LED比較実験の考察｜色・波長・順方向電圧・照度・発光効率の違い

LED比較実験は、赤色・青色・緑色・白色など異なるLEDについて、発光色、波長、電圧、電流、照度、消費電力、発熱などを測定し、LEDの種類による発光特性の違いを調べる物理・電子工学・材料分野の学生実験です。

LEDは半導体中で電子と正孔が再結合するときに光を放出する発光素子です。使用する半導体材料やバンドギャップの大きさによって発光する光の波長が変わるため、赤色LEDと青色LEDでは順方向電圧や光子エネルギーなどにも違いが見られます。

この記事では、大学・高等学校などの学生実験でLED比較を行うことを想定し、LEDの基本原理、発光色と波長、順方向電圧、電流、抵抗、消費電力、照度、光束、発光効率、距離、発熱、スペクトル、白色LED、測定方法、結果のまとめ方、誤差原因、改善点、考察の書き方などを整理します。

注意：
この記事は、大学・高等学校などの物理・電子工学実験で得られた結果を考察するための参考資料です。実際のLED定格、電源電圧、抵抗値、測定器、安全上の注意は、必ず所属学校の実験書、担当教員、TAなどの指示に従ってください。LEDへ定格を超える電流を流すと破損する可能性があるため、必ず適切な電流制限抵抗または定電流回路を使用してください。

LED比較実験とは何か

LED比較実験では、異なる発光色や種類のLEDを同じ回路条件または同じ電流条件で点灯し、電圧、電流、明るさ、温度、スペクトルなどを比較します。

同じ見た目のLEDでも、半導体材料や発光方式が異なるため、順方向電圧や発光効率には差があります。

LED比較実験で見るべき結果

結果に書く主な項目

• LEDの色
• LEDの型番
• 定格電流
• 順方向電圧
• 回路の電源電圧
• 使用した抵抗値
• 実測電流
• 消費電力
• 照度
• 測定距離
• 発光スペクトル
• ピーク波長
• LED表面温度
• 周囲温度
• 測定回数
• 平均値
• ばらつき

