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大塚商会 インサイドビジネスセンター LED相談室

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LEDの原理・仕組み・構造について

LED照明は、LED単体を並べて製造した光の集合体です。LEDの発光原理や形状、構造、構成部材などの仕組み、およびLED照明の歴史について、図解を交えながら解説します。

LEDの原理・構造・構成

LEDの発光原理

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。

LEDの外形形状

LEDには、大きく分類して砲弾型と表面実装型があります。

表面実装型LED

エポキシやシリコー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。エポキシやシリコーン樹脂、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。

砲弾型LED

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。

LED照明の内部構造

LED照明は、複数の表面実装型LEDが基板上に配置されて構成されています。ただし、複雑なパーツ構成ではなく、これらを取り巻くボディ、光誘導部のシンプルな構成で組み立てられています。
LED単体の背面には並列回路とともにアルミ板がついており、発光時に発生する背面の熱に対しては放熱グリスを経由してボディ一体型の放熱板で放熱します。

LED照明のパーツ構成

LED照明は、外部からの衝撃に強いパーツが使われています。発光光源は、赤外線の放出が少ないため、実際に手を近づけてみてもやんわりと暖かい程度です。照射面の温度上昇が少ないことから、室内空調における冷却効率が向上し、照明のエネルギー消費だけでなく空調コストの節減も実現します。

レンズ(光誘導部)
樹脂でできた半球レンズが数十個ついています。
表面実装型LED
LEDを知るでも解説している発光体が数十個ついています。
基板
LED単体を並列で繋いでいます。
ボディ(兼ヒートシンク)
鋳物のボディは放熱板としても機能します。

LEDの歴史

LED単体の歴史

LEDは、固体物質に電圧を掛けたときにさまざまな色に発光することが分かった1907年以来、新しい発光の仕組みとして研究されてきました。明かりの世界では、ろうそくから始まり、白熱灯(電球)、放電灯(蛍光灯)に続く「第4世代の明かり」としてLED照明が注目されています。

1907年
固体物質に電圧を掛けたときにさまざまな色に発光することが分かる。
1962年
赤色LEDが登場。
1972年
黄色LEDが登場。
1985年
桃色LEDが登場。
1993年
青色LEDが登場。
1995年
緑色LEDが登場。
1997年
白色LED(蛍光体による)が登場。

LED製品化の歴史

1993年頃
自動車のテールランプ・ブレーキランプ、インジケータ、LEDディスプレイ、信号機。
1999年頃~2005年頃
特殊照明器具、カラー携帯電話機用バックライト、カメラ付き携帯電話用フラッシュ、一般照明器具。
2005年以降
家庭・工事用照明、医療用照明、自動車のヘッドライト、液晶用バックライト。

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