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白色光源の原理と製品

白色光源とは、文字通り「白い光を放つ光源」を指します。

当ページでは、白色光源の原理と製品についてご説明いたします。

生活空間を照らすLEDや蛍光灯、白熱電球など、白色光源は私たちの生活にとって欠かせないものです。
さらに「太陽光」もまた「白色光」であると言われています。

私たちは日常的に「白い光」に囲まれて生活しておりますが、そもそも「白い光」とは一体、どのようなものなのでしょうか。

レーザー励起白色光源バナー

白色光源とは

通常、太陽光は白色光であると言われています。

太陽光のスペクトルは、可視領域の光をすべて含んでいます。
つまり、私たちが光を「白い」と認識する場合、それは「さまざまな波長を含んでいる光」であると言えます。

太陽光が様々な色の光によって構成されているという事実を発見したのが、万有引力の法則で知られているアイザック・ニュートンです。
今では、誰もが「虹は7色である」と考えていますが、これはニュートンの説に基づいたものです。
ニュートンは太陽光をプリズムに通すことで、その「白い光」が様々な色の光が混ざり合うことでできているということを証明しました。

プリズムによる太陽光の分光

プリズムを用いると、太陽光を分光することで「白い光」が無数の色に分光されることがわかります。
つまり太陽光は「さまざまな色を含んでいる光=さまざまな波長を含んでいる光」ではありますが、そのスペクトルは「7つの波長」に限定されるものではなく、連続しています。

白色光源の原理

太陽光は自然が作り出した白色光です。
一方で、人工的に生み出された白色光も存在します。

人工的に作られた「白い光」は、どのような方式で表現されるのでしょうか。

今回は、私たちの身の回りにある事例として、LEDの白色光の原理をご紹介します。

白色LEDは、照明用途として用いられています。
LEDの白い光は、現在、3つの方式を用いて作られています。

【方式1】光の3原色による方式
【方式2】紫色LEDによって赤・緑・青の蛍光体を励起する方式
【方式3】青色LEDによる黄色の蛍光体の励起による方式

どの方式を用いるかによって、色の見え方やスペクトルに違いが出てきます。

【方式1】光の三原色による方式

光の三原色による方式

太陽光は、無数の色の光が混ざることで「白色」に見えますが、光の三原色をブレンドすることで「白い光」を作り出すことができます。

赤、緑、青が「光の三原色」です。
この3つの色によって、人の目で見える色を、ほとんど作り出すことができます。
そのため、赤色LED、緑色LED、青色LEDの3色の光をブレンドすることで「白い光」を作り出すことが可能になります。

【方式2】紫色LEDによって赤・緑・青の蛍光体を励起する方式

紫色LEDによって赤・緑・青の蛍光体を励起する方式

こちらの方式も「光の三原色」を用いるため、白色を作る原理としては【方式1】と同様です。

違いは、蛍光体を用いる点です。

【方式1】が3色のLEDを用いているのに対し、こちらの方式では赤・緑・青の蛍光体を励起させることで白色を得ます。
まず紫外線や紫色LEDが発光し、この光がチップの上部に配置されている赤・緑・青の蛍光体を励起します。
3色の蛍光体から発せられる光が混ざり合い、LEDは白色に光ります。

【方式3】青色LEDによる黄色の蛍光体の励起による方式

青色LEDによる黄色の蛍光体の励起による方式

【方式1】と【方式2】は、どちらも光の三原色をブレンドすることで白色を得る方法でした。

しかし、この方式では三原色を直接的には使いません。
青色LEDと黄色の蛍光体を使い、三原色を表現します。

まずは青色LEDの発光によって、黄色の蛍光体を励起し、黄色の光を得ます。
黄色の光は、赤色と青色を混ぜることでできるため、光の三原色が揃い、その結果、白い光を作ることができます。

レーザー励起による白色発光

レーザー励起白色光源

LEDによる白色は、LEDの光や、LEDの光を用いた蛍光体の励起によって作られます。
これに対し、レーザー光によってプラズマを発光させ、白色光を作り出すという方法もあります。

こうした光源は、レーザーからの連続するエネルギー入力と、使用される媒体との間の相互作用(光放電)により、プラズマが発光することで白色光を獲得します。

レーザー励起白色光源の用途

白色LEDは照明用途として、幅広く用いられています。
これに対し、レーザー励起による白色光源は、輝度が高く、幅広いスペクトルを得られるという利点から、産業用・研究用途など様々な用途で用いられています。

研究用途では、例えば、蛍光顕微鏡用の光源として用いられています。
可視光域だけでなく、深紫外から近赤外まで安定した波長出力で広くカバーする光源のため、LEDの波長域が狭く適合しないという場合や、既存のランプ光源の寿命の問題を解決するために導入されます。

他方で、半導体・電子デバイス製造工程での品質管理でもご利用いただけます。
ウェーハの汚染、コンタミ(contamination)の検査といったUV-C光が必要とされる場面でのご活用に後検討下さい。

白色光源製品のご紹介

レーザー励起白色光源XWS-65

レーザー励起白色光源 XWS-65

レーザー励起白色光源 XWS-65は、一般的に高出力が難しい深紫外域から、可視光、さらに近赤外線までの広い波長域を持っており、更にこれらの波長を高輝度で、安定して出力することができます。

従来のガス放電灯(水銀ランプ、重水素ランプ、タングステン、キセノンランプなど)およびLED に代わるものとして開発されました。
これらと比較し、高輝度で幅広い波長範囲(190~2500nm)の出力が可能です。

製品詳細