LED比較では、「青色LEDの方が明るく見えた」などの主観だけでなく、電圧・電流・照度・距離を数値として記録することが重要です。

LEDとは何か

LEDはLight Emitting Diodeの略で、日本語では発光ダイオードと呼ばれます。

電流を流すと光を放出する半導体素子で、照明、表示灯、ディスプレイ、通信、センサーなど幅広い用途で利用されています。

LEDはダイオードの一種

LEDは通常のダイオードと同様に、電流を主に一方向へ流す性質を持っています。

順方向に一定以上の電圧を加えると電流が流れ、同時に発光します。

LEDに極性がある理由

LEDにはアノードとカソードがあり、正しい方向へ接続する必要があります。

逆方向へ大きな電圧を加えると破損する可能性があります。

LEDが光る仕組み

LEDでは、半導体中の電子と正孔が再結合するときにエネルギーが光として放出されます。

このとき放出される光子のエネルギーは、使用する半導体のバンドギャップと関係します。

バンドギャップとは何か

半導体では、電子が存在できるエネルギー帯の間に電子が存在できない領域があります。

このエネルギー差をバンドギャップと呼びます。

発光色とバンドギャップ

バンドギャップが大きい半導体ほど、一般に高いエネルギーの光子を放出します。

青色光は赤色光より光子エネルギーが高いため、青色LEDでは赤色LEDより大きなバンドギャップを持つ材料が利用されます。

波長と光子エネルギー

光子エネルギーEは、

E = hc / λ

の関係で表されます。

ここでhはプランク定数、cは光速、λは波長です。

波長が短いほど光子エネルギーは大きい

式から、波長λが短くなるほど光子エネルギーEは大きくなります。

そのため、青色光は赤色光より1個の光子が持つエネルギーが大きくなります。

LEDの発光色

代表的なLEDには赤色、橙色、黄色、緑色、青色、紫色、白色などがあります。

単色LEDでは、比較的狭い波長範囲の光を放出します。

赤色LED

赤色LEDは比較的長い波長の可視光を放出します。

一般に青色LEDより順方向電圧が低い傾向があります。

緑色LED

緑色LEDは、人間の目が比較的高い感度を持つ波長域に近いため、同じ放射エネルギーでも明るく感じやすい場合があります。

青色LED

青色LEDは赤色LEDより短い波長の光を放出し、光子エネルギーも大きくなります。

そのため、順方向電圧も比較的高くなる傾向があります。

白色LED

白色LEDの多くは、青色LEDの光と蛍光体からの広い波長範囲の光を組み合わせることで白色に見える光を作ります。

単純に「白色という一つの波長」を出しているわけではありません。

白色LEDのスペクトル

白色LEDでは、青色LED由来の比較的鋭いピークと、蛍光体由来の幅広い発光帯が観察される場合があります。

順方向電圧とは何か

LEDへ順方向に電圧を加えたとき、電流が流れて発光するために必要となる電圧を順方向電圧として扱います。

一般にV_Fなどと表記されます。

色によって順方向電圧が違う理由

LEDの発光色は半導体のバンドギャップと関係し、バンドギャップが異なると必要な電圧も変化します。

そのため、赤色LEDと青色LEDでは同じ電流を流したときの順方向電圧が異なります。

順方向電圧は一定値ではない

LEDの順方向電圧は、電流、温度、個体差などによって変化します。

「赤色LEDは必ず○V」と固定値として扱うのではなく、実測値を記録します。

LEDの電流

LEDの明るさは流れる電流と強く関係します。

一定範囲では電流を増やすと発光量も増えますが、定格を超える電流を流すと発熱や破損につながります。

電流制限抵抗が必要な理由

LEDは順方向電圧を超えると電流が急激に増えやすいため、電源へ直接接続すると過電流が流れる可能性があります。

抵抗を直列に入れることで電流を制限します。

抵抗値の考え方

電源電圧V_S、LEDの順方向電圧V_F、流したい電流Iを用いると、直列抵抗Rは概略として、

R = (V_S – V_F) / I

で求められます。

同じ抵抗を使うと同じ電流になるとは限らない

色の異なるLEDでは順方向電圧が異なるため、同じ電源電圧と同じ抵抗を使用しても流れる電流が異なる場合があります。

純粋に発光性能を比較したい場合は、実測電流を確認する必要があります。

同じ電流で比較する方法

LEDごとに抵抗値を調整するか、定電流回路を使用して同じ電流を流すと、電流条件をそろえた比較ができます。

同じ電圧で比較する方法

同じ印加電圧で比較することもできますが、LEDごとに流れる電流が異なるため、電圧だけで発光効率の優劣を判断することはできません。

比較条件を明確にする

LED比較では、「同じ電圧」「同じ電流」「同じ消費電力」のどれをそろえるかで結果の意味が変わります。

レポートでは比較条件を明記します。

電力とは何か

LEDが電気回路から受け取る電力Pは、電圧Vと電流Iから、

P = VI

として求められます。

LEDだけの消費電力

LED部分の電力は、LED両端の順方向電圧とLED電流を用いて求められます。

回路全体の消費電力

直列抵抗を使用する場合、抵抗でも電力が熱として消費されます。

LEDの効率だけを考える場合と回路全体の効率を考える場合を区別します。

