Comment les lumières LED changent-elles de couleur?

Fini le temps où l’on utilisait des gels éclairants pour changer la couleur d’une source lumineuse. Aujourd’hui, une petite diode suffit à fournir des couleurs infinies.

Mais qu’est-ce que les LED ont, par rapport aux ampoules traditionnelles, qui leur permet de changer de couleur? Comment quelque chose d’aussi avancé technologiquement peut-il être si petit?

Une LED à changement de couleur contient 3 diodes séparées dans le même boîtier d’ampoule. Chacune de ces diodes émet sa propre couleur spécifique: rouge, vert ou bleu. Lorsque les trois diodes sont allumées à pleine capacité, une lumière blanche est produite. Le réglage de l’intensité de chaque diode vous permet de créer une gamme de couleurs et de nuances différentes.

La différence entre la couleur et la température de couleur

Avant de passer aux choses sérieuses, il convient de clarifier ce que j’entends par couleur et en quoi elle diffère de la température de couleur.

La «couleur» fait référence à la couleur de la lumière émise par la diode, qui peut être n’importe quelle couleur de l’arc-en-ciel. La température de couleur, quant à elle, fait référence à la teinte de la lumière blanche émise. Les lumières blanches peuvent produire des effets visuels plus chauds ou plus froids, et cela se mesure en degrés Kelvin.

L’échelle Kelvin a été établie par un physicien britannique, Lord Kelvin, qui a étudié les changements de couleur dans les métaux chauffés. Il a découvert que lorsque la température d’un matériau noir augmente, sa couleur passe du rouge au jaune et éventuellement au bleu.

Contrairement à la température de l’air, qui est mesurée en degrés Celsius ou Fahrenheit, les températures de couleur chaudes ont des kelvins faibles et les froides ont des kelvins élevés. L’échelle Kelvin va de 0 à 10 000K, mais la plupart des LED se situeront entre 2 000 et 6 500K.

Comment une LED change-t-elle de couleur?

Les LED peuvent générer jusqu’à 16 millions de couleurs. Alors comment fonctionnent-ils?

Les LED de couleur sont composées de 3 diodes: rouge, verte et bleue (RGB). Le concept RBG est un modèle additif, ces couleurs sont utilisées car nos yeux voient toutes les couleurs comme différentes combinaisons de longueurs d’onde de rouge, vert et bleu.

Pour créer des diodes colorées, les fabricants de LED utilisent différents matériaux semi-conducteurs pour chaque diode.

Le semi-conducteur à diode rouge est généralement composé   d’  arséniure de galliumaluminium. Les diodes vertes, quant à elles, utilisent du phosphure de gallium et les bleues du nitrure de gallium-indium.

Le passage d’un courant à travers les 3 diodes à intensité égale produit une lumière blanche. Parce que les LED sont si petites et les diodes si proches les unes des autres, nos yeux voient la combinaison de couleurs, plutôt que chaque diode colorée individuelle.

En ajustant le courant pour qu’il ne traverse que 2 diodes, 3 couleurs supplémentaires peuvent être créées. Le passage d’un courant à travers les diodes rouge et bleue crée du magenta, le rouge et le vert produisent du jaune et le bleu et le vert produisent du cyan.

Voici le tableau qui représente les principaux rendus de couleurs que vous obtiendrez en mélangeant différentes couleurs:

ROUGE VERT BLEU COULEUR DEL
Blanc
rouge
Vert
Bleu
Magenta
Jaune
cyan

Flux alternatif à chaque flux RVB

Au-delà, d’autres couleurs sont créées en ajustant le niveau de courant traversant chaque diode. Si, par exemple, les diodes rouge et verte sont allumées mais que le vert fonctionne à 50%, une couleur entre le rouge et le jaune sera créée. Dans ce cas, orange.

En alternant le flux de courant vers chacune des diodes, plus de 16 millions de couleurs et de nuances peuvent être obtenues.

Oui, tout ça ne mélangeant que trois couleurs primaires.

Dans les LED à changement de couleur, un microcontrôleur est utilisé pour contrôler si chaque diode s’allume ou s’éteint. Pour atténuer une diode tandis que les LED utilisent la modulation de largeur d’impulsion (PWM).

Comme son nom l’indique, PWM fonctionne en allumant et en éteignant rapidement la diode. Ce clignotement est si rapide qu’il est indétectable à l’œil humain. Par conséquent, nos yeux ne voient que le résultat net, c’est-à-dire la couleur.

La plupart des LED clignotent à 1000 Hz, mais l’œil humain ne peut identifier que les clignotements plus lents que 200 Hz.

Pour quantifier l’intensité de chaque diode, le modèle RVB utilise un code couleur. Vous serez probablement familier avec cela si vous avez une formation en conception graphique ou en développement Web.

Sous le code de couleur RVB, chaque diode reçoit une valeur décimale comprise entre 0 et 255. Ainsi, le code de couleur pour l’orange, suivant l’exemple ci-dessus, serait 255, 128, 0. Cela peut également être présenté sous forme de pourcentage, 100%, 50%, 0%.

Comment la LED modifie-t-elle la température de couleur?

Dans l’ensemble, régler la couleur d’une LED est assez simple, mais peut-on en dire autant de la température de couleur d’une ampoule?

Malheureusement, ce n’est pas si facile. Les LED sont fabriquées pour produire des couleurs Kelvin spécifiques, ce qui signifie qu’une fois construites, la température de couleur est fixe et ne peut pas être modifiée.

Comme je l’ai expliqué dans un article récent, les lumières chaudes ont un effet relaxant et les lumières bleues nous aident à rester vigilants. C’est donc frustrant car certaines zones de la maison sont utilisées à la fois pour la détente et la concentration. Vous ne pouvez pas avoir le meilleur des deux mondes.

Heureusement, les fabricants ont reconnu cette situation et ont innové des luminaires LED avec des températures de couleur changeantes. Ces luminaires combinent deux ensembles de puces LED, avec des températures froides et chaudes, entre lesquelles les utilisateurs peuvent basculer.

Les couleurs de l’ampoule peuvent-elles être alternées?

Bien que la technologie soit relativement simple, les LED à changement de couleur sont difficiles à personnaliser. Décomposons-le.

Tout d’abord, il existe deux types de LED de couleur: monochrome et multicolore. Si une LED doit toujours être de couleur rouge unie, par exemple, il serait inutile d’inclure les diodes vertes et bleues à l’intérieur du boîtier. Puisqu’ils seraient toujours éteints.

Cela signifie qu’il est physiquement impossible pour les LED monochromes de changer de couleur car elles ne disposent pas des composants nécessaires.

D’autre part, la plupart des LED colorées contiennent les trois diodes colorées primaires. Ils peuvent être capables de parcourir une variété de couleurs, mais les combinaisons seront prédéterminées par le fabricant des LED.

La couleur que la lumière peut émettre est contrôlée par un petit ordinateur de bord. A moins d’avoir accès à cet ordinateur, il est peu probable que vous puissiez personnaliser les couleurs de vos LED.

Cependant, au cours de la dernière année, les LED intelligentes ont gagné en popularité. Cette technologie innovante vous permet de contrôler la couleur des lumières LED via une télécommande ou une application smartphone.

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