電球の面白い仕組み

まず、白熱球の光る仕組みを考えてみましょう。電球に電流を流し続けるとタングステンのフィラメントが３０００℃ほどになり、高温になることで白く光るようになります。なぜそうなるかは次ページにまとめてあるので参考にしてください。

蛍光灯では、電極のフィラメントに高い電圧をかけ、電子を飛び出させ対面の陽極側へ放電させます。蛍光管に封入された水銀蒸気の原子に電子が衝突し、水銀が紫外線を放射するのです。そして、ガラス管内壁に塗布された蛍光物質に紫外線が入射すると可視光を発光します。また、蛍光物質によって発光する色が異なります。周囲環境温度が20〜25℃で効率よく発光するように設計されているので、低温となる冬場では水銀蒸気の分圧が低くなり発光効率が落ち、暗くなることがあります。

高輝度放電（ＨＩＤ）ランプ（High IntensityDischarge Lamp）は、高圧の金属蒸気中のアーク放電によって発光するものです。ナトリウムやスカンジウムなどの金属ハロゲン化物（メタルハライド）を発光物質として封入したものにメタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ、水銀ランプなどがあります。

ＬＥＤ（発光ダイオード）チップの基本構造は、Ｐ型半導体（電子の足りない正孔が多い半導体）とＮ型半導体（電子が多い半導体）が接合された「ＰＮ接合」で構成されています。Ｐ側のプラス電極をＮ側のマイナス電極につないで電流を流すと、正孔（ホール）に電子が入って結合する際に余ったエネルギーが光として放射されます。これが発光原理です。ＬＥＤの発光色はチップに使われる化合物に依存します。アルミニウム・ゲルマニウム・ヒ素の化合物では赤、インジウム・ゲルマニウム・窒素の化合物では青といった具合です。

出典：『眠れなくなるほど面白い　図解　すごい物理の話』著/望月修