電子部品解説 LEDとは?

LEDとは?

LEDとはLight Emitting Diodeの頭文字をとったもので、発光ダイオードのことです。

今まで使われてきた白熱電球や蛍光灯などより、消費電力が少なく寿命が長いことからいろいろな電子機器や照明器具に使用されています。

LED(発光ダイオード)の概要

LED(発光ダイオード)は極性が決まっています。

足の長いほうが「アノード」と言って+側になります。
足の短いほうは「カソード」と言ってー側になります。

LEDを使った基礎回路

LEDを光らせる基礎回路になります。
3Vでは電圧が高いためLEDを使用する際は抵抗を直列に接続します。

使用するLEDの順電圧値が(LEDが正常に動作する電圧値)2V、順電流値(LEDが正常に動作する電流値)が3mAとしますと、オームの法則より抵抗値が求められます。
(電源電圧ー順電圧値)/順電流値=抵抗値
(3Vー2V)/3mA=333Ω
とつかうLEDによって計算します。

下記のような計算サイトもあるのでぜひ役立ててください。
https://akizukidenshi.com/catalog/contents1/led-r-calc.aspx

LEDの歴史と発明

今から100年以上前の1906年、イギリスの科学者のヘンリー・ジョセフ・ラウンドが、炭化ケイ素の塊に電流を流すと黄色く発光することを発見しました。
1962年にアメリカのゼネラル・エレクトリックのニック・ホロニアック氏が赤色に発光するLEDを開発しました。

このニック・ホロニアック氏は「LED発明の父」と呼ばれており、1963年には「発光ダイオードはトーマス・エジソンの電球を置き換えるだろう」と予言しました。
その後、1970年代までに赤、黄、橙、黄緑などのLEDが誕生しました。

LEDでフルカラーもしくは白色で発光させるには、青色LEDが必要です。この青色のLEDの開発には多くの日本人が携わりました。
1985年に赤崎勇氏と天野浩氏が青色LEDに必要な窒化ガリウムの単結晶化に成功し、1989年に青色LEDの開発に成功しました。

現在の高輝度青色LEDの量産技術は、中村修二氏によって1993年に開発されました。
1995年以降は、この青色LEDから黄色蛍光体を加えた白色LEDが開発され、さらに紫外線LEDとRGB蛍光体による白色LEDも開発されました。

2004年になると、東北大学の川崎司氏らの研究チームが酸化亜鉛を用いた青色LEDの開発に成功しました。
これは青色LEDの再発明とされており、高コストが課題の窒化ガリウムにとって代わるものとして期待されています。

LEDの発光原理

LEDは白熱電球や蛍光灯と違い、電気を直接光に変換させる発光原理を持っています。
そのため、電気を効率的に光に変換し、消費電力が少なくなります。

LEDの中は「P/N接合」と呼ばれる構造を持っています。
これは、P型とN型の二種類の半導体を結合したもので、ダイオード(LEDは発光するので発光ダイオード)と呼ばれています。

P型半導体はプラス(+)正孔が多い半導体です。
N型半導体はマイナス(-)電子が多い半導体です。

LEDに電気を流すと、N型半導体からP形半導体に電子が流されて、衝突が起きたところで発光が起こります。
これは、P型半導体の正孔と電子が結合し、エネルギーが放出されるからです。

LEDの色

LEDの赤や青、緑など様々な色を再現することができます。
これはLEDの中身のチップに含まれる化合物にふくまれるものです。

化合物にはアルミニウム、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、窒素、リンなどいろいろな種類があり、それぞれ波長が違います。
この波長の長さがLEDの色に影響してきます。

LEDに使用される化合物には白色を発光できるものがありません。
そのため、その化合物の組み合わせによって白色を再現します。

白色の再現方式と特徴

青色LED+蛍光体/シングルチップ方式

黄色蛍光体に青色LEDを照射し、光らせる方法です。最も発光率が高い方式です。
特徴として赤色領域が不足しがちですが、改良型も登場し実用化が進んでいます。

赤、青、緑LED/マルチチップ方式

光の三原色(赤、青、緑)を組み合わせて白色を表現する方法です。
見た目は白色に見えますが、放射エネルギーのない波長域があるため、不自然な見え方になる場合があります。

近紫外線+蛍光体/シングルチップ方式

近紫外線LEDを使い赤・青・緑の発光体を光らせる方式です。
きれいな白色に光りますが、発光効率が悪いという特徴があります。

LEDでの生活の変化

LEDが開発され、世の中に広く普及され私たちの生活がとても豊かになりました。
特に青色LEDの開発で様々な色を出すことができるようになりました。

白熱電球や蛍光灯などと違い、省電力で経済的、長寿命のためランプ切れの交換作業の省略、紫外線・赤外線の放射が少ないなど
様々なメリットがあります。

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Fab(ファブ)とはFabricationの略で、日本語では「モノづくり」を意味します。Shop(ショップ)は工房や工作所の事をさす英単語です。この2つを合わせて、モノづくり工房の意味で「Fabshop®(ファブショップ)と名付けました。
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