フォトレジスタ（LDR）：機能、種類、実用応用

光は電磁放射の一形態で、可視スペクトルは400〜700 nmにわたります。光子が持つエネルギーは半導体材料に吸収されると電子を伝導帯へ励起し、フォトダイオード、太陽電池、フォトレジスタなど多様な光デバイスを可能にします。

フォトレジスタとは

フォトレジスタは、光依存抵抗（LDR）とも呼ばれ、入射光強度が増すにつれて抵抗が減少する受動部品です。光伝導性が作動原理：光子が価電子帯から伝導帯へ電子を解放し、抵抗を低下させ導電率を高めます。フォトダイオードやフォトトランジスタと比較して感度は低く、抵抗は温度依存性も持ちます。

動作原理

フォトダイオードと異なり、フォトレジスタにはP-N接合がありません。高抵抗半導体材料から作られます。光子が材料に衝突すると電子-正孔対が生成され、十分な光子エネルギーで格子結合が切れ、電子が伝導帯に達します。結果として抵抗が顕著に低下し、暗闇でメガオーム級から明るい照明下で数百オームまで変化します。

フォトレジスタの種類

フォトレジスタは半導体の真性/不純物性で分類されます：

• 真性フォトレジスタ — 純粋な半導体結晶を使用。バンドギャップを越える高エネルギー光子が必要で、紫外線や高周波光の検出に適する。
• 不純物フォトレジスタ — 伝導帯近くに自由キャリアを導入する不純物をドープ。低エネルギー・長波長光（可視光・赤外線含む）に応答し、環境光検知に最適。

両タイプとも抵抗-光関係は非線形で、感度は波長依存、一般に温度感度も持ちます。

フォトレジスタの記号

一般にLDRと略され、CdS、CdSe、PbSeなどの材料で構成されます。抵抗は光だけでなく周囲温度でも変化するため、精密アプリケーションでは慎重なキャリブレーションが必須です。

フォトレジスタの応用

感度は劣りますが、フォトレジスタは広く使用されています：

• 光検知回路と環境光監視。
• 写真用露出計と夜間ライトスイッチ。
• 遅延許容可能なオーディオコンプレッサーと外部センサー。
• 目覚まし時計、屋外時計、ソーラー街灯。
• 中赤外線検出のための赤外線天文学と分光法。

フォトレジスタベースのプロジェクト

ホビイストと研究者はフォトレジスタを革新的プロジェクトに頻繁に採用します：

• 法医染料分析用の学生作成フォトメーター。
• フォトレジスタ統合の生体適合有機メモリによるウェアラブル撮像。
• スマートフォン活用のフォトゲートタイミングシステム。
• 音響光学デュアル制御回路。
• 光源位置検出システム。
• 方向性光制御付き音声作動モバイルロボット。
• オープンソース建物熱力学監視。
• 過熱保護デバイス。
• 電磁放射検出器。
• 農業用ソーラー駆動デュアルアックス芝刈り機。
• 現場監視用LEDベース濁度センサー。
• 光作動発光キーボード。
• IoTベースモールス信号電子錠。
• スマートシティ街灯制御。
• コンピュータ制御マーカーによるMRI介入デバイス追跡。
• 光作動ブラインド。
• TV・スマホの自動コントラスト/輝度制御。
• 近接制御スイッチ。

EUのカドミウム禁止によりCdSとCdSe LDRは制限され、代替材料へのシフトが進んでいます。フォトレジスタはマイコンと容易にインターフェース可能で、OPT3002環境光センサーやパッシブLDRモジュールなどICセンサーとしても入手可能。技術詳細はTexas InstrumentsのOPT3002データシートを参照。フォトレジスタは多くの照明アプリケーションでコスト効率の良い解決策ですが、より高感度、高速応答、分光選択性が必要な場合はフォトダイオードが第一選択です。