LEDランプの動作原理

LED（発光ダイオード）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の心臓部は半導体ウェーハです。ウェーハの一端はブラケットに取り付けられ、一端は負極であり、他端は電源の正極に接続されているため、ウェーハ全体がエポキシ樹脂でカプセル化されています。

半導体チップは2つの部分で構成されています。一方は正孔が支配的なp型半導体であり、もう一方の端は主に電子であるn型半導体です。しかし、2つの半導体が接続されると、それらの間にp-n接合が形成されます。電流がワイヤを介してチップに作用すると、電子はp領域に押し出され、そこで電子と正孔が複合し、光子の形でエネルギーを放出します。これがLED発光の原理です。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インジケーター光源として使用されていました。その後、さまざまな光の色のLEDが信号機や大面積のディスプレイ画面に広く使用され、経済的および社会的に優れた利益をもたらしました。例として、12インチの赤い信号ランプを取り上げます。米国では、もともと耐用年数が長く発光効率の低い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生成していました。赤いフィルターを通過した後、光の損失は90％で、200ルーメンの赤い光しか残りません。新しく設計されたランプでは、ルミレッズは回路損失を含む18個の赤色LED光源を採用しており、同じ光効果を生み出すために合計14ワットを消費します。自動車の信号灯もLED光源アプリケーションの重要な分野です。

一般的な照明の場合、人々はより多くの白色光源を必要とします。 1998年、白色LEDの開発に成功しました。 LEDは、ガンチップとイットリウムアルミニウムガーネット（YAG）を一緒にカプセル化したものです。ガンチップは青色光を発します（P = 465nm、WD = 30nm）、高温焼結によって作られたCe3 +を含むYAGリン光物質は、この青色光によって励起された後に黄色の光を発し、ピーク値は550nLEDランプmです。青色LED基板は、ボウル型の反射キャビティに取り付けられ、約200〜500nmのYAGと混合された樹脂の薄層で覆われています。 LED基板から放出される青色光の一部はリン光物質に吸収され、青色光の残りの部分はリン光物質から放出される黄色光と混合されて白色光が得られます。

InGaN / YAG白色LEDの場合、YAGリン光物質の化学組成を変更し、リン光物質層の厚さを調整することにより、色温度3500〜10000kのさまざまな色の白色光を得ることができます。青色LEDを介して白色光を得るこの方法は、構造が単純で、コストが低く、技術的成熟度が高いという利点があるため、最も使用されています。