Pour être plus économes en énergie, de nombreuses personnes ont remplacé leurs lampes à incandescence par des ampoules à diode électroluminescente (LED). Cependant, les ampoules actuellement sur le marché émettent beaucoup de lumière bleue, qui a été associée à des problèmes oculaires et à des troubles du sommeil. Des chercheurs, dont les résultats sont publiés dans ACS Applied Materials & Interfaces, ont mis au point un prototype de LED qui réduit – au lieu de masquer – la composante bleue, tout en faisant apparaître les couleurs comme dans la lumière naturelle du soleil.
Les ampoules LED sont populaires en raison de leur faible consommation d’énergie, de leur longue durée de vie et de leur capacité à s’allumer et s’éteindre rapidement. À l’intérieur de l’ampoule, une puce LED convertit le courant électrique en une lumière à haute énergie, notamment des longueurs d’onde invisibles de type ultraviolet (UV), violet ou bleu. Un capuchon placé sur la puce contient plusieurs phosphores – des composés luminescents solides qui convertissent la lumière à haute énergie en longueurs d’onde visibles à plus faible énergie. Chaque phosphore émet une couleur différente, et ces couleurs se combinent pour produire une lumière blanche à large spectre.
Les ampoules LED commerciales utilisent des LED bleues et des phosphores émettant du jaune, qui apparaissent comme une lumière blanche froide et brillante semblable à la lumière du jour. L’exposition continue à ces lumières bleues a été liée à la formation de cataractes, et les allumer le soir peut perturber la production d’hormones induisant le sommeil, comme la mélatonine, ce qui déclenche l’insomnie et la fatigue.
Afin de créer une ampoule LED d’un blanc plus chaud pour une utilisation nocturne, les chercheurs précédents avaient ajouté des phosphores émettant du rouge, mais cela ne faisait que masquer la teinte bleue sans l’éliminer.
Jakoah Brgoch et Shruti Hariyani ont donc voulu mettre au point un phosphore qui, utilisé dans un dispositif à LED violette, produirait une lumière blanche plus chaude tout en évitant la gamme de longueurs d’onde problématique.
Comme preuve de concept, les chercheurs ont identifié et synthétisé un nouveau phosphore cristallin luminescent contenant de l’europium ((Na1.92Eu0.04)MgPO4F). Dans les tests de stabilité thermique, la couleur d’émission du phosphore était cohérente entre la température ambiante et la température de fonctionnement plus élevée (301 F) de l’éclairage commercial à base de LED.
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Dans les expériences d’humidité à long terme, le composé n’a montré aucun changement dans la couleur ou l’intensité de la lumière produite. Pour voir comment le matériau pourrait fonctionner dans une ampoule, les chercheurs ont fabriqué un dispositif prototype avec une LED à lumière violette recouverte d’un capuchon en silicone contenant leur composé bleu luminescent mélangé à des phosphores émettant dans le rouge et le vert.
Ce dispositif a produit la lumière blanche chaude désirée tout en minimisant l’intensité dans les longueurs d’onde bleues, contrairement aux ampoules LED commerciales. Les propriétés optiques du prototype ont permis de révéler la couleur des objets presque aussi bien que la lumière naturelle du soleil, répondant ainsi aux besoins de l’éclairage intérieur, affirment les chercheurs, qui ajoutent toutefois qu’il reste du travail à faire avant que le prototype ne soit prêt à être utilisé au quotidien.
** Les auteurs reconnaissent le financement par la Fondation nationale des sciences des États-Unis et de la Fondation Welch.
Credit / Jakoah Brgoch
