LED照明 Lecture 25 知っておきたいLED照明の25のキーワード

近年、環境への配慮や、ランニングコストを低減する省エネ照明として、注目されているLED照明。
しかし実際のところLEDの構造や特性は、複雑で多岐にわたるため、理解しにくいのも事実です。
LED照明 Lecture 25では、知っていると役に立つLEDの基礎知識を25のキーワードを通してご紹介します。

LED照明 Lecture LED編(1)

LED照明 Lecture 01 そもそもLEDとは

LEDは半導体でできた光源

LEDは、小さなチップを透明な樹脂で覆った光源である。チップは半導体でできており、電気を流すことで、その接合面が発光する。
半導体は、電気を通す導体と通さない絶縁体の中間に位置する性質を持ち、正孔(ホール)を有するp型半導体と、自由電子を有するn 型半導体を合わせて通電すると、正孔と自由電子が再結合することにより発光する。このように電気を直接、光に変えるLEDの発光原理は、エネルギーの変換効率が良いといえる。

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LED照明 Lecture 02 LEDの色はどうやって決まるのか

LEDの発光色は素子の組成によって決まる

LEDの発光色は、素子を構成する材質によって異なる。
この材質によるエネルギーギャップ(01 図より)の幅が広ければ短い波長の光が、狭ければ長い波長の光が出る。
例えば、AlGa I nP 系の素子は赤色から黄緑色まで、I nGaN系などの素子は青色から緑色に発光するなど、素子を構成する材質によって色の変化は幅広い。

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LED照明 Lecture 03 LEDの色はnm<ナノメートル>で表される

光は電磁波の一部

光とは電磁波の一部であり、LEDの光も同様である。電磁波は波長によりさまざまなものがあり、X線・紫外線・赤外線・テレビ波・ラジオ波などがある。
光はその中の紫外線と赤外線の間(380 ~ 780nm)にあたる波長であり、それが人間の目から入って脳で色として認識される。

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LED照明 Lecture 04 LEDの種類と構造

私たちの身近に存在する、さまざまなLED

LEDは大きく、面実装型LEDとランプ型LEDに分けられる。最近では照明用途として注目されているが、その歴史は意外に古く、1960 年代には実用化がはじまっている。信号機や車のテールランプ、家電製品の表示用など、用途はさまざまである。LEDの種類によって光量や指向角度などが変わるため、用途に応じて選ぶ必要がある。

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LED照明 Lecture 05 LEDはどうやってつくるのか

主役はミクロン単位の小さな素子

LEDはウエハ基盤と呼ばれる、薄い円盤状の基盤から作られる。Sic(シリコンカーバイド)やAl2O3(サファイア)で作られたウエハ基盤の上に、発光層や電極部が作られ、それを小さく切断し、ひとつのLED素子となる。LED素子は封入樹脂によりパッケージングされ、私たちが目にするLEDとなる。

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LED照明 Lecture 06 白色LEDの構造

用途や使い方によって、白色LEDもさまざま

LEDを白色に発光させるためには、主に3 種類の方法が用いられる


(1)赤色LED +緑色LED +青色LED

光の3 原色であるRGBにより白色を発光させる方式。照明用途よりも、大型ディスプレイなど光の3原色を用いたフルカラーディスプレイなどに使用される。


(2)近紫外LED+赤・緑・青色蛍光体

青色LEDより短波長である近紫外LEDを使用し、白色LEDを作る方式。発光スペクトルが三波長になるため、演色性が良いのが特長。


(3)青色LED+黄色蛍光体

照明用途に一番よく使われる発光方式。青色LEDと黄色蛍光体で白色を作ることが多く、その他にも演色性を確保するために、赤や緑色の蛍光体を使用することがある。
LED照明 Lecture 12

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LED照明 Lecture 07 白色LEDに使われる蛍光体とは

これなしでは白色LEDは語れない

蛍光体は非常に細かい粉砕粒子で、ある特定の波長を照射することにより、それを可視光線にして放出するものである。蛍光体には黄色蛍光体や緑色蛍光体、赤色蛍光体があり、これらを青色LEDや近紫外線LEDと組み合わせることで、白色の光をつくることができる。
青色LEDチップと蛍光体で白色LEDを構成するには、
(1) 蛍光体を封入樹脂に混ぜ合わせて青色LEDを覆う
(2) 青色LEDチップに蛍光体を載せるなどといった方法
がある。

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LED照明 Lecture 08 どんな光源より速い!LEDの応答性

応答速度は白熱電球の2000 万倍!

応答速度( LEDは白熱電球の2000万倍)応答速度(電流を流し始めて、定格の90%の明るさに達する時間) LEDは優れた応答性を備えており、瞬時の反応が必要な車載のストップランプなどに適している。半導体の電子と正孔の再結合による直接的な発光現象を利用しているLEDは、応答時間100ナノ秒以下の高速応答性を持つ。また、白熱電球は電流を流してから発光強度が所定の値になるのに0.15 ~ 0.25 秒ほどかかる。

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