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白色LEDの蛍光体励起方式とRGB混色方式の長所と短所

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1993年にGaInN/AlGaN系青色LED、1995年にGaInN系緑色LED、1996年に青色LED+黄色蛍光体の白色LEDがそれぞれ登場し、照明に使用されるようになりました。当初は高価でしたが、徐々に価格も下がり、世界中に広く普及しています。白色LEDには蛍光体励起方式とRGB混色方式があります。それぞれどのような長所と短所があるのでしょうか?以下に解説します。

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白色LEDの蛍光体励起方式とRGB混色方式

前述のように1995年にはRGB(赤・緑・青)のLEDが揃いましたので、これらの光を混ぜ合わせれば白色光を作り出すことができます。これがRGB混色方式の白色LEDです。

青色LEDに黄色蛍光体を組み合わせた白色LEDが1996年に登場し、これが液晶ディスプレイのバックライトや各種照明用途に広く使用されるようになりました。黄色蛍光体と組み合わせたLEDは、LED表面が黄色に見えますのですぐに分かります。LED電球などにも多数使用されています。

黄色蛍光体からの光は、波長560 nm付近に強度のピークがあるスペクトルで、波長500 nm付近から可視光域の長波長側へ広がっています。これに青色LEDのスペクトルを組み合わせたスペクトルになっていて白色に見えます。

これらはそれぞれ次項以降で説明するような長所と短所があります。

白色LEDの青色LEDと黄色蛍光体方式の長所と短所

青色LED+黄色蛍光体の白色LEDが現在主流となっています。それは性能と価格のバランスが優れているためです。

RGB方式に比べると、明るさを制御するために電流を調整するのは青色LEDのみで良く、電子回路がシンプルになります。多くの照明では、白色LED素子1個で使用する分けではなく、複数のLED素子を並べて点灯させる場合がほとんどです。その時にそれらが同じ明るさで点灯するように制御しないといけないのですが、通常は素子ごとのバラつきがあるため、それを調整する必要があります。その際に、基本的には青色LEDのみを制御すれば良いので、比較的容易であることが長所です。

また黄色蛍光体は視感度が高い波長にピークがあるため、明るさと言う点で高い効率が得られます。しかし、太陽光(自然光)のスペクトルと比べた場合、赤色などの波長域で光強度が弱く、ものを照らした時に不自然な色に見えるという短所があります。つまり、演色性が低いため、赤色蛍光体を添加し、より高演色性の白色LEDを実現しています。

ただし、効率と言う点では黄色蛍光体の方が赤色蛍光体よりも優れており、より効率が高い新規蛍光体の開発が進められています。


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白色LEDのRGB混色方式の長所と短所

RGB混色方式は、それぞれのLEDの明るさを調節することで、様々な色を作り出せることが最大の長所です。RGBそれぞれのLEDチップの特性が異なるため、点灯するための電子回路が複雑になります。またわずかな特性のバラつきで、白色にした時の色のバラつきが目立ちやすいことも短所です。

またRGB方式を一般照明用途に使用した場合、それぞれの波長スペクトルが比較的狭いため、光強度が弱い波長域が多く、照らされたものの色が不自然になるなど、演色性が低くなります。

まとめ

白色LEDの蛍光体励起方式とRGB混色方式について、簡単にその長所と短所を紹介しました。照明は産業としても大きな規模になっています。

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