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発光ダイオード(LED)の基本的な原理は図1のようになっています。p型半導体（ホールが多い半導体）とn型半導体（電子が多い半導体）を接合したp-n接合が作られています。この素子に順方向の電圧をかけるとホールと電子はp-n接合に向けて移動し双方が結合して消滅します。このとき電子がエネルギーの高い状態から低い状態に移るので余ったエネルギーが光として外部に放出されます。
図1.LED発光の原理
●LED光の色の違いはなぜ
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図2.半導体材料による発光色の違い
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① 青色LEDと黄色を発光する蛍光体の組み合わせです。黄色は青色の補色ですので青色と黄色が混ざって白色にみえます。この方法は簡単で、光も強いので最も普及していますが少し青みがかってみえるのが欠点です。
② 紫外LEDで青、緑、赤の蛍光体を発光させる方法です。自然できれいな白色光に見えますが、まだ、①の方法ほど強い光をだすことができません。
③ 青、緑、赤３個のLEDを発光させる方法です。光が強くフルカラーを発光できるのでディスプレイの照明やLEDスクリーンなどに使われています。
図3.白色LED発光の仕組み
●発光ダイオード(LED)と半導体レーザ(LD)の違い
発光ダイオード(LED)とよく似た半導体発光素子に半導体レーザ(LD)があります。この二つはどこが違うのでしょうか。p-n接合で電子とホールが結合して発光する原理は同じですが、出てくる光の性質は異なります。LEDの光は電球に近く位相がバラバラなので広がっていきますが、LDの光は位相が揃ってるため真っ直ぐ進む光線になります。この違いは、LEDでは発光した光をそのまま外部に出すのに対し、LDでは位相を揃える工夫がしてあるためです。また、LDでは狭い発光層の端面から光がでるので【春カラー＊】エルメス名刺入れミニカードケースに入射しやすいですが、LEDの光は広い発光層の面全体からでるのでコア径の小さなファイバに入射するのが難しいという違いもあります。(図4.および図5. 参照)
図4.LEDの構造
図5.LDの構造
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