発光レーザーダイオードとは？

フォトレーザーダイオード 導いた 電気エネルギーを光エネルギーに変換する半導体です。 放出される光の色は、半導体の材料と組成によって異なります。 LED は通常、紫外線、可視光、赤外線の 3 つの波長に分けられます。 市販の LED は、単一ピクセル出力が少なくとも 5mW で、波長範囲が 360nm から 950nm で、それぞれ特定の半導体材料で作られています。

UV LED: 320-360nm

UV LED は急速に商品化されており、特に工業用硬化用途や医療/生物医学用途向けです。 最近まで、低波長の高効率チップの限界は 390nm から 360nm にシフトしており、今後数年間の開発により、この地域で 320nm の高効率チップが商品化される可能性があります。

近紫外から緑色 LED: 395nm-530nm

波長範囲製品の材料は窒化インジウム ガリウム InGaN で、技術的には 395 nm ～ 530 nm の波長が可能です。 しかし、ほとんどの大手サプライヤーは、蛍光体を含む白色光の製造に使用される青色 450nm-475NMleds と、交通信号の緑色照明用の 520nm-530nm 範囲の緑色 LED の製造に重点を置いています。

特に、ますます明るい白色光源を作成するための競争が続いているため、青色の波長範囲で急速な進歩と効率の向上が注目されています。

深紅から近赤外線 (IRLED): 660nm-900 nm

この領域のデバイス構造には多くのバリエーションがありますが、すべてアルミニウム ガリウム ヒ素 AlGaAs または GaAs 材料を使用しています。 これらのデバイスをより効率的にするためのプッシュはまだありますが、これらの改善は漸進的です. アプリケーションには、赤外線 IR リモート コントロール、暗視照明、工業用照明制御、およびさまざまな医療アプリケーション (660nm-680nm) が含まれます。

LED のしくみ

LEDはデバイスの順方向に電流を流すと発光する半導体ダイオードです。 電子が損失ゾーンを通過し、反対側の正孔と結合して電子正孔対を形成するように、十分な電圧を印加する必要があります。 これが起こると、電子はそのエネルギーを光の形で放出し、その結果、光子が放出されます。 半導体のバンドギャップは放出される光の波長を決定し、波長が短いほどエネルギーが大きくなるため、バンドギャップが大きい材料はより短い波長を放出します。 より大きなバンドギャップを持つ材料は、より高い伝導電圧も必要とします。 短波長紫外青色 LED の順方向電圧は 3.5 ボルトですが、近赤外 LED の順方向電圧は 1.5-2.0 ボルトです。

波長の可用性と効率

高効率のLEDはどの波長範囲でも生成できますが、535nmから560nmの範囲のみが高効率のLEDライトを生成できません。 特定の波長の商品化における最も重要な要因は、市場の可能性、需要、および業界標準の波長に関連しています。 これは、420nm-460nm、480nm-520nm、および 680nm-800nm 領域で特に顕著です。これらの波長範囲は広く使用されていないためです。 これらの波長範囲の LED 製品を提供しているメーカーは多くありません。 それにもかかわらず、顧客の要求に基づいてこれらの特定の波長を提供できる中小のサプライヤを見つけることは可能です。 各材料技術には、スポットが最も効果的な波長範囲があります。 このポイントは、各範囲の中間に非常に近いです。 半導体のドーピングレベルが最適な量から増減すると、効率が低下します。これが、青色 LED が緑色または近紫外光よりも大きな出力を持ち、琥珀色が黄緑色よりも多くの出力を持ち、近赤外線が 660nm よりも優れている理由です。 . 選択する必要がある場合は、範囲の端ではなく中心に合わせて設計するのが最善です。材料技術の端で操作していない場合は、製品を簡単に入手できます。

図 1 - 式 I=(Vcc-Vf)/RL を適用して電流値を求めます。 回路内の電流の流れを完全に決定するには、各 LED の VF を測定し、適切な負荷抵抗を指定する必要があります。 実際の商用アプリケーションでは、Vcc は VF よりもはるかに大きくなるように設計されているため、VF の小さな変化が全体の電流に大きな影響を与えることはありません。 この回路の欠点は、RL による電力損失が大きいことです。 動作温度範囲が非常に狭い (30 度未満) アプリケーションや、LED 出力が重要でないアプリケーションでは、図に示すように、電流制限抵抗を利用する単純な回路を使用できます。 LED は定電流源を使用します (図 2 を参照)。 この回路は、デバイス間および温度変化に対して同じ電流を供給します。 また、単純な電流制限抵抗を使用するよりも消費電力が低くなります。 市販の既製の LED ドライバは、さまざまなソースから入手できます。 通常、これらの操作では、輝度制御のパルス幅変調 (PWM) 原理が使用されます。

LEDへの供給電流と電圧

LED は半導体であり、動作するには最低電圧が必要ですが、それでもダイオードであり、電流モードで動作する必要があります。 DC モードでは、LED は主に 2 つの方法で動作します。 最も単純で最も一般的な方法は、電流制限抵抗を使用することです (図 1 を参照)。 この方法の欠点は、抵抗での熱損失と電力損失が大きいことです。 温度変化とデバイスの間で電流を安定させるために、供給電圧は LED の順方向電圧よりもはるかに大きくする必要があります。

図 2 - 正確で安定した回路の例。 この回路は、定電流源と呼ばれることがよくあります。 電源電流は、電源電圧 (Vcc) から Vin を差し引いた値を R1 で割った値 ((Vcc-VIN)/R1) によって決定されることに注意してください。

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