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LEDの発光原理

白熱灯や蛍光灯とは違うLEDのしくみ。
LEDは電気を流すと発光する半導体の一種で、従来の光源には真似できない優れた特長を持っています。
ではどうして光るのか、簡単に説明しましょう。

LEDの発光原理

  • 図:LEDの発光原理
  • LEDチップの基本構造は、P型半導体( + :positive 正孔が多い半導体)とN型半導体( - :negative 電子が多い半導体)が接合された「PN接合」で構成されます。
  • LEDチップに順方向の電圧をかけると、LEDチップの中を電子と正孔が移動し電流が流れます。移動の途中で電子と正孔がぶつかると結合(この現象を再結合という)し、再結合された状態では、電子と正孔がもともと持っていたエネルギーよりも、小さなエネルギーになります。その時に生じた余分なエネルギーが光のエネルギーに変換され発光します。これがLEDの発光原理です。
  • 図:LEDの発光原理

LEDの発光色

  • LEDにはどうして赤や青、緑の光を発するものがあるのでしょう。その秘密はLEDチップに使われる化合物にあります。Ga(ガリウム)、N(窒素)、 In(インジウム)、Al(アルミニウム)、P(リン)など、半導体を構成する化合物によって、放出される光の波長が異なります。
    光の波長は下にも示すとおり450nm前後が青色、520nm前後が緑色、660nm前後が赤色に見えます。この波長の違いが、LEDの発光色を決めているのです。白色光は2色以上の光を混ぜて白色に見せる手法をとりますが、補色を混色するより、赤、青、緑の3原色を混色したほうが、より自然な白色に見えます。
  • [ 化合物による発光色の違い ]
  • 図:化合物による発光色の違い
  • 図:白色LEDのしくみ
  • [ 白色LEDのしくみ ]
  • 白色は2色以上の光を混ぜて表現。
    青色LED+蛍光体方式が主流です。
  • 白色LEDのしくみとして主流なのは青色LED+蛍光体方式で、青色LEDの光を蛍光体に通して白色発光させます。青・黄(補色)を混色するより、青・赤・緑の3色を混色した方が、光に赤・緑成分が増えるので、より自然な白に見えます。
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