発光ダイオード
青またはそれよりも波長の短い光を放つ発光ダイオードのチップに、その発光ダイオードの光により励起されて長波長の光を放つ蛍光体(フォトルミネセンス)を組み合わせた方式である。発光ダイオードのチップは蛍光体で覆われており、点灯させると、発光ダイオードチップからの光の一部または全部が蛍光体に吸収され、蛍光はそれよりも長波長の光を放つ。発光ダイオードのチップが青発光であれば、チップからの青色の光に蛍光体の光が混合されて、一緒に出力される。蛍光波長や蛍光体の厚さなどを調整すれば、白色光を得られる。この蛍光体には、例えばYAG系の物が用いられる。この方式には、単一のチップとパッケージだけで、白色発光が実現可能だという利点を有する。
白色にヒトに認識される光を放つような白色発光ダイオードの実現には、青色発光ダイオードの存在が不可欠であった。蛍光体による発光では、蛍光体が受けた光より短い波長の光は得られないため、赤や緑のLEDでは短波長の成分が不足し、白色とヒトには認識されないからである。
この蛍光体方式の開発により、固体光源である白色発光ダイオードが本格的に普及した。
しかし、急速に価格が下落し、電球との消費電力の差も大きい「LED電球」と違い、直管蛍光灯型LEDは、低消費電力の蛍光灯との競争のため、消費電力の差が少なく、価格も高い。カバーに透明と乳白色の2種類があり、直下の照度を重視するなら透明、広い照射角(最大310度の製品もある)を求めるなら乳白色の物を選ぶのが妥当である。照明機器としてLED素子1個では充分な光束が得られないため、使用目的に合わせてLED素子を複数個使用して照度を確保している。100個以上のLED素子を使用した製品も珍しくない。ただし、蛍光灯と比べて重量が増すために、蛍光灯用のソケットが重みに耐えられず落下する危険性があるほか、蛍光灯器具の安定器を取り除かねばならないタイプの製品もある。そのため、日本の大手メーカーなどは器具そのものをLEDユニットにした製品を開発した。
丸形蛍光灯型LEDを使用するシーリングライト等についても、直管蛍光灯と同じく、低消費電力の蛍光灯との競争のため、消費電力の差が少なく、価格も高い。
表面実装 (SMD) タイプのLEDを使用した照明器具を、「SMDライト」等と称して差別化して販売している例もあるが、本質的にLEDと何ら変わりがない。
LEDが発する光の強さは、電流の量におおよそ比例する。しかし特に大電流域では発光効率が低下し、その分だけ発熱する。一般にLEDは発熱が少ないとは言え、高出力品では相応に発熱するのである。LEDは熱に弱いので、放熱の必要性は白熱球や蛍光灯よりむしろ高い。ヒートシンクなどで適切に放熱しないと効率の低下や寿命の短縮でLEDの利点が失われる他、発煙・発火などの事故に繋がる事がある。
連続最大電流、瞬間最大電流を超えないこと。定格電流より多い電流をLEDに流すと、高い光束が得られるものの、寿命が極端に短くなる。LEDを使用した市販品では、寿命を犠牲にして高輝度を得ている物や価格を抑えるために電流を制限する回路を省いている製品もある。
LEDは極性を有するため、陰極と陽極とを間違えて電圧を印加した場合は、LEDが発光しない。また逆方向に対する耐電圧が低いため、LEDが破壊され易い。自動車やバイクのウェッジ球のように極性が差し込むまで判らない、あるいはオルタネーターの交流が直接入るような用途用の物では、対策としてブリッジ回路を間に挟んで無極性化している製品も存在する。
LEDを並列接続する際は、注意が必要である。
模型用の点灯光源としても、LEDの価格低減に伴って、かつて使用されていた小型電球の代替として、LEDが使用されるようになってきた。光色の制限から、かつては赤色光への使用が主だったが黄色、白色LEDの開発により前照灯や室内蛍光灯の白色光の再現も可能となった。さらに白熱電球の再現については電球色(淡橙色)LEDの開発により、実際の電球ではサイズや発熱などの理由で難しかった箇所ですら、実感的な光色の再現が可能となった。特に、点灯機構を組み込むスペースが限られ、また部材がABS樹脂やポリスチレンなどで作られているなど電球の発熱の面でも不利な場合があったNゲージを中心とした鉄道模型の場合、通常のレンズタイプからチップタイプへの移行により構造の小型化により実感の再現に大きく寄与し、これにより従来は実車のヘッドライト構造の関係で製品化が困難だった車種の製品化が実現した。コストは従来の電球使用より割高であっても、実感的な模型の実現からユーザーに歓迎された面があり、分野としての消費量は少ないながらも、実用照明器具での利用に先行して採用されていった。また模型用途としては他にカーモデル用ディティールアップパーツやミニ四駆用のタミヤ純正カスタムパーツなど、改造用LEDキットが存在する。
2は黄色の光が反射され、その光が網膜の赤錐体と緑錐体の両方を刺激して黄色に見える。つまり両者とも黄色に見える。ところが光の三原色の混合で照らした場合、1は赤と緑の光が反射され黄色に見えるが2は赤・緑・青いずれも物体に吸収されてしまい、理論上は黒く見えるはずである。ただ実際には、完全に黄色の光のみを反射して他の光を一切反射しないという物体は存在しないため、黄色いはずの物が黒く見えるほどの極端な結果にはならないものの、多少色合いが異なって見える。蛍光灯ではこの問題を解決するために5色発光や7色発光の物も作られたが、それでも演色性は連続スペクトルの白色光に劣る。
この方式は3つのチップが必要で、見る角度に依存しない均一な発光色を得る事も難しい。さらにそれぞれのチップの要求する電圧が異なるので、点灯回路も3系統必要である。しかし、発光ダイオードのチップからの発熱のせいで、蛍光体が劣化する問題を回避できるメリットはある。また液晶バックライトなど表示用に用いる場合は赤・緑・青の3つの成分しか持たない事が逆に利点になり、色純度の高い鮮やかな表示色を得られる。
他の一般的なダイオードと同様に極性を持っており、カソード(陰極)に対しアノード(陽極)に正電圧を加えて使用する。この順方向にかけた電圧が低い間は、電圧を上げても電流が増えず、発光もしない。ある電圧を超えると電圧上昇に対する電流の増え方が急になり、電流量に応じて光を発するようになる。この電圧を「順方向降下電圧 (VF)」と呼び、一般的なケイ素を主原料に使ったダイオードと比較すると、発光ダイオードは順方向降下電圧が高い。発光色によって違うが、赤外では1.4 V程度。赤色・橙色・黄色・緑色では2.1 V程度。白色・青色では3.5 V程度。紫外線LEDは最もVFが高く、4.5 Vから6 Vが必要である。
発光時の消費電流は表示灯用途では数 mAから50 mA程度だが、照明用途では消費電力が数十Wに及ぶ大電力の発光ダイオードも販売されている。
ただし、一般的なダイオードとは異なり、整流用途にLEDは使用できない。逆方向に電圧を掛けた場合の耐電圧は、通常のシリコンダイオードより遙かに低く、通常はマイナス5 V程度である。これを超えると破壊される危険性がある。
また、順方向電圧の低いダイオードの代わりとしての利用にも向かない。例えばラジオなどの受信機には、ゲルマニウムダイオードなど、シリコンダイオードよりも順方向電圧の低いダイオードが用いられるが、LEDを用いた場合には、発光する分だけ無駄に電力を消費するため、LEDは不利である。