発光ダイオード（LED）は高価な実験装置での使用から始まりましたが、今日では高効率の電球からテレビ画面まで、あらゆるものに使用されています。近年、 LED はRGB混合によりあらゆる色の光を作り出すことができるまでに進化し、その汎用性や用途は大きく広がっています。光出力に比べて消費電力が低いため、LEDデバイスの需要はかつてないほど高まっています。実際、それらは非常に普及しているため、当然のことと考えがちです。しかし、LEDとは一体何であり、どのように機能するのでしょうか?
ダイオードとは何ですか？どのように機能しますか？
LEDを理解するには、まずダイオードについて説明する必要があります。ダイオードは、半導体の「ドーピング」と呼ばれるプロセスによって、電流が一方向にのみ流れるようにするデバイスです。このドーピングプロセスは、導電性の観点からほとんど不活性な材料に不純物を追加し、電子バランスを変化させて電子の流れの可能性を生み出します。ドープされた半導体の2つのバージョンを組み合わせると、一方向の流れが確立されます。
- N型半導体: 余分な電子 (N型) と、電子が通れる余分な不純物が含まれます。
- P型半導体: 電子が移動できる余分な不純物が含まれています。
ただし、このデバイスは、特定の電圧しきい値を下回ると不活性のままになります。一定の電圧がないと、N型領域とP型領域の間に空乏領域と呼ばれる中性空間が形成されます。電子を動かすには、回路のマイナス端をN型に接続し、プラス端をP型に接続する必要があります。逆にすると枯渇地帯が広がる、 これにより、デバイスに電流を流すことが非常に困難になり、一方向の流れになります。
発光ダイオードとは何ですか?
基本的なダイオードの原理でさえ ― 半導体の2つの部分。1つは余分な電子を含み、もう1つは伝導電子を受け入れる余分な電子ホールを含む。 ―この装置は電子が「落ちる」たびに光エネルギーを生成する。 伝導帯 電子ホールに。
特定の材料から作られたダイオードは、電子をより遠くまで「落下」させ、より多くのエネルギーを放出して光を目に見えるようにします。光の色は以下によって決まります:
1.ダイオードが放出するエネルギーの量。
2.ダイオードを構成する特定の材料。
たとえば、赤色と緑色のLEDは何十年も前から存在していましたが、2014年に3人の研究者が窒化ガリウム半導体を使用して初の青色光LEDを実現したことでノーベル物理学賞を受賞しました。この発見の結果、「白色光」LEDアレイ (高効率電球など) が可能になりました。これらのアレイは、赤、緑、青のLED (光の3原色) を混合して白色を実現します。
LEDライトの仕組み
ダイオードは、異なるドーピングを施した半導体の2つの異なるセクションを使用して、一方向に電子 (つまり電流) が流れるデバイスを作成します。1つのセクションには電子ホールが含まれており、伝導帯から落ちてくる電子を受け取り、電磁エネルギーを放出します。
「LED」という用語は、（通常は）可視光を生成するのに十分なエネルギーを放出する特定の半導体で作られたダイオードを指します。半導体材料に応じて、放出される光の色は異なります。比較的最近になって、入手困難な青色LEDが導入され、白色光LED電球やLEDスクリーンなど、さまざまな新しいアプリケーションが開発されてきました。
LEDの詳細については、Arrow.comの「LEDと熱」 および「LED照明設計における6つの重要な考慮事項」 の記事をご覧ください。