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LED発光ダイオード

LED (Light Emitting Diode) は「発光ダイオード」と呼ばれる半導体素子です。構造は、大きく分類して砲弾型と表面実装型の2種類があります。

読み方:えるいーでぃーはっこうだいおーど

LEDの原理・仕組み・構造について

LEDは、発光のための物質と入出力のための電極を透明な樹脂で覆った光源です。発光部には半導体(電気を通す導体と、通さない絶縁体の間に位置するもの)が使われており、電気の(+)が動くp型半導体と(-)が動くn型半導体を合わせて通電することで(+)と(-)が衝突し接合面が発光します。外形形状としては、大きく分類して砲弾型と表面実装型の2種類があります。

LED発光の原理

LED (Light Emitting Diode) は「発光ダイオード」と呼ばれる半導体素子です。pn接合と呼ばれる構造で作られていて、電圧がこの素子を通ると光エネルギーに変換されて発光します。

LEDは、p型とn型という2種類の半導体を接合した構造を持っています。この構造の半導体に電極から順方向に電圧をかけていくと、マイナスの電子が余っているn型半導体と、マイナスの電子が足りないp型半導体とを接合し、片方向へ電流が流れるようになります。このとき、電子がp型半導体内の正孔(ホール)と結合してエネルギーが発生して発光するようになります。発する光の色は、電極を包む材料によって決まります。発光する色は単一で、一つの材料が多様な色を発光するということはありません。

LED発光の仕組み

LEDは、1962年、ニック・ホロニアックが発明しました。一般のダイオードはシリコンに単一の材料を使いますが、LEDは、2種類以上の化合物を使います。化合物には、通常ガリウムを主体に ヒ素、リン、アルミニウムなどが使用されることが多いようです。

この化合物に電圧をかけていくと、一定量までは変化がありませんが、ある電圧量を超えると電流が流れ、発光するようになります。この電圧の量は特定の色を発光するLEDそれぞれによって違います。基本的にLEDの光量は電流に比例します。そのため、電流を一定に制御できる回路を用いて発光させます。

LEDの構造

LEDには、大きく分類して砲弾型と表面実装型があります。二つのLEDはそれぞれ形状が異なり、LED電球やLED照明製品の用途によって使い分けられますが、二つとも、より高い光量を得られるようにするために、構造的な工夫がされています。

砲弾型LEDは、リードフレームとLEDチップを一体化したタイプです。周囲は、エポキシ樹脂で固められています。光を効率よく取り出すために空気とLEDチップ間に屈折率を有しています。表面実装型は、エポキシやシリコンなどの樹脂を封入したタイプです。内側の面は、反射板としてテーパー状になっています。エポキシやシリコン樹脂、ガラスなどで形成したレンズを取り付けて指向性を高めたもの、底面にヒートシンクを取り付けて放熱性を高めた大電流対応型もあります。

(C) nobudget LED 研究会 2014.8.18

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