明るさとは何か

日常的には「明るさ」という言葉を使いますが、光学では光束、光度、照度、輝度など複数の量があります。

LED比較では測定器が何を測っているか確認することが重要です。

照度とは何か

照度は、ある面へ入射する光の量を人間の視感度で重み付けした指標です。

単位にはlx（ルクス）が使われます。

照度計を使う場合

LEDから一定距離に照度計を置き、受光面をLED正面へ向けて測定します。

距離と角度を全LEDで統一する必要があります。

照度は人間の目の感度を反映する

照度はすべての波長の放射エネルギーを同じ重みで測っているわけではありません。

人間の目は緑色付近に比較的高い感度を持つため、同じ光出力でも色によって照度値が大きく異なる場合があります。

照度だけでLEDの光出力を比較できない場合

赤色、緑色、青色LEDなど波長の大きく異なるLEDを比較する場合、照度計の値は視感度の影響を受けます。

純粋な光エネルギーを比較するには放射量を測定できる装置が必要です。

光束とは何か

光束は、人間の視感度を考慮した光の総量を表す量で、単位にはlm（ルーメン）が使われます。

発光効率

照明用LEDでは、消費電力1 Wあたりに得られる光束をlm/Wで表すことがあります。

この値が大きいほど、電気エネルギーから人間にとって有効な光を効率よく得られると考えられます。

学生実験での簡易効率比較

同じ距離・角度で照度を測定し、LED消費電力で割ることで簡易的な比較値を作ることはできます。

ただし、照射角や配光が異なるため、厳密な発光効率とは異なります。

距離と照度

光源から離れるほど、一般に単位面積あたりへ届く光量は減少します。

LEDからの距離を変えて照度を測定すると、距離と照度の関係を調べることができます。

逆二乗則

理想的な点光源では、光が空間へ広がるため照度は距離の二乗に反比例します。

E ∝ 1 / r²

ただし、実際のLEDはレンズや配光特性を持つため、近距離では理想的な逆二乗則からずれることがあります。

近距離測定の注意

LEDに非常に近い位置では点光源近似が成り立ちにくく、受光面の大きさも結果へ影響します。

測定距離をそろえる

数mmの距離差でも照度値が変わる場合があります。

固定具や定規を使ってLEDとセンサーの位置を統一します。

LEDの照射角

LEDには光を狭い範囲へ集中させるものと、広い範囲へ拡散するものがあります。

同じ光束でも狭角LEDでは正面照度が高くなる場合があります。

正面だけで比較する場合の注意

正面照度が高いLEDが必ずしも総光量も大きいとは限りません。

配光の狭いLEDは正面へ光を集中させるためです。

角度特性を測る実験

LEDまたは照度計の角度を変え、0°、15°、30°、45°などで照度を測ると、配光特性を比較できます。

発光スペクトルとは何か

光を波長ごとに分け、各波長の強度を示したものを発光スペクトルと呼びます。

分光器を使用すると、LEDの発光色を波長として確認できます。

単色LEDのスペクトル

赤色、青色などの単色LEDでは、比較的狭い波長範囲に発光ピークが現れます。

白色LEDのスペクトル

白色LEDでは、青色LED由来のピークと蛍光体由来の幅広い発光帯が組み合わされたスペクトルが観察される場合があります。

ピーク波長

発光スペクトルで最も強度が高い付近の波長をピーク波長として扱います。

色の見え方とピーク波長

単色LEDではピーク波長と見える色を対応させやすいですが、白色LEDのように複数波長を含む光では一つのピーク波長だけで色を説明できません。

RGB LED

赤・緑・青のLED素子を一つのパッケージへ組み込んだRGB LEDがあります。

各色の光量を変えることで、加法混色によってさまざまな色を作れます。

赤＋緑

赤色光と緑色光を適切な強さで重ねると黄色系に見えます。

緑＋青

緑色光と青色光を重ねるとシアン系に見えます。

赤＋青

赤色光と青色光を重ねるとマゼンタ系に見えます。

赤＋緑＋青

3色を適切な比率で重ねると白色系に見せることができます。

電流と明るさの関係

一定範囲ではLED電流を増やすと発光量も増加します。

ただし、電流増加と照度が完全に比例するとは限りません。

高電流で効率が低下する場合

LEDでは高電流域で発光効率が低下する場合があります。

また、発熱による温度上昇も発光特性へ影響します。

LEDの発熱

LEDは白熱電球より効率が高い場合が多いものの、入力した電気エネルギーのすべてが光になるわけではありません。

一部は熱として失われます。

LEDが熱くなる理由

半導体内部の非放射再結合、電気抵抗などによって熱が発生します。

高出力LEDでは放熱設計が重要です。

温度と順方向電圧

LEDの順方向電圧は接合温度によって変化します。

点灯直後と長時間点灯後で電圧が少し変化する場合があります。

温度と明るさ

LEDは温度上昇によって発光効率や発光強度が変化する場合があります。

比較実験では点灯後の測定時刻をそろえます。

点灯直後に測る場合

LED温度がまだ安定していないため、長時間点灯後とは異なる値になる場合があります。

一定時間後に測る

全LEDを点灯後同じ時間待ってから測定すると、温度履歴をそろえやすくなります。

