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LEDのスペクトル(分光分布)とは?

LEDのスペクトル分布とは?

スペクトルとは

普段、私たちは太陽光を白色の光として何となく見ていますが、これをプリズムに通すと、 虹のような「紫・藍・青・緑・黄・橙・赤」の7色の光に分かれて縞模様のように見えます。
つまり、光にはこのように様々な成分の色が含まれているのです。

この7色の縞模様は、これ以上分けることができない純粋な色で、「単色光」と呼ばれます。
スペクトルとは、光を単色光成分に分けて波長の順に並べたものです。
「スペクトル分布(または、分光スペクトル、分光分布)」と呼ばれ、図で表されます。

スペクトル分布は、発する光の成分に、どの色がどの程度の割合で含まれているのか、相対値で表されます。

※プリズム
ガラスなどの透明なものでできた三角柱で、光を分散・屈折させるもの。

波長とは

光とは、電磁波の一種といわれており、電磁波にはレントゲンで利用される「X線」や通信に利用される「電波」など、 波長の長さによって様々な性質のものがあります。
このような様々な電磁波のうち、一定の波長範囲にあるものが、私たちに見える「光(可視光線)」にあたります。
LEDと電磁波についてはこちらで詳しく解説しています。

LEDに関して「波長」という言葉がでてきたら、それは「光の色」を意味します
波長は、ナノメートル(nm)という単位で表され、このnmの数値を見れば、それが何色の光なのかが分かります。

LEDの波長の数値と発光色

スペクトルは、上図のような、いろいろな波長(色)の成分が、それぞれどの程度の強さで含まれているか、相対的な強さを曲線で表したものです。

LEDの各発光色に相当する、おおよその波長範囲は以下のとおり。
●「紫色」:380〜430nm
●「藍色」:430〜460nm
●「青色」:460〜500nm
●「緑色」:500〜570nm
 ※530nmくらいだとあざやかな緑、560nmくらいになると黄緑色っぽくなります。
●「黄色」:570〜590nm
 ※黄色は、590nm付近のものが多いですが、これくらいだと(主観ではありますが)オレンジっぽい印象です。580nmだと純粋に黄色という感じです。
●「橙色」:590〜610nm
●「赤色」:610〜780nm
 ※赤色は、実際には610〜640nmくらいのものがほとんどです。

スペクトルの見方〜スペクトルでLEDの色や特徴を見極める〜

いろいろなスペクトルを実際に見てみましょう

LEDメーカーや販売店で配布しているデータ資料にスペクトルが記載されていますが、 LEDのスペクトルを見て、そのLEDの発光色にどんな特徴があるのかを判断する事もできます。

以下はそれぞれ、日本のある有名LEDメーカーのチップLEDの製品データに記載されているスペクトル分布です。

●スペクトルの例1
下の図は、ある1.6mm×0.8mmサイズのチップLED(表面実装型:SMD)のスペクトル分布図です。
何色のLEDのスペクトルかわかるでしょうか?
LEDのスペクトル(分光分布)の例1

460〜470nm付近の波長に鋭いピークがあり、スペクトルだけ見ても(上の波長範囲の説明で「青色:460〜500nm」となっているように) 青色LEDだということが想像できます。
ドミナント波長[λD]は、470nmと記載されており「青色LED」と分かります。
※「ピーク波長=発光色」ではないので、あくまで発光色の判断はドミナント波長で見ます。
なお、このピーク部分が鋭くなるほど、色の純度が高いシャープな光になります。

※ドミナント波長
波長の規格には、ピーク波長(λP)・ドミナント波長(λD)と呼ばれる2種類があります。(λは「ラムダ」と読みます)
ピーク波長とは、スペクトル分布で出力値が最も高い部分の値。
ドミナント波長(主波長)とは、「実際に目で見たときの色」に相当する波長の値。
いずれも単位はnm(ナノメートル)で表されます。
⇒ 詳細は「LEDの波長と発光色」をご参照ください。

※「Ta=25℃」や「IF=20mA」という表示の意味は、周囲温度が25℃、LEDに流れる電流が20mAの時、という意味です。


●スペクトルの例2
次の図も同じメーカーの1.6mm×0.8mmサイズのチップLED(表面実装型:SMD)のスペクトル分布です。
これは何色のLEDでしょうか?
LEDのスペクトル(分光分布)の例2

600〜610nm付近の波長に鋭いピークがあります。
製品データ表に、ドミナント波長[λD]が、605nmと記載されており「橙色LED」だということが分かります。
白・電球色以外の単色の光(赤・橙・黄・緑・青など)のスペクトルは大体こういう形をしているので、すぐに色のイメージがつかめるかと思います。



●スペクトルの例3
下の図も、同じメーカーの1.6mm×0.8mmサイズのチップLED(表面実装型:SMD)のスペクトル分布です。
上の2つとは特徴の異なった形をしていますが、何色LEDかわかるでしょうか?
LEDのスペクトル(分光分布)の例3

460〜470nm付近の青色の波長範囲に鋭いピークがあり、また、570〜580nmの黄色の波長範囲にも緩やかなピークがあります。
これは青色と黄色の光をブレンドしたもので、「青色LED+黄色蛍光体」による白色LED の特徴的なスペクトルとなっています。
(擬似白色LEDとも呼ばれ、一般的に最も多く用いられている白色LEDを作る仕組みです)
※なお、白色LEDなので、ドミナント波長[λD]は、空欄になって記載されていません。
白色LEDを作る原理・仕組みについてはこちらをご参照ください

このように、スペクトルを見て、そのLEDのおおよその発光色が想像できたり、 白色LEDがどんな波長成分で構成されているか(どんな方式でつくられているか)も見て取ることができるわけです。

スペクトル半値幅とは

上のスペクトルの例のように、青などの単色のLEDのスペクトルは、通常一ヶ所の鋭いピークがあり、ピークに対してほぼ左右対称形になっています。
ピーク部分を中心として、相対放射強度が50%になる波長の幅をスペクトル半値幅といいます。
スペクトル半値幅は、広いほど(緩やかなカーブになるほど)色がぼやけるように感じ、 半値幅が狭いほど(鋭いカーブになるほど)シャープな(純度の高い)色彩になります。

※なお、半値幅には、半値全幅 (full width at half maximum, FWHM) と、その半分の値の半値半幅 (half width at half maximum, HWHM) とがあります。 単に半値幅と言う場合、半値全幅を差すことが多いようです。

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