白色LEDの歴史

白熱電球と比較して、LED は入力電力 1 ワットあたりのルーメンがはるかに多く、光の生成効率が優れています。 もちろん、それは白熱電球の方が熱生成効率が高いことを意味し、日が短くなり、夜が寒くなるにつれて、LED 照明に思い切って切り替えた誰かが、長時間稼働する炉を持っていることになります。 そして、私たちがどのようにしてここ、つまり難解な無機半導体が蛍光体を照らすことで照らされる世界にたどり着いたのか疑問に思う人もいるかもしれません。

ダイオードが特定の条件下で発光するという事実は 100 年以上前から知られていました。 最初の発光ダイオードは、1907 年にマルコーニ研究所の猫のひげ検出器で発見されました。これは最初の種類のダイオードです。 この発見は、テキサス・インスツルメンツでの別の発見によってガリウムヒ素基板から作られたトンネルダイオードからの赤外線放射が明らかにされるまで、単なる科学的好奇心でした。 その後、この赤外線 LED は TI によって特許を取得し、これらの赤外線発光ダイオードを製造するプロジェクトが開始されました。

しかし、赤外線は人間の目には見えず、いかなる種類の表示や照明にも役立ちません。 最初の可視スペクトル LED は 1962 年にゼネラル エレクトリック社で製造され、最初の市販 (赤色) LED は 1968 年にモンサント社によって製造されました。HP はその年、モンサント社が使用したのと同じガリウム砒素リン酸塩を使用して LED の生産を開始しました。 これらの HP LED は、1970 年代の HP 電卓で使用されていた非常に小さな 7 セグメント LED ディスプレイに採用されました。

1960 年代初期の赤外線 LED から 1960 年代後半の赤色 LED に至るまで、1970 年代にはオレンジがかった赤色、オレンジ、黄色、そして最後に緑色の LED が登場しました。 これらの発展には傾向があり、それは電子ギャップに関係しています。 ダイオードが光を生成するには、まず電子にエネルギーを注入する必要があります。 このエネルギーにより、電子は価電子帯の自然状態から伝導帯にジャンプします。 このエネルギーは電子を伝導帯に維持するのに十分ではないため、最終的には価電子帯に残した正孔に戻ります。 そうすることで、エネルギーが光子の形で再び放出されます。

電子を伝導帯に移動させるのに必要なエネルギーが多ければ多いほど、高周波光の形で光子として放出されるエネルギーも多くなります。 赤外線 LED が赤色 LED より先に登場し、緑色 LED がその後に登場した理由は、これらのバンドギャップを登って、より高い周波数の光を発する LED 基板を見つけることが単純に難しいためです。

赤外線、赤色、さらには緑色の LED は「簡単」でしたが、青色 LED ははるかに大きなバンドギャップを必要とするため、より珍しい材料が必要でした。 高輝度青色 LED の製造の背後にある謎は、1994 年に日亜化学工業において窒化インジウムガリウムを使用して初めて解かれました。 同時に、名古屋大学の赤崎勇氏と天野浩氏がLED用窒化ガリウム基板を開発し、2014年にノーベル物理学賞を受賞した。 赤、緑、青の LED では、白色 LED の構築を妨げる唯一のことは、これらすべての色を同じパッケージに入れることでした。

最初の白色 LED は、明確に白色 LED ではありませんでした。 代わりに、赤、緑、青の LED が 1 つの LED エンクロージャに詰め込まれました。 ただし、赤、緑、青の光を混合すると白色光が得られます。実際には、異なる色の光子の正しい比率を取得するだけの問題です。

これは依然として RGB LED の標準であり、これらの LED が生成できる色の範囲を改善する実験を行っている人さえいます。 人間の目は緑色の周波数の光に非常に敏感なので、パッケージに 4 つ目の LED (「エメラルド」と呼ぶのが最適、つまり緑色 LED で慣れているものよりもわずかに青い色合い) を追加することで、次のようなことができます。より広い色範囲の LED、またはお好みに応じてより白い LED を選択できます。

これは、白色 LED を開発する最初の方法であり、ホームセンターで購入する LED 電球には、個別の赤、緑、青の LED が内蔵されていませんが、より多くの色を作り出す方法として今でも非常に人気があります。 LED。 これらのネオピクセル、WS2812、または APA101 はすべて、1 つの筐体内に赤、緑、青の LED を内蔵しています。 より高度な個別にアドレス指定可能な RGB LED の中には、白色用の 4 つ目の LED を追加するものもあります。 しかし、これらの個々の白色 LED はどのように作られるのでしょうか?

3 つの個別の LED を使用せずに作られた最初の白色 LED は、蛍光体の魔法を使って作られました。 蛍光体はよく理解されている科学であり、蛍光灯の照明用途に最も一般的に使用されています。 蛍光灯はそれ自体では白色光を生成せず、水銀蒸気を励起して紫外線を生成します。 しかし、蛍光灯の内側に粉体をコーティングすることで、この紫外線を赤、緑、青の光に変換することができます。 その結果、ガレージや作業場を照らす蛍光灯が誕生しました。

これはLEDでも実現できます。 蛍光体でコーティングされた筐体内に紫外 LED または紫 LED をパッケージすると、白色 LED を作成できます。 これはフルコンバージョン白色 LED として知られています。

1996 年に日亜化学工業が白色 LED の製造を発表しましたが、その後は歴史になりました。 過去 20 年間、これらの LED の出力、効率、明るさは向上してきました。 現在、またはごく近い将来、家の照明のデフォルトは白熱電球ではなく、古いエジソン電球のエネルギーのほんの一部しか消費しない強力な LED になり、家を暖かく保つという仕事の多くがヒーターに移されるでしょう。 。