Lumière
Longueur d’onde et fréquence : comment la lumière obtient sa couleur
La couleur n’est pas le fruit du hasard : chaque couleur de lumière correspond à une longueur d’onde déterminée. Cela explique pourquoi nous pouvons décrire une couleur LED avec précision en nanomètres, et pourquoi notre œil perçoit une couleur bien plus intense qu’une autre.
La lumière se déplace en petites ondes, un peu comme les vagues sur l’eau. Pour certaines ondes, les crêtes sont très espacées ; pour d’autres, elles sont très rapprochées.
La distance entre deux crêtes s’appelle la longueur d’onde. Et cette longueur d’onde détermine la couleur ! La lumière rouge a des ondes plus longues, la lumière bleue des ondes plus courtes. C’est ainsi que ton œil sait quelle couleur il voit.
Curieusement, notre œil voit le mieux la lumière jaune-vert. C’est pourquoi le jaune et le vert ressortent particulièrement bien, même de loin.
Parce que la lumière se comporte comme une onde, nous pouvons mesurer deux choses : la longueur d’onde (la distance entre deux crêtes) et la fréquence (le nombre d’ondes qui passent par un point chaque seconde). Les deux sont inversement proportionnelles : plus la fréquence est élevée, plus la longueur d’onde est courte, et inversement.
La longueur d’onde décrit la couleur avec précision
On dit le plus souvent « rouge », « vert » ou « bleu », mais dans le monde des LED un langage plus précis est nécessaire. Pour cela, on utilise la longueur d’onde en nanomètres (nm). Les LED rouges employées dans les écrans extérieurs se situent par exemple autour de 625 nm. L’œil humain voit les longueurs d’onde comprises entre environ 400 et 700 nm.
Toutes les couleurs ne paraissent pas aussi intenses
Dans un environnement bien éclairé, l’œil est le plus sensible à la lumière autour de 555 nm (jaune-vert), et bien moins sensible au rouge profond et au bleu. À énergie égale, la lumière jaune-vert paraît donc plus intense. C’est précisément pour cela que les vêtements haute visibilité et de nombreux écrans d’avertissement sont jaune-vert, et pourquoi cela entre en jeu dans la conception d’un écran lisible.
Pour le rayonnement électromagnétique, c = λ·ν, c étant la vitesse de la lumière. La longueur d’onde et la fréquence sont donc l’inverse l’une de l’autre à c constant. Pour la lumière visible, la longueur d’onde (nm) est la description usuelle ; la longueur d’onde dominante détermine la teinte perçue. La perception des couleurs dépend toutefois de plus que de la seule longueur d’onde : la teinte, la saturation et la luminosité interviennent également.
La sensibilité de l’œil V(λ)
La sensibilité spectrale de l’œil en plein jour est décrite par la fonction d’efficacité lumineuse photopique V(λ), qui culmine à 555 nm. Cette fonction fait le pont entre la radiométrie (énergie physique) et la photométrie (luminosité perçue) : deux sources de lumière de même énergie de rayonnement mais de longueur d’onde différente fournissent un flux lumineux différent en lumens.
Conséquence pour la couleur des écrans LED
Parce qu’une LED émet à bande étroite autour d’une longueur d’onde dominante, les primaires LED sont fortement saturées. Le mélange du rouge, du vert et du bleu (synthèse additive des couleurs) produit une large gamme de couleurs (gamut). Le choix des longueurs d’onde exactes des puces R, V et B contribue à déterminer l’étendue de cette gamme et la balance des blancs de l’écran.