パルス点灯

PWMなどを用いて高速にON/OFFを繰り返すことで、見かけの明るさを調整できます。

PWMとは何か

PWMはPulse Width Modulationの略で、一定周期の中でONになっている時間の割合を変えて平均出力を調整する方法です。

デューティ比

1周期中にONになっている時間の割合をデューティ比と呼びます。

デューティ比を下げると平均的な光出力も低下します。

照度計とPWM

照度計の応答速度によってはPWM点灯の平均値を示す場合と、値が不安定になる場合があります。

測定器の特性を確認します。

カメラでLEDを比較する場合

スマートフォンやカメラでLEDを撮影すると、露出、ホワイトバランス、画像処理によって実際の明るさや色とは異なる結果になる場合があります。

自動露出の問題

明るいLEDを撮影するとカメラが自動的に露出を下げるため、別のLEDとの画像比較が難しくなります。

撮影条件を固定する

画像比較を行う場合は、露出、ISO感度、シャッター速度、ホワイトバランス、距離を可能な範囲で固定します。

スマートフォンの照度アプリ

スマートフォンアプリによる照度測定は簡易比較には利用できますが、端末ごとのセンサー特性や補正が異なります。

定量実験では専用照度計の方が適しています。

フォトダイオードで比較する

フォトダイオードを利用すると、LED光によって生じる光電流を測定できます。

ただし、フォトダイオードにも波長感度特性があるため、異なる色を比較するときは補正が必要です。

センサーの波長感度

光センサーはすべての波長へ同じ感度を持つわけではありません。

赤色LEDと青色LEDを比較する場合、センサー感度差が測定値へ影響する可能性があります。

同じ型番でも個体差がある

LEDは同じ型番でも順方向電圧や明るさに多少の個体差があります。

複数個体を測定するとばらつきを確認できます。

複数回測定する理由

照度計の読み取り、位置合わせ、電流変動などによって測定値にはばらつきが生じます。

複数回測定して平均値を求めると信頼性を高められます。

参考実験条件

項目	参考例
LED	赤、緑、青、白など
電源	直流安定化電源
電流条件	同一電流または複数電流条件
測定	順方向電圧、電流、照度、温度、スペクトル
距離	一定距離で固定
対照条件	消灯時の背景照度

参考比較結果

LED	観察されやすい特徴	考察の方向
赤色LED	順方向電圧が比較的低い	長波長・小さい光子エネルギー
緑色LED	照度計で高く出る場合	人間の視感度
青色LED	順方向電圧が比較的高い	短波長・大きい光子エネルギー
白色LED	広い波長成分	青色LED＋蛍光体

結果の書き方の例

赤色、緑色、青色、白色LEDへそれぞれ10 mAの一定電流を流し、LED両端の順方向電圧を測定した。また、LED正面10 cmの位置へ照度計を固定し、各LEDの照度を3回ずつ測定した。

赤色LEDは青色LEDより順方向電圧が低く、青色LEDでは高い値を示した。この差は、発光する光子エネルギーと半導体材料のバンドギャップの違いに関係すると考えられる。一方、照度値は緑色LEDが高かったが、照度計は人間の視感度で重み付けされた量を測定するため、単純に放射エネルギーが最も大きいとは判断できない。

順方向電圧についての考察例

青色LEDでは赤色LEDより順方向電圧が高かった。青色光は赤色光より波長が短く、1光子あたりのエネルギーが大きい。LEDの発光色は半導体のバンドギャップと関係するため、青色LEDではより大きなバンドギャップを持つ半導体材料が使用され、順方向電圧も高くなったと考えられる。

照度についての考察例

同じ電流を流した条件で緑色LEDの照度が高く測定された。しかし、照度は人間の視感度を考慮した測光量であり、人間の目が比較的高い感度を持つ緑色付近では値が大きくなりやすい。そのため、照度だけからLEDの放射エネルギー効率を直接比較することはできない。

距離についての考察例

LEDから照度計までの距離を大きくすると照度は低下した。光が広い面積へ分散するため、単位面積あたりに到達する光量が減少したと考えられる。ただし、LEDは理想的な点光源ではなく配光特性を持つため、近距離では逆二乗則からずれる可能性がある。

電流についての考察例

LED電流を増加させると照度も増加した。注入される電子と正孔の数が増え、単位時間あたりの再結合数が増加したため、発光量が増えたと考えられる。ただし、高電流域では発熱や効率低下の影響によって比例関係から外れる可能性がある。

発熱についての考察例

点灯時間の増加とともにLED温度が上昇した。入力した電気エネルギーのすべてが光へ変換されるわけではなく、半導体内部の非放射過程や抵抗によって一部が熱へ変換されたためと考えられる。

白色LEDについての考察例

白色LEDのスペクトルでは青色付近の比較的鋭いピークと、より長波長側の幅広い発光が確認された。青色LEDからの光の一部が蛍光体を励起し、異なる波長の光へ変換され、その混合によって白色に見えているためと考えられる。

スペクトルについての考察例

赤色LEDと青色LEDでは発光ピークの位置が異なった。LED内部で電子と正孔が再結合するときに放出されるエネルギーが半導体のバンドギャップによって異なるため、発光波長も異なったと考えられる。

