LEDの仕組み

前述のように、発光ダイオードは従来の光源と同じ基本概念に沿って動作します - 彼らはそれらに流れる電流によって光を生成します。しかし、ここで類似点は終わります。照明を生成するために熱や化学反応に依存する従来の光源とは異なり、LEDは光源を半導体に依存しています。これは、大きな技術的利点と継続的な進歩のためのはるかに大きな可能性を提供するユニークな技術です。

LEDの仕組みを説明するには、まず半導体とは何か、どのように機能するかを理解することが重要です。半導体は、電流を伝導するさまざまな能力を持つ材料です。発光ダイオードは、現存する半導体の中で最も単純なタイプのいくつかです。ほとんどの半導体には、純粋な半導体材料自体が貧弱な導体であるため、電子が流れるように不純物が加えられています。半導体に不純物が添加されている場合、これをドーピングと呼びます。

一般的に言えば、これらの半導体はアルミニウム - ガリウム - ヒ素(AlGaAs)でできています。この材料がドープされると、自由電子を追加するか、電子が行くことができる材料に正孔を作り出すことができます。半導体が余分な電子を持つとき、それは余分な負に荷電した粒子を持っているので、それはN型材料として知られています。半導体に余分な正孔がある場合、それは効果的に余分な正に荷電した粒子を有するのでP型材料として知られている。

ダイオードの基本的な構造は、N型とP型の材料の断面を両端に電極で接合した構成です。この配置では、電気は一方向にのみ伝導されます。電圧を印加しないと、P型とN型の材料の間に空乏帯が作られ、電子や電気が流れない元の絶縁状態に半導体が復元されます。

空乏帯を除去するためには、電子をN型領域からP型領域へ、正孔を逆方向に移動させる必要があります。これが十分な電圧を介して発生すると、枯渇ゾーンは除去され、電荷はダイオードを横切って移動します。LEDに見られる光を生成するのは、電子と正孔の間のこの相互作用です。

具体的には、LEDによって生成される光は、実際には原子のある軌道から別の軌道へのこれらの電子の移動からの光子の放出の結果である。軌道間の距離が大きいほど、相互作用中に電子が放出するエネルギーが大きくなり、生成される光の周波数が高くなります。逆に、軌道間の距離が短いほど、相互作用中に放出されるエネルギーは低く、周波数は低くなります。より低い周波数は、多くの場合、光スペクトルの赤外線部分にあり、人間の目には見えないことを意味します。

電子の軌道変化におけるこの変動は、今日のLED照明で利用可能な幅広い色温度オプションの原因となっています。固定または制限された色温度の従来の照明と比較して、LEDはあらゆるタイプの電球にほぼ無限の可能性を提供します。実際、特定のLEDフィクスチャは、ユーザーが異なる色温度を簡単に切り替えるオプションを提供します。