nm et de la lumière orange de longueur d'onde 595 nm produit une lumière blanche, et nous obtenons une LED blanche dont la température de couleur corrélée (CCT) est dans la plage de 3000 K et au-dessus. La durée de vie moyenne de cette LED blanche est d'environ 8000 heures.

Actuellement, cette LED est utilisée dans des applications telles que l'éclairage, les indicateurs et les rétroéclairages pour les afficheurs à cristaux liquides. Cependant, avec l'augmentation de sa durée de vie moyenne, cette LED blanche deviendra adaptée à des applications d'éclairage supplémentaires.