同じ抵抗で比較した場合の考察例

同じ電源電圧と抵抗を用いたところ、LEDごとに電流が異なった。LEDの色によって順方向電圧が異なるため、抵抗へ加わる電圧も変化し、その結果、回路電流が異なったと考えられる。

同じ電圧で比較した場合の注意

同じ電圧を加えて明るさを比較しても、流れる電流が異なる場合があります。

そのため、「同じ電圧で最も明るいLED」と「同じ電力で最も効率のよいLED」は同じ意味ではありません。

同じ消費電力で比較する

LEDごとに電圧と電流を調整し、LEDへ与える電力を同じにすると、同じ電気入力に対する明るさを比較できます。

簡易的な効率比較

同じ距離で測定した照度をLED消費電力で割り、相対的な比較値として利用することができます。

ただし、配光角や視感度の違いがあるため、厳密な発光効率ではありません。

赤・青LEDを植物へ照射する実験との関係

植物栽培実験では、赤色・青色・白色LEDによる生育差を比較する場合があります。

その際、LEDごとの距離、照射時間、光強度をそろえないと、波長以外の条件差が生じます。

植物実験では照度だけでは不十分な場合

植物の光合成評価では、人間の視感度を基準とする照度より、光合成に利用される波長域の光子量を測定する方が適切な場合があります。

LED比較と分光器実験の関係

自作分光器や分光器を使用すると、LEDの色を目視だけでなく波長分布として観察できます。

単色LEDと白色LEDの違いを確認する応用実験になります。

LED比較とオームの法則の関係

LED単体は抵抗のような単純な比例関係を示しませんが、直列抵抗の電圧降下と電流を測定するとオームの法則を利用できます。

LEDと抵抗を組み合わせることで、線形素子と非線形素子の違いを学べます。

LED比較と抵抗の色コード実験の関係

直列抵抗には抵抗値を識別する色コードが表示されている場合があります。

抵抗値を変えることでLED電流と明るさがどう変わるかを比較できます。

LED比較と電力実験の関係

電圧と電流を測定してP = VIから消費電力を求めることで、光出力との関係を考察できます。

周囲光の影響

照度計でLEDを測定すると、室内照明や窓からの光も測定値へ加わります。

背景照度を測定し、必要に応じて差し引く方法があります。

暗室で測定する

周囲光を減らした条件で測定するとLED単独の影響を評価しやすくなります。

背景照度を差し引く

LED消灯時の照度と点灯時の照度を測定し、その差をLEDによる照度として扱う方法があります。

センサー位置のずれ

LEDの発光は方向性があるため、数度の角度ずれでも測定値が変化する場合があります。

固定具を使用して位置と角度をそろえます。

LEDレンズの違い

透明レンズ、拡散レンズ、レンズ角度などの違いによって配光が変わります。

LEDチップ性能だけを比較したい場合、パッケージ形状も確認します。

異なるサイズのLED

3 mm、5 mm、チップLED、高出力LEDなどでは構造や配光が大きく異なります。

比較目的に応じて同じ種類・形状のLEDを用いる方がよい場合があります。

測定器のレンジ

照度計や電流計のレンジが適切でないと、分解能不足やオーバーレンジが起こります。

測定値に適したレンジを選択します。

電流計の内部抵抗

電流計を回路へ接続すると、測定器自身の内部抵抗が回路へわずかに影響する場合があります。

電圧計の接続

LED両端の電圧は、電圧計をLEDと並列に接続して測定します。

電流計の接続

LED電流は、電流計を回路へ直列に接続して測定します。

測定器接続ミス

電流計を電源へ直接並列接続すると大電流が流れる危険があります。

接続方法を確認してから通電します。

主な誤差・実験上の問題

原因	結果への影響	改善方法
LEDとセンサーの距離差	照度が大きく変わる	固定具で距離を統一する
角度のずれ	正面照度が変わる	LEDと受光面を正対させる
周囲光	照度を過大評価する	暗所測定または背景補正する
LED電流の違い	明るさ比較が不公平になる	実測電流をそろえる
温度上昇	電圧・発光量が変化する	測定時刻を統一する
センサー波長感度	色ごとの測定値が偏る	特性を確認し必要なら補正する

うまくいかなかった場合の考察例

同じ電流を流したにもかかわらず、一つのLEDだけ照度が大きく低かった。LEDの個体差だけでなく、照射角が他のLEDより広かったため正面へ集中する光量が少なかった可能性がある。また、照度計の波長感度が発光波長に対して低かった可能性も考えられる。

