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施設見学レポート

赤﨑記念研究館を見学しました。

LEDを利用した信号機

 

今回は赤﨑記念研究館を見学しました。赤﨑記念研究館とは2014年にノーベル物理学賞を受賞した赤﨑勇教授の功績を後世に伝えるために建てられた研究棟です。1階の展示室にはLEDを利用した信号機や青色LEDの材料である窒化ガリウムの結晶模型、世界初の高品質窒化ガリウム単結晶の成長に成功したMOVPE装置などが展示されていて、どなたでも自由に観覧できます。

 

 

そもそもLEDというのはLight Emitting Diodeの略称で、これは光を発する半導体ダイオードという意味です。電気を通す鉄などの材質を導体、電気を全く通さないガラスのような材質を絶縁体と呼びますが、そのどちらでもない特徴を持つ材質が半導体です。つまり、半導体は条件によって電気を通したり、通さなかったりする性質を持っており、そうした特性がLED作製に最適だったわけです。LEDが登場する前に白熱灯や蛍光灯が明かりとして使用されていましたがLEDと従来の明かりは以下のような点で異なります。白熱灯は金属製のフィラメントに電気を流し、高温にすることで電気を発します。蛍光灯はガス状の水銀で詰まった筒であり、電気を通すと紫外線が筒内に発生し、それが筒の内側に塗られた蛍光物質にぶつかって発光します。それに対してLEDは電気エネルギーを直接光に変えるため、従来の明かりに比べて高効率・長寿命です。

 

 

LEDは1960年代に赤色と黄緑色が開発されていました。そして、光の三原色の関係で青色LEDさえ開発されれば、この世のすべての色を実現することが可能といわれていました。そこで、世界中の研究機関は青色LEDの開発に躍起になっていました。赤﨑教授も青色LED開発の研究を進め、青色LEDの材料には窒化ガリウムという物質が必要であると考えるようになりました。研究機関では青色LED開発が行き詰まり、多くの研究者は20世紀中の発明は困難と見なし、研究をあきらめていきました。また、青色LED実現にあたっていくつか材料の候補はありましたが、研究者たちが本命視していたのは窒化ガリウムではなく、セレン化亜鉛という別の物質でした。そんな状況下でも赤﨑教授は窒化ガリウムによる青色LEDの開発を研究し続けました。赤﨑教授は窒化ガリウムが物理的・化学的に安定していることに注目し、結晶の品質をとことん良くすれば必ず活路は開けると信じていました。そのときに赤﨑教授の研究室に所属していたのが同じくノーベル賞を受賞した天野浩教授でした。こうして赤﨑教授は20年にも渡る研究活動を粘り強く続けた結果、1989年に青色LEDの実現に成功しました。

 

 

青色LEDが発明されたことで、この世に存在する全ての色を実現することが可能になりました。そして今日、LEDは様々な分野で利用が進んでいます。消費電力の少なさから一般家庭の照明として普及しつつありますが、それだけではありません。例えば、スマートフォンのバックライト。これは明るく、色合いの調節が自在で小型化が可能であるLEDの性質を活かしています。更に、光の拡散が少なく、まっすぐ進むため、遠くからでも見えやすいことから信号機に利用されています。熱や紫外線の放出量が少なく、樹木を傷めないことからイルミネーションにもLEDが使われています。赤外線や紫外線の放出量が少ない性質は美術館の照明にも利用されています。照明をLEDにすることで照明による美術品の劣化や損傷を防ぎ、自在な色合いの調節で作品本来の意味を表現する効果もあります。医療や農業でも利用は進んでいます。医療ではカプセル内視鏡にLEDが使われています。小型で明るく、発熱量の少ないLEDの登場によって実現した内視鏡です。農業では赤・青・緑の光をバランスよくあてることで、野菜の持つ栄養価、色合い、食感、味をコントロールすることができるようになりました。一部のスーパーマーケットではLEDを光源とした野菜の販売も始まっています。