なぜ一部の LED ストリップは温かみのある居心地の良い白に輝き、他の LED ストリップはさわやかな昼光色に輝き、さらに他の LED ストリップは何百万もの色を循環するのか疑問に思ったことはありますか?秘密は魔法ではありません - それは魔法です 半導体物理学。
このガイドでは、LED がどのように異なる色を生成するのか、赤色 LED と青色 LED の構造が異なる理由、メーカーが同じ小さなチップから白色光と RGB 光をどのように生成するのかについて、わかりやすい英語で説明します。
01 なぜ LED にはさまざまな色があるのですか?
LED は、電子が半導体内部でエネルギーを放出するときに光を生成します。の その光の色は、各電子が放出するエネルギーの大きさによって決まります —そしてそれはLEDが作られている材料とそのエネルギーバンドの構造によって決まります。
より多くのエネルギーが放出される = より短い波長 = より青い光。
放出されるエネルギーが少なくなる = 波長が長くなる = 光が赤くなる。
これが、適切な半導体材料と設計を選択するだけで、紫、青、緑、黄、オレンジ、赤のすべての可視スペクトルを LED で生成できる理由です。
以下の可視スペクトルを参照してください。400nm では紫が得られ、700nm では深紅が得られ、その間のすべての色が得られます。
02 つのエネルギーバンド: LED ライトの核心
すべての半導体の内部には 2 つの重要な要素があります。 エネルギーバンド:
価電子帯
電子によって完全に占有されている最も高いエネルギー帯。ここでの電子は原子に結合されており、自由に移動して電流を流すことができません。
伝導帯
電子が自由に移動して電流を流す高エネルギー帯。電子が十分なエネルギーを得ると、ここから飛び上がります。
これら 2 つのバンド間のギャップは、 バンドギャップ。 LED のスイッチを入れると次のようになります。
03 バンドギャップが色を決定する仕組み
重要なルールは次のとおりです。 バンドギャップが大きいほど、電子を励起するためにより多くのエネルギーが必要となり、より短い波長（青/紫）が生成されます。バンドギャップが小さいほど、波長が長くなります (赤/オレンジ)。
| 色 | 波長 | バンドギャップエネルギー |
|---|---|---|
| 赤外線 | > 760nm | < 1.63 eV |
| 赤 | 610～760nm | 1.63 – 2.03 eV |
| オレンジ | 590 – 610nm | 2.03～2.10eV |
| 黄色 | 570～590nm | 2.10 – 2.18 eV |
| 緑 | 500～570nm | 2.18 – 2.48 eV |
| 青 | 450～500nm | 2.48 – 2.76 eV |
| バイオレット | 400～450nm | 2.76 – 3.10 eV |
| 紫外線 | < 400 nm | > 3.10 eV |
したがって、青色 LED と赤色 LED は、異なる塗装が施された同じチップではなく、以下から作られています。 異なるバンドギャップを持つ異なる半導体材料。
04 半導体材料とその色
LED メーカーは、各色に対応する特定の半導体化合物を選択します。現在使用されている最も一般的な材料は次のとおりです。
| 色 | 一般的な半導体材料 |
|---|---|
| 赤 | AlGaAs、GaAsP、AlGaInP、GaP |
| オレンジ/アンバー | GaAsP、AlGaInP |
| 黄色 | GaAsP、AlGaInP |
| 緑 | GaP、InGaN、GaN |
| 青 | InGaN (セレン化亜鉛/炭化ケイ素を基板として使用) |
| バイオレット | InGaN |
| 白 | 青色 InGaN + 黄色蛍光体、または RGB の組み合わせ |
注目してください 窒化インジウムガリウム（InGaN） パワーズブルー — 白色 LED を可能にし、2014 年ノーベル物理学賞を受賞した画期的な材料です。
ストリップライトの場合、これらのチップは以下にパッケージ化されています。 SMDコンポーネント 5050、2835、3030 など。詳細については、ガイドをご覧ください。 LEDストリップライトのSMD LED。