測定を繰り返すにつれて照度が低下した場合は、LEDの温度上昇によって発光効率が変化した可能性がある。各試料で点灯開始から測定までの時間を統一する必要がある。

改善点の書き方

回路条件を改善する方法

• LED電流を実測する
• 比較条件に応じて同じ電流または同じ電力にそろえる
• 適切な電流制限抵抗を使用する
• 安定化電源を使用する
• 測定器の接続方法を統一する

光測定を改善する方法

• LEDと照度計の距離を固定する
• 受光面とLEDを正対させる
• 周囲光を減らす
• 消灯時の背景照度を測定する
• 複数回測定して平均値を求める

温度条件を改善する方法

• 点灯時間を統一する
• 周囲温度を記録する
• 高出力LEDでは放熱条件をそろえる
• 長時間測定ではLED温度も測定する

浅い考察とよい考察の違い

浅い考察の例

青色LEDは赤色LEDより電圧が高かった。

よりよい考察の例

同じ10 mAを流した条件では、青色LEDの順方向電圧が赤色LEDより高かった。LEDでは電子と正孔の再結合に伴うエネルギーが光子として放出され、発光波長は半導体材料のバンドギャップと関係する。青色光は赤色光より波長が短く、光子エネルギーが大きいため、青色LEDではより大きなバンドギャップを持つ材料が必要となり、順方向電圧も高くなったと考えられる。

レポートで使える表現例

• LEDは電子と正孔の再結合によって発光する半導体素子である。
• 発光波長は半導体材料のバンドギャップと関係する。
• 青色LEDは赤色LEDより短波長であり、1光子あたりのエネルギーが大きい。
• LEDの色によって順方向電圧が異なった。
• 同じ抵抗を使用しても順方向電圧の違いによって電流は同じにならない。
• 照度は人間の視感度で重み付けされた測光量である。
• 緑色域では人間の視感度が高いため、照度値が大きくなる場合がある。
• LEDからの距離が増えると照度は低下した。
• LEDは理想的な点光源ではないため、近距離では逆二乗則からずれる場合がある。
• 温度上昇によって順方向電圧や発光強度が変化した可能性がある。
• 白色LEDは複数の波長成分を組み合わせて白色光を作っている。

LED比較実験の考察で確認するポイント

• LEDの発光原理を説明したか
• バンドギャップと発光波長の関係を説明したか
• 順方向電圧を測定したか
• LED電流を測定したか
• 同じ電圧・同じ電流・同じ電力の違いを区別したか
• 照度と光出力の違いを考慮したか
• LEDとセンサーの距離・角度を統一したか
• 配光特性を考慮したか
• 温度上昇の影響を考察したか
• センサーの波長感度を考慮したか
• 白色LEDの発光方式を説明したか
• 複数回測定したばらつきを確認したか

LED比較と半導体実験の関係

LED比較では、半導体のバンドギャップ、電子と正孔、pn接合などの概念を実際の発光現象と結びつけることができます。

LED比較と光学実験の関係

照度、距離、配光、スペクトルなどを測定することで、光源の性質や光の広がりを学ぶ光学実験としても利用できます。

LED比較と電子回路実験の関係

LEDへ直列抵抗を接続し、電圧・電流を測定することで、オームの法則、電力、ダイオードの非線形特性などを同時に学ぶことができます。

まとめ

LED比較実験では、異なる発光色や種類のLEDについて、順方向電圧、電流、照度、消費電力、発熱、スペクトルなどを測定し、半導体材料と発光特性の関係を調べることができます。

LEDは、半導体中で電子と正孔が再結合するときに光を放出します。発光波長は半導体のバンドギャップと関係しており、短波長の青色LEDでは赤色LEDより光子エネルギーが大きいため、順方向電圧も高くなる傾向があります。

LEDの明るさを比較するときは、同じ電圧、同じ電流、同じ消費電力のどの条件をそろえたかを明確にする必要があります。また、照度は人間の視感度を反映する測光量であるため、異なる色のLEDを照度だけで比較すると、純粋な光エネルギー比較とはならない場合があります。

レポートでは、単に「青色LEDの電圧が高かった」「緑色LEDが明るかった」と記述するのではなく、「バンドギャップと発光波長がどう関係するか」「同じ抵抗でも電流がなぜ変わるか」「照度計が色によって異なる値を示す理由」「距離・配光・温度・センサー感度が測定値へどう影響したか」を実験結果と半導体・光学・回路の原理を結びつけて考察することが重要です。