以前のLEDにについてのご紹介を行いましたが、今回は実際にの使い方を紹介します。
ここでは、知識としてのLEDから実践的なLEDの使い方に焦点をあてて紹介いたします。
ということで、お手元にLEDを用意してみましょう！
LEDはどこで入手するの？
ところで、どこで入手できるのでしょうか？
じつはAmazonでももちろん入手できます。
また、電子工作を行う方が昔から使っているサイトもあります。
https://akizukidenshi.com/catalog/top.aspx
購入が完了したかたは、引き続きこのページをご覧下さい。
購入していてLEDを光らせるみようとして、「あれ、点灯しないなぁ～」という方や「なんか焦げ臭いなぁ～」という方はいませんか？
残念ながらLEDのデータシートではそのヒントは載っていますが、中々難しく読み取るのは大変です。
ということで、LEDの仕組みを理解しながらポイントをおさえましょう。
「あれ、故障かな？」と思ったら
LEDは電気を通すと光るのでとても分かりやすいですし、まず使ってみたいと思いますが、実はうまく光らない場合があります。
主な原因は以下の内容です。
- 電流の流す向きか間違っている
- 電圧が不足している
- 電流が多く流れ過ぎている（焼ききれます）
- 電圧が高すぎる（破壊の原因になります）
- 違う色のLEDを並列に接続している
- 複数のLEDを直列に接続している
・・・等々です。
これだけリストにすると意外と難しいのではと思われますが、ポイントと抑えればそこまで難しくはありませんよ。
ということで、そもそもLEDの光る原理について見てみましょう。
LEDは最近耳にする半導体を利用しており、窒化ガリウムをベースにした高輝度青色LEDなどが有名ですね。中身は2種類の材料からできていて、一つは電子が多く存在している材料と、もう一つは電子が入ることができる穴（正孔）が多い材料からなります。
ちょっとイメージが難しいので、材料を映画館の席に例えて話を進めていきます。
電子を人に、穴（正孔）を座席に見立てて、席は自由席で立ち見もOKというような感じの映画館というイメージだと分かりやすいです。
本来であれば、半導体の基本の材料のシリコンにアクセプター、ドナーとなる最外殻電子が1つ分異なる物質を、、、と長い文章が続きますが、ここでは省略します。詳しくは書籍等で調べてみてくださいね。
電子が入ることができる穴（正孔）が多い材料をP型半導体といいますが、席が多く空いているエリアだと考えます。
電子が多い材料をN型半導体といいますが、席が満席で座れる場所を探しながら立ち見をしている人が多いエリアだと考えます。
個人的にはN型半導体の方で長居はしたくないですね((+_+))
この二つのエリアが横にくっつけたときにどんなことが起きるでしょうか？
P型半導体が左側、N型半導体を右側になるようにくっつけてみます。
立ち見の人からすると近くに空いている席があるので早速座りますね。しかし、立ち見の方は遠くに席が空いていても、見つけらられなかったり、見てる方の邪魔にならない程度の移動しかできず、すべての席が埋まることはありません。
すると先ほどの半導体のくっつけた場所だけ席は埋まっているが立ち見の人がいない状態になります。このエリア、立ち見の方からするとだいぶ通りにくいですよね。
このエリアのことを空乏層といいますが、ちょっと立ち見の方からすると一人で入るのは気が引けるエリアでもあります。そのため、電気が流れない絶縁体として振舞います。
書籍などでは以下のような表現で示されています。
空乏層のエリアはキャリアが存在しないため、電気が流れない
P型半導体にー、N型半導体に＋の電気を加えてみるたときにどうなるのかを見てみましょう！
赤の矢印は電流の流れる方向を示していて、緑の矢印は電子が流れる方向をしめしています。
P型半導体のエリアは左側から入ってくる人（電子）はすぐに席に座ります。N型半導体のエリアは立ち見をしている方がすぐに外に出ていきます。そうすると空乏層が広がり人が入りにくくなります。電気的には絶縁状態になります。これを逆方向バイアスの時の動作になります。
これがLEDが光らない原因の”電気の流す方向が間違っている状態”です。
ここで、P型半導体に＋、N型半導体にーの電気を加えてみるたときにどうなるのかを見てみましょう！始めに弱い電圧をかけたときの動作を見てみましょう！
N型半導体のエリアは人が右側から入ってきますので、立ち見をしている人は中央に移動します。しかし、そこまで人が入らないので空乏層のエリアに少し入りますが、跨ぐまではいきません。またP型半導体のエリアは左から人が出ていくことができますが、左の入り口付近が空いてくると中央の席に座っている方が窮屈じゃない方がいいと言うことで、すこし左に移動します。すると中央の空乏層のエリアが小さくなります。
しかし、中央の空乏層があるため、人全体が右から左への移動はなく、ある程度人が入った状態で人の流れが止まります。
これが、”電圧が不足している状態”です。
では、電気の加える方向は同じで電圧を高くしてみましょう！電圧は人が移動する速度で表現することができます。
N型半導体のエリアは人が右側から勢いよく入ってきますので、立ち見をしている人は急いで中央に移動します。すると空乏層のエリアに躊躇している余裕はなく侵入します。またP型半導体のエリアは左から人がどんどん出ていくことができますので、窮屈じゃない方がいいと言うことで左の入り口付近に人が移動しますし、右側から勢いよく人が入ってくるのでできれば中央に居座りたくなくなります。
すると中央の空乏層のエリアがなくなり、勢いよく入ってきた人も座る席があれば、すぐに座ります。
この状態であると全体の人（電子）が右側から左に移動します。
そのため、電気的には流れていることになります。
さらに、LEDの場合は、この席に人（電子）が座るときに勢いよく座るので、席がすごく揺れます。
その電子が揺らした振動が光として見えてきます。
また、席の材質によって振動は変化します。それが発光する色の変化に現れてきます。
電圧が高く、電流が十分あれば席に座る勢いも強く、光が強くなります。
しかし、多くの人が一斉に席に勢いよく座ったら席が壊れてしまいますよね。
流れる電流、電圧を制限する必要がある。
これを守らないとLEDが壊れてしまします。
光らせるためのポイント！
以上の事を踏まえた上で、先程の故障と思われる点を振り返ってみましょう！
逆方向に電気を流している→LEDは足が長い方がプラスになるように配線して下さい。
電圧が不足している→電池1本では電圧が足りません。なので電池2本直列に接続して下さい。
この点を踏まえた上で更に以下の事をして下さい。
電流を流れ過ぎない様にする→5vの場合は680Ω程度の抵抗器を直列に接続する。
以上の事を守ってLEDを光らせてみて下さいね。
しかし、具体的に電圧や接続する抵抗値は何をもとに決定するのでしょう？
ここに関してはまた次回にします！
それではまた！