05 単色から白およびRGBライトへ
LED は自然に白色光を発しません。白と何百万もの色を作り出すために、メーカーは 2 つの賢い方法を使用します。
青 + 蛍光体 = 白
青色の InGaN チップは黄色の蛍光体でコーティングされています。青色光は蛍光体を励起し、蛍光体が黄色を発光します。これらが合わさると白色光として見えます。蛍光体を調整して、温白色と冷白色の間で変化させます。
RGB混合 = 16M色
赤、緑、青の 3 つのチップが 1 つの LED に詰め込まれています。 3 つを異なる割合で混合することにより、RGB LED は約 1,600 万の異なる色相を生成できます。
LED ストリップにとってこれが何を意味するか
単色のストリップ 1 つの固定チップ カラーを使用します。これは、温白色または特定の色に対して最も信頼性が高く一貫したオプションです。
RGB / RGBW ストリップ カラーチップを組み合わせてダイナミックに色が変化する効果を実現し、エンターテイメントやアクセント照明に最適です。
私たちの 単色LEDストリップ そして RGBW LEDストリップ アクションの違いを確認します。
06 プロジェクトに適した LED 色の選択
LEDの色がどのように作られるのかを理解すると、選択がはるかに簡単になります。簡単な意思決定ガイドは次のとおりです。
居心地の良い空間
ベッドルーム、リビングルーム、レストラン、ホテル向けの 2700K ～ 3000K - リラックスでき、肌の色にぴったりです。
タスクと作業
キッチン、オフィス、ガレージ、小売店向けの 4000K ～ 6500K - 明るく、鮮明で、活気に満ちた映像です。
ダイナミックエフェクト
ゲームルーム、バー、看板、アクセント照明など、無限のカラーシーンとエフェクト。
一貫性を第一に
ブランドカラー、建築ライン、色の正確さが最も重要な用途。
色温度は最も重要な選択の 1 つです。ガイドのオプションを比較してください 2700K 対 3000K 対 5000K 対 6500Kを参照してください。 調整可能な白色 LED ストリップ 調整可能なCCT用。
07 LEDの色に関するよくある質問
Q1LED ストリップの色が予想と異なるのはなぜですか?
白色 LED は青色チップと蛍光体を組み合わせて作られており、蛍光体やビニングのわずかな違いによって色調が変化します。高品質ストリップは、低 SDCM ビニングでこれを制御します。について学ぶ LEDの色の一貫性 詳細については。
第2四半期単一の LED で任意の色を生成できますか?
いいえ。単一の LED チップは、その材料とバンドギャップに基づいて 1 つの色を生成します。何百万もの色を得るために、RGB ストリップは赤、緑、青のチップを混ぜ合わせます。
Q3LEDが白色を発光できない場合、白色光はどのように作られるのでしょうか?
2 つの方法: 黄色の蛍光体でコーティングされた青色 LED (最も一般的)、または赤、緑、青の光を混合する方法。蛍光体方式は、ほとんどの白色 LED ストリップに電力を供給します。
Q4私の部屋に最適な LED の色はどれですか?
温かみのある白（2700K～3000K）は、寝室やリビングルームなどのリラックスできる空間に適しています。クールホワイト (4000K ～ 6500K) は、キッチン、オフィス、作業エリアに適しています。 RGBはエンターテインメントゾーンに適しています。私たちのを参照してください 色温度ガイド。
RGBミキシングの説明がとてもわかりやすいです。蛍光体コーティングがどのように青色チップから白色光を生成するのかを理解することは、これまで適切に説明されたのを見たことがありませんでした。素晴らしい背景の読み物。
LEDがどのように色を作り出すのかについての興味深い説明。 RGBミキシングの説明がようやく理解できました。白色光用の蛍光体コーティングに関するセクションは、ほとんどの記事で省略されている詳細です。
蛍光体の変換とRGBの混合によって色がどのように生成されるかについての説明は分かりやすかったです。波長のセクションは、顧客に暖色と寒色を説明するためのより良い根拠を提供してくれました。過度に専門的ではない優れた科学。