発光ダイオード
白色LEDとも書かれる。白色光とは、一般には可視光線の全波長域に亘り強度が連続している光(連続スペクトルの光)を指す用語である。発光ダイオードで得られる発光は、レーザーほどではないものの狭い波長範囲のみに限られるため、この意味での白色光は生成できない。しかし、白色のような多色光に対しては、それを構成する光の波長、すなわち、スペクトルが異なっていても、白色とヒトの視覚で認知されるように、発光スペクトルを設計する事は可能である。典型的には、テレビのように光の三原色を混合したり、補色関係にある2色を混合して、適切な強度比に設計すれば、白色だとヒトに認知される光が生成できる。白色発光ダイオードではこの原理が利用され、具体的な手法が幾つか考案された。この結果、低電圧でのDC駆動などダイオードの持つ電気的な扱い易さのみならず、光源としても高効率(低消費電力)であり、しかも寿命も既存の光源以上に長いため、LED照明として白色発光ダイオードが利用されてきたなど、気体を使わない固体光源として普及が進んだ。
明るさや照射範囲などは「LED電球」の型番によって違いがある。より電球に近づけたと謳う製品や、広配光を謳う製品、下方向のみの製品など多種多様である。中でも明るさについては、実際の明るさよりも明るいと不適切な表示(優良誤認)を行ったとして、メーカー12社に対して、2012年6月に消費者庁が景品表示法に基づく措置命令を行った。これにより「LED電球」の明るさ基準を作る動きが生まれ、業界団体である一般社団法人日本電球工業会により、電球と置き換えた場合、電球の何ワット相当に該当するかを、全光束(ルーメン)が明るさ表示の基準として統一され出された。これにより、加盟会社の電球製品はそれぞれ電球何ワット相当と表示できる基準ルーメンと実際のルーメンに合わせる必要があり、不適切な表示はなくなった。ただし、非加盟会社の製品は、インターネットを通じて販売される場合が多く、未だに不適切な表示を継続する例が後を絶たない。
直管蛍光灯(FL40W形等)と同形状・同口金 (T8:G13) の物も発売され、LEDチップ価格の下落に伴い、ややコストメリットが出つつある。
信号機は光源が光らなければ役目を果たせないため、従来の白熱電球を光源にした信号機は、電球の寿命の問題で、頻回なメンテナンスが欠かせなかった。これに対して、発光ダイオードの製造コストが低下し始めた2000年代以降、省エネルギーで耐久性が高いとして、鉄道用および道路交通信号機での利用も拡大した。
また、白熱電球を使った従来の信号機では、LED式信号機とは異なり、白熱電球を納める比較的大型の筐体が必要だった。
これに加えて、白熱電球にカラーレンズを組み合わせて色を表現していた従来の信号灯では、太陽光が灯器に入り込んでカラーレンズを明るく見せるため、実際の点灯箇所と見分けづらくなる。これを疑似点灯現象と呼ぶ。発光ダイオードを使った信号機は、レンズ自体が無色であり、発光ダイオードも点灯していなければ無色であるため、疑似点灯現象の防止が可能で、太陽光などの影響を受け難いとされている。
なお、中央に高輝度のLEDの集合体を置き、無色半透明の反射板でLEDの光を均等に行き渡らせて無色のレンズ全体に広げる方式のプロジェクター式と、小さなLED素子を基盤に多数装着して全面にLEDが並んだ素子式とが有る。
発光ダイオードは、半導体を用いたpn接合と呼ばれる構造で作られている。発光はこの中で電子の持つエネルギーを直接、光に変換する方法で行われ、巨視的には熱や運動の介在を必要としない。電極から半導体に注入された電子と正孔は異なったエネルギー帯(伝導帯と価電子帯)を流れ、pn接合部付近にて禁制帯を越えて再結合する。再結合時に、バンドギャップ(禁制帯幅)にほぼ相当するエネルギーが光として放出される。放出される光の波長は材料のバンドギャップによって決まる。基本的には、エネルギーが多いと波長の短い光が出る。これにより赤外線領域から可視光線領域、紫外線領域まで様々な発光を得られるが、基本的に単一波長の光のみを放出する。ただし人間の視覚に合わせて、青色、赤色、緑色(光の三原色)の発光ダイオードを組み合わせて用いれば、人間にとって区別できるあらゆる色(フルカラー)を表現できる。また、青色または紫外線を発する発光ダイオードの表面に蛍光塗料を塗布する方法で、高エネルギーの青色の光を蛍光塗料に吸収させて、蛍光塗料からエネルギーの低い他の色の蛍光を放出させて、適切に色の変換を行い、白色や電球色などといった様々な中間色の発光ダイオードも製造されている。
順方向降下電圧 (VF) には、通常のLEDでは同じ品番の製品にでも個体差が見られ、並列に繋ぐと最も順方向降下電圧(簡単に言えば、電流が流れ始める電圧)の低い素子のみに電流が集中する。電流の集中でさらに発熱し電気抵抗とVFの値が減少し、さらに電流の集中が促進されるという悪循環が起こる。発光量が不均一になるだけでなく、電流が最大定格を超えれば、過熱による寿命短縮や焼損の危険も出てくる。素子の破壊がオープンモードだった場合は、次にVFの低い素子に更に大量の電流が集中し、連鎖的に破壊が進行する。複数のLEDを同時に点灯する場合は、可能な限り直列に繋いだ上で抵抗や能動素子で定電流制御した回路を1単位とし、この単位回路を並列に電源に繋ぐ。ただし、複数の素子が内部で並列接続されている製品も存在する。
GaN系などのLED素子は、静電気やサージ電流に弱い。
レンズ付きのLEDの場合、素子の光軸と実際に放出される光の方向は、製造過程でのばらつきのため、通常は一致せず、僅かにズレている。
LEDが発光する光は、特定の周波数に偏った光であるため、見た目の明るさ以上に強い光であり、該当する周波数の光による光化学反応が促進される。例えば、他の発光器具にも言えるものの、直視すると、目に悪影響を与える事がある。特に紫外線や高出力の物はその傾向が強い。
最も単純な構造は、発光部を内包する透明樹脂部分と2本の端子からなる。多色のLEDを内蔵した物は、3本以上の端子を持つ。
砲弾型
チップ型
多セグメント形 7セグメント形 14セグメント形 マトリックス形 反射型
電子写真式プリンターとして一般的なレーザープリンターは、レーザーの出力を直接変化させたり、液晶シャッターで強度を変調した光を、回転するポリゴンミラー(多角形鏡)に反射させて走査したりして、感光ドラム上に走査線を作り出している。光学系には高い精度が要求され、構造上どうしてもある程度以上の走光路距離を確保せねばならず、プリンターの小型化、低価格化は困難だった。
これを解決したのが、LEDアレイヘッドを使用したLEDプリンターである。微細加工したLEDを直線上に数千 - 数万個並べ、感光ドラム上の潜像の1ドット1ドットに対応するLEDで感光書き込みを行う。機械的駆動系(ポリゴンミラー)は不要になり、光学系は単純な収束レンズのみで済み信頼性向上とコスト削減、機器の小型化を実現した。ただし、主走査解像度がヘッドの集積度によって制限される、素子間のバラつき補正が必要、ドラムとLEDアレイが非常に近いために飛散したトナーが付着して出力物のクオリティ安定性に欠けるなどの欠点も持つ。