LEDランプの動作原理

LED は、電気エネルギーを可視光に変換できる固体半導体デバイスです。電気を直接光に変換することができます。 LEDの心臓部は半導体チップです。チップの一端はブラケットに取り付けられ、一端はマイナス極、もう一端は電源のプラス極に接続され、チップ全体がエポキシ樹脂で封止されます。

半導体チップは 2 つの部分から構成されます。一方の部分は正孔が優勢なP型半導体で、もう一方の端は電子が優勢なN型半導体です。しかし、これら 2 つの半導体を接続すると、それらの間に P-N 接合が形成されます。電流がワイヤを通じてチップに作用すると、電子は P 領域に押し出され、そこで電子は正孔と再結合し、光子の形でエネルギーを放出します。これが原則ですLEDライト放出。光の波長、つまり光の色は、P-N接合を形成する材料によって決まります。

LEDは、赤、黄、青、緑、緑、オレンジ、紫、白の光を直接放射できます。

当初、LEDは計器やメーターの表示光源として使用されていました。その後、さまざまな明るい色の LED が信号機や大面積ディスプレイに広く使用され、経済的および社会的に良好な利益を生み出しました。 12 インチの赤信号灯を例に挙げます。米国では当初、長寿命で発光効率が低い140ワットの白熱灯が光源として使用され、2000ルーメンの白色光を発生した。赤色フィルターを通過した後の光損失は 90% で、赤色光は 200 ルーメンのみ残ります。新設計のランプでは、Lumileds は回路損失を含めて 18 個の赤色 LED 光源を使用しています。総消費電力は 14 ワットで、同じ発光効果を得ることができます。自動車信号灯も LED 光源応用分野の重要な分野です。

一般的な照明には、より多くの白色光源が必要です。 1998年に白色LEDの開発に成功しました。このLEDは、GaNチップとイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)を一緒にパッケージ化して作られています。 GaNチップは青色光（λ P=465nm、Wd=30nm）を発し、高温で焼結されたCe3+を含むYAG蛍光体は、この青色光で励起された後、ピーク値550n LEDランプmの黄色光を発します。青色 LED 基板はボウル型の反射キャビティ内に設置され、YAG を混合した約 200 ～ 500nm の樹脂の薄い層で覆われています。 LED基板からの青色光の一部は蛍光体によって吸収され、青色光の残りの部分は蛍光体からの黄色光と混合されて白色光が得られます。

InGaN/YAG白色LEDは、YAG蛍光体の化学組成を変え、蛍光体層の厚さを調整することで、色温度3500～10000Kのさまざまな白色光が得られます。青色LEDを通じて白色光を得るこの方法は、構造が簡単で低コスト、技術の成熟度が高いという利点があるため、広く使用されています。