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zoom RSS 発光ダイオード再び

<<   作成日時 : 2012/04/15 20:54   >>

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 予告しましたように発光ダイオードを再度取り上げます。当ブログで最初に扱った発光ダイオードより広く全般にわたって話題にしていくつもりです。

 発光ダイオード(Light Emitting Diode, LED)は生活のなかで直接、人の眼につくところが他の電子デバイスと大いに違うところです。例えば多くの電気器具、電子機器はスイッチを入れるとパイロットランプが点灯しますが、このランプは大方LEDですから、まず眼に入るのはLEDの発光ということになります。

 パイロットランプに以前は白熱電球や放電管の小さいものが使われていましたが、これらはほとんど姿を消しました。理由はLEDの方がより小さく寿命も長いことが挙げられるでしょう。

 写真Aは東京の霞ヶ関で数年前に撮影したものですが、たくさんのランプを点滅させる街中のイルミネーションは、青色LEDが普及してからその色合いが圧倒的に華やかになりました。以前は色をつけた電球などが使われていましたが、最近は鮮やかな色が出るLEDにほとんど置き換えられています。
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 このイルミネーションに近づいてみると、LEDの素子がどんなものかを知ることができます。電球とは違って発光しているのは点のように小さい部分であることがわかるはずです。

 しかしもっとも重要なのはLEDが照明の分野に進出し始めたことでしょう。これはLEDが強い光を出すように改良されてきたためですが、それより前に白色光が出せるようになったのが重要な点です。太陽光には虹の七色のようないろいろな色(波長)の光が混じっていますが、最低限、緑と赤、あるいは青と黄のような補色関係にある2色の光を混合すると白色光が得られます。赤、緑、青の三原色があればそれでも白色が出せます。

 LEDで青色の発光が可能になったため、白色光のLED光源が実現しました。これによって従来の白熱電球と単純に交換するだけで使える写真BのようなLED電球が市販されるようになりました。これも同じ明るさで比べると、白熱電球の20%くらいの消費電力で済み、寿命も長いことから、普及が進むと思われます。IED電球の具体的構造なども取り上げる予定です。
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 このほか、三原色のLEDを使ったフルカラーのディスプレイも実現してテレビ画面としても使われるようになっています。およそ生活のなかで必要な光はすべてLEDで供給できる時代がやってきたと言えます。このように大変重要な電子デバイスとなったLEDについて以下に紹介していきます。

<発光ダイードの定義>
 発光ダイオードとはどんなデバイスのことか、実は他との境界がかなりあいまいです。まず基本的には電流の注入によって自然放出光を出すデバイスということが言えます。自然放出光とはどんな光か、については追って取り上げますが、ごく普通の光と思っていただければよいと思います。

 自然放出光とは違う光を出すのがレーザです。レーザ光を出す装置の一つが半導体レーザですが、これは電流を流すと発光するダイオードである点では発光ダイオードと似ています。しかし出てくる光は自然放出光ではない誘導放出光と呼ばれる光です。この誘導放出光とは何かについても追って取り上げます。

 ところがLEDと半導体レーザの中間のようなスーパールミネッセントダイオード(スーパーラディアントダイオードということもある)というデバイスもあります。これは半導体レーザと同じように誘導放出光を出すための構造をもっていますが、出てくる光はLEDに近いという特徴を持っています。これなどはどちらにいれてもいい境界線上にあるデバイスと言えます。

 発光ダイオードの要件とされているのはpn接合に限らず何らかの接合を持っていることと言えるようです。現在の実用的なLEDはすべてpn接合をもっていますが、ショットキー接触やMIS構造などでも発光は起こり、このような接触、接合をもつものもLEDの一種と考えてよいと思われます。

 接合をもたない半導体に電流を流して発光させるデバイスもあり、これはLEDとは区別されています。エレクトロルミネッセント(EL)デバイスはこのような発光デバイスです。ところが最近実用化されている有機ELは電子供給層と電子受容層という2層が存在し、ほぼpn接合と同様なはたらきを持っています。一般にはこれもELの仲間としてLEDとは区別されていますが、構造的にはLEDの一種と考えてもよいと思われ、追って取り上げることを予定しています。

 さらには発光トランジスタとか発光サイリスタというpn接合を2つまたは3つもつ3端子の発光デバイスもあります。発光サイリスタはpnpn構造をもち、3番目の端子を使って発光をオンオフができるデバイスです。これらはLEDの一種と考えられます。

 以上のようにLEDに分類されるデバイスには種々ありますが、典型的にはpn接合をもち電流注入によって自然放出光を出すデバイスを発光ダイオード(LED)と定義してよいと思われます。

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