青色LEDがノーベル賞に値する理由

3 人の科学者が青色 LED、つまり発光ダイオードに関する研究でノーベル物理学賞を共同受賞しました。なぜ青色なのでしょうか? それは、青色は白色 LED 光を生み出すために必要だった最後の、そして最も困難な進歩だったからです。白色 LED 光により、企業はスマートフォンやコンピューターの画面、そしてこれまでに発明されたどの電球よりも長持ちし、消費電力が少ない電球を作ることができます。

LED は基本的に半導体で、作動すると光を発するように作られています。LED の色は、化学物質によって決まります。エンジニアが最初の LED を製造したのは 1950 年代から 60 年代です。初期のバージョンには、液体窒素に浸したときにのみ機能するレーザー発光デバイスが含まれていました。当時、科学者は赤外線から緑色の光まであらゆる光を発する LED を開発していましたが、青色には至りませんでした。青色には、慎重に作られた結晶などの化学物質が必要でしたが、まだ研究室で作ることができませんでした。

しかし、いったん解明すると、驚くべき結果が得られました。現代の白色 LED 電球は、使用する電力の 50 パーセント以上を光に変換します。これを白熱電球の 4 パーセントの変換率と比較すると、効率的な電球であることがわかります。白色 LED の効率性は、すべてのユーザーのお金と電気を節約するだけでなく、電力供給のない地域に住む人々に照明を提供するのにも魅力的です。太陽光発電設備により、LED ランプを長時間充電できるため、子供たちは夜に宿題をしたり、中小企業は暗くなっても営業を続けることができます。

現代の白色 LED 電球は、使用する電力の 50 パーセント以上を光に変換します。白熱電球の変換率が 4 パーセントであることと比較してください。

また、LED の寿命は最大 10 万時間です。蛍光灯は 1 万時間、白熱電球は 1,000 時間です。より多くの住宅や建物を LED に切り替えれば、照明用の世界の電力と材料の消費量を大幅に削減できる可能性があります。

白色 LED ライトは青色 LED ライトから簡単に作ることができます。エンジニアは青色 LED を使用して電球内のある種の蛍光化学物質を励起します。これにより青色光が白色光に変換されます。

今年の受賞者の2人、赤﨑勇氏と天野浩氏は、青色LEDの多くの層に使用されている化学物質である高品質の窒化ガリウムの製造に協力した。これまでの赤色と緑色のLEDには、製造が容易なリン化ガリウムが使用されていた。赤﨑氏と天野氏は、窒化ガリウム半導体に化学物質を加えることで、効率的に光を発する方法を発見した。2人は窒化ガリウム合金の層で構造を構築した。

3 位の受賞者である中村修二氏も、高品質の窒化ガリウムの製造に取り組みました。彼は、特定の化学物質で処理された窒化ガリウム半導体が光る理由を解明し、独自の窒化ガリウム合金ベースの構造を構築しました。

ノーベル物理学賞委員会は声明で、中村氏と赤崎氏の両グループは、さらに効率の高い青色LEDの開発に引き続き取り組むと述べた。中村氏は現在、カリフォルニア大学サンタバーバラ校の教授であるが、LED研究は日亜化学という日本の小さな化学会社で始めた。赤崎氏と天野氏は日本の名古屋大学の教授である。

将来、技術者は赤、緑、青のLEDを組み合わせて白色LEDを作り、色を調整できる光を作り出すかもしれないとノーベル委員会は書いている。

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