LEDってどういった物なのか?LEDの凄さに関心をよせてみた。

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LEDについて調べてみた

LEDを使ったふわっと光るバックライト

知っておきたいLEDの特性

LEDの極性(プラスマイナス)

LEDは電流が流れる方向が決まっていて、これを極性といいます。プラス側の電極を「アノード」、マイナス側の電極を「カソード」と言い、逆方向に電流を流しても、LEDが発光することはありません。電池と同じようにLEDにもプラスとマイナスがあるということなのだ。実際のLEDでは電極の足の長さが替えられていて、足の長い端子がアノード、足の短い端子がカソードになっています。

LEDに電流を流すとアノードとカソード間に電圧が生じます。この電圧を順電圧と言い、LEDの中には発光に必要な最大電圧と定格電流が決められていて、あまり多く電流を流すと焼けて壊れてしまいます。これらの値からLEDの発光に必要な抵抗値を求め、回路にはその値の制限抵抗を組み込んで使用しています。制限抵抗を組み込まなくても発光できるものも存在しています。

 

実はLEDは蛍光灯とあまり発光効率が変わらない

LEDの発光効率

発光効率の単位は、電力あたりの全光束を示すlm/Wを用います。ある照明の光源に与える電流(W)に対して、光源から照射される全光束(lm=ルーメン)の効率を指標する単位で、
照明機器に用いられている光源の効率を表します。
例として、いくつかの光源の発光効率をあげると、おおよそローソクが約0.31m/W、40Wの白熱電球が約12lm/W、蛍光灯が40~110lm/W、そしてLED照明は100lm/W~です。LEDはまだまだ研究が進んでいて、発光効率がまだ上がってきています。現状では、ようやく蛍光灯レベルまで追いついてきたという状況です。以外と思われる方も多いかと思います、最近になって蛍光灯タイプのLED照明が出てきたのは、実はやっと「発光効率が蛍光灯レベルに追いついた。」ということなのだ。

白色LEDは他色のLEDよりも発光効率が悪く、光の一部はLED内部に吸収されるか反射され続け、光として外に出てきません。電力の3割程度は光として外部に照射されますが、残りの7割は、ほとんど熱エネルギーに変わってしまいます。
LEDの特性として、電力が大きくなっていくのと、LEDの温度が上昇するほど発光効率は低下する傾向にあります。商品によっては発光効率を高く見せるために小さい電力で測定して発光効率を良く見せる場合があるため、発光効率の数字だけを比較してLED照明機器の優劣を判断しても、正しいとは限りません。特にLED照明は製品によって発光効率は異なります。同じ消費電力(W)のLED照明でも、製品によって明るさが異なるのはこのためです。
LED照明は明るさを指標するのに「ルーメン」または「白熱電球〇〇相当」という表記で明るさの目安を示していますが、同じ明るさのLED照明であれば、消費電力がより少ない製品のほうが、発光効率が高いと言うことになります。

 

LEDのスペクトル分布

スペクトルとは光をプリズム(分光器)に通すと波長の短い紫色から波長の長い赤色まで、虹色の光に分かれます。これがスペクトルです。自然光(太陽光)の場合、スペクトル分布は虹のように紫色から赤色に分かれます。しかし、照明から発せられる光は、一部の波長にスペクトル分布が片寄る傾向があります。自然光と照明とでは色の見え方が違ったり、カメラやビデオが上手く撮れなかったりするのはこのためです。

一般的な蛍光灯(昼光色)のスペクトル分布は、ほぼ中間に位置する黄緑色の付近を最高に、青紫色や橙色、黄色などに複数のピークがある複雑な波長になっています。
LEDのスペクトル分布は、特定の色だけに鋭いピークを示します。これは、LEDが単色しか発光していないことを指します。さらに白色LEDのスペクトル分布を見てみると、青色だけに鋭いピークがあります。これは白色に見せるために青色LEDが使用されているからです。
これが世間でいわれている、ブルーライトということです。

このような特性のLEDで自然光に近いスペクトルを再現するには、光を当てると発光する蛍光材を通したり、異なる色のLEDと一緒に用いることで、緑色から赤色にかけて緩やかな山状の波長を作り、自然光に近いスペクトル分布を再現します。LEDはこのようにして白色を実現し、複数のピークがあって複雑な波長のスペクトル分布の蛍光灯に比べると、白色LEDの方が自然光に近い色を再現していると言われる理由なのです。

 

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