「光る半導体」~LEDはどうやって光っているの〜

「LEDって何なん？」

電子工作でよく使われている「ピカッ」と光る小さな部品、それがLED(エル・イー・ディ)です! なんか名前の響きがかっこいいですよね

(電球とか蛍光灯とかよりも、LEDのほうが言いやすいし、ユニット名みたいでかっちょいいですよね笑)

LEDは「Light Emitting Diode（発光ダイオード）」の略で、電気を流すと光る半導体の一種です。身近なところだと、信号機やスマホのライトにも使われていますね。後はイルミネーションなんかにも使われています。

世の中的には表示系や装飾はもともと電球が使われていたんですけど、LEDのほうが電力効率が良い(同じ電気代で6〜10倍も明るさが違う。同じ明るさでいいなら電気代が1/10〜1/6の値段で済む)、寿命が長い、小型化的なメリットが受け入れられるようになり、発達してきた技術です。

光る仕組み

LEDは「ダイオード」の仲間です。ダイオードとは電気を一方向にしか流さない部品です。

その中でもLEDは「ダイオード＋α」の機能を持っていて、電気が流れるときに光も発するように作られています。

構造的な話をすると、P型半導体とN型半導体をつなぎ合わせた「PN接合」という形になっており、電流が流れると電子と正孔（せいこう）が再結合して光エネルギーを放出します。このときの光の色は、半導体の材料によって決まります。赤色LEDはガリウムヒ素（GaAs）、青色LEDは窒化ガリウム（GaN）など、材料の違いで波長(=光る色)が変わります。

上はPN接合の説明図です。何も電圧がかかっていない状態だと、境界面がダムのような役割になっていますが、片方に電圧をかけると電気が流れ出します。MonoBoardではマイコン(GPIO)-抵抗-LED-GNDと接続されていて、GPIO端子からP型半導体に電圧(3.3V)をかけることにより、電気が流れ出す(=光り出す)仕組みになっています。

向きに要注意

LEDを実装する際には向きに注意が必要です。P型半導体がいる「アノード（＋側）」とN型半導体がいる「カソード（−側）」があります。電流はアノードからカソードへしか流れないので、逆にすると光りません。部品自体、アノード側に長い端子、カソード側となっているので見分けやすいです。

電圧にも注意

LEDは電圧をかけすぎるとすぐ壊れてしまいます。例えば、赤色LEDならおよそ2.0V、青色や白色LEDならおよそ3.0Vが「順方向電圧（Vf）」と呼ばれる値です。これを超える電圧をそのままかけると、流れる電流が急激に増えてLEDが破損します。そのため、LEDには必ず直列に抵抗を入れて電流を制限します。MonoBoardでも適切な抵抗をGPIOとLEDの間に挟むことで電流量を調整しています。

回路を組んで光らせてみよう!

LEDはただ光っているだけといえば、そうなのですが、「電源が入っている」「通信中」「エラー発生」などを知らせるインジケーターとして使うことが出来ます。また、複数のLEDを並べて順番に光らせると、進行状況やアニメーション的な動きを見せられます。MonoBoardで習得したLEDの制御を活かして、是非、LEDの自作回路を組んでみてください。自分で組んだ回路が「ピカッ」と光ったときにはきっと感動すると思います。。。。

↓600円程度でRGB＋白のLEDセットが購入できます。個人的にもブレッドボードに挿して使ってます。お手頃なのでおすすめです。

https://amzn.to/3K1qdhL