Lumière
Le spectre électromagnétique : d’où vient la lumière visible
La lumière qu’émet un écran LED est une forme de rayonnement électromagnétique, tout comme les ondes radio ou les rayons X. Pourtant, nos yeux ne voient qu’une tranche infime de tout ce spectre. Ici, vous découvrez laquelle, et pourquoi.
Tout ce que nous appelons « lumière » est une sorte d’onde : une vibration qui se propage dans l’espace. Il existe de très nombreuses sortes de ces ondes. Certaines servent à écouter la radio, d’autres à réchauffer les aliments dans le four à micro-ondes, et d’autres encore permettent au médecin de prendre une photo de tes os.
Nos yeux ne peuvent voir qu’un tout petit groupe de ces ondes. C’est ce que nous appelons la lumière visible. Toutes les couleurs que tu connais, du rouge au violet, se trouvent dans ce petit groupe. Le reste des ondes existe bel et bien, mais nous ne pouvons tout simplement pas les voir.
Un écran LED fabrique précisément ces ondes visibles, dans les bonnes couleurs, pour que tu voies une image.
La lumière est un rayonnement électromagnétique : une onde formée d’un champ électrique et d’un champ magnétique qui voyagent ensemble dans l’espace. Le spectre électromagnétique complet ordonne tout ce rayonnement de la grande à la petite longueur d’onde. Au XVIIe siècle, Isaac Newton démontra à l’aide d’un prisme que la lumière blanche se décompose en couleurs distinctes du spectre visible.
Des ondes radio aux rayons gamma
Classées de la grande à la petite longueur d’onde, les régions se succèdent ainsi : ondes radio, micro-ondes, infrarouge, lumière visible, ultraviolet, rayons X et rayons gamma. La lumière visible n’y est qu’une bande étroite comprise entre environ 380 et 700 nanomètres (un nanomètre = un milliardième de mètre). En deçà et au-delà, le rayonnement se poursuit, mais nos yeux n’y réagissent pas.
Pourquoi cela compte pour un écran
Une LED convertit l’énergie électrique en un rayonnement d’une longueur d’onde déterminée, et donc d’une couleur déterminée. En combinant des LED rouges, vertes et bleues, on crée toutes les couleurs que l’écran affiche. L’infrarouge (chaleur) et l’ultraviolet sortent de ce que nous voyons ; une LED bien conçue concentre autant que possible son énergie dans la bande visible.
Le rayonnement électromagnétique se propage dans le vide à la vitesse de la lumière c ≈ 3 × 10⁸ m/s. La longueur d’onde (λ) et la fréquence (ν) sont liées par c = λ·ν, et l’énergie par photon par E = h·ν (h étant la constante de Planck). Plus la longueur d’onde est courte, plus la fréquence et l’énergie du photon sont élevées.
La bande visible en contexte
La bande visible (≈ 380–700 nm) est, vue à l’échelle logarithmique, minuscule comparée au spectre complet, qui s’étend des ondes radio kilométriques aux rayons gamma de l’ordre du picomètre.
| Domaine | Longueur d’onde (ordre de grandeur) |
|---|---|
| Ondes radio | > 1 m |
| Micro-ondes | 1 mm – 1 m |
| Infrarouge | 700 nm – 1 mm |
| Lumière visible | 380 – 700 nm |
| Ultraviolet | 10 – 380 nm |
| Rayons X | 0,01 – 10 nm |
| Rayons gamma | < 0,01 nm |
Émission à bande étroite des LED
Contrairement à une lampe à incandescence, qui émet un large spectre continu et perd une grande partie de son énergie sous forme d’infrarouge (chaleur), une LED émet une lumière à bande étroite autour d’une longueur d’onde dominante (largeur spectrale à mi-hauteur typiquement de quelques dizaines de nm). Cela rend les couleurs LED saturées et économes en énergie : la quasi-totalité de l’énergie émise tombe dans la bande visible. Les LED blanches obtiennent le blanc en combinant une puce bleue à un phosphore jaune, ou en mélangeant des puces rouge, verte et bleue.