Comment les LED produisent différentes couleurs : Ingénierie de bande interdite et conversion phosphore
La couleur d'une LED n'est pas ajoutée — elle est déterminée par la physique quantique du semi-conducteur. L'énergie du photon émis égale l'énergie de la bande interdite de la région active. Changez le matériau, changez la couleur.
Le mécanisme quantique
- Polarisation directe injecte électrons (côté n) et trous (côté p) dans la région active (puits quantiques).
- Recombinaison radiative : Électron tombe de bande conduction à bande valence, libérant énergie sous forme photon.
- Énergie photon : Ephoton ≈ Eg (bande interdite). Longueur d'onde λ = hc/Eg.
- Couleur = longueur d'onde : 620–750 nm = rouge ; 520–560 nm = vert ; 450–495 nm = bleu.
Systèmes matériaux par couleur
| Couleur | Longueur d'onde | Système matériaux principal | Bande interdite (eV) |
|---|---|---|---|
| Infrarouge | >750 nm | GaAs, AlGaAs, InGaAs | 1,4–0,8 |
| Rouge | 620–645 nm | AlGaInP (Aluminium Gallium Indium Phosphide) | 1,9–2,0 |
| Ambre/Orange | 590–610 nm | AlGaInP | 2,0–2,1 |
| Jaune/Vert | 565–575 nm | AlGaInP (jaune) ; InGaN (vert) | 2,1–2,3 |
| Vert vrai | 520–535 nm | InGaN (Indium Gallium Nitride) | 2,3–2,4 |
| Bleu | 450–490 nm | InGaN | 2,5–2,75 |
| UV | <400 nm | AlGaN, AlN | >3,1 |
Deux façons d'obtenir le blanc (et d'autres couleurs)
1. LED à conversion phosphore (pc-LED) — Dominant pour le blanc
- LED pompe InGaN bleue (450–460 nm)
- Couche phosphore (YAG:Ce pour jaune ; KSF, phosphures nitrure pour rouge)
- Bleu + jaune → blanc froid ; Bleu + vert + rouge → blanc chaud haut IRC
- Gamme TCC : 1800K–6500K+ ; IRC 70–98+
2. Multi-puces / Mélange couleurs
- Puces R+G+B discrètes (ou R+G+B+Ambre, RGBW) dans un boîtier
- Commande indépendante → couleur réglable, gamme complète
- Utilisé dans : Éclairage scène, architectural, horticulture, affichage
Techniques couleur avancées
- Points quantiques (QD) : Nanocristaux sur LED bleue → émission étroite, IRC ultra-élevé, large gamme (affichages).
- Conversion longueur d'onde via puits quantiques multiples : Puits quantiques empilés émettent plusieurs couleurs depuis une seule épitaxie.
- TCC réglable : Mélanges phosphores bi-canal (chaud/froid) ou tri-canal avec commande indépendante.
Point clé
Pas de filtres, pas de gélatines, pas de roues de couleur. La couleur est cultivée dans le réseau cristallin en contrôlant la composition indium/aluminium pendant l'épitaxie MOCVD. C'est pourquoi les LED sont efficaces — elles génèrent uniquement la longueur d'onde désirée (plus perte Stokes phosphore pour le blanc).