青色LED

青色発光ダイオード(LED)の発明と実用化への貢献により、日本の3氏が2014年のノーベル物理学賞を受賞しました。

 

青色LEDの実用化によって光の3原色がそろったことであらゆる色が出せるようになりました。

 

LEDは省電力・長寿命で素子そのものが光る特長から、照明やテレビ、携帯端末の画面のバックライトなどに広く使われています。

 

今回はノーベル賞受賞であらためて注目を集めるLEDに関する基礎知識、青色LED開発の経緯、関連業界の動向などについて解説します。

 

LED(Light Emitting Diode)は電気を流すと発光する半導体の一種です。LEDを発明したのはニック・ホロニアック米イリノイ大学名誉教授です。

 

米ゼネラル・エレクトリック(GE)に在籍していた1962年、赤色のLEDを開発しました。

 

ただ、このLEDは暗く、弱い光しか出せませんでしたが、西沢潤一・東北大学名誉教授が赤色LEDをより明るくすることに成功。その後、同氏は緑色のLEDも開発しました。 

 

赤・緑・青の光を混ぜると、あらゆる色を出すことができます。この3色を「光の3原色」といいます。

 

このうち赤と緑の2色のLEDは60年代に実用化レベルに達していました。

 

 一方、青色LEDの開発は難航し、20世紀中の実現は困難といわれていましたが、当時名古屋大学教授だった赤崎勇氏(現名城大学教授)と名古屋大の大学院生だった天野浩氏(現同大教授)が89年、窒化ガリウムを用いた青色LEDを開発。

 

その後、当時日亜化学工業の研究者だった中村修二氏(現米カリフォルニア大学教授)がこの成果を発展させて量産化に道を開き、93年に同社が世界で初めて製品化しました。

 

この成果が評価され、赤崎、天野、中村の3氏は2014年にノーベル物理学賞を受賞しました。

 

青色LEDはさまざまな製品に利用され、私たちの生活をより便利で快適にしました。

 

 その代表分野が照明です。光の3原色がそろったことで自然光に近い白色光を出せる白色LEDが実用化され、LEDによる照明ができるようになりました。

 

LED照明の寿命は約4万~6万時間で通常の使用なら10年以上もち、電球型の白熱灯に比べて20~30倍、蛍光灯の3~5倍長持ちします。

 

消費電力は白熱灯の約6分の1、蛍光灯の半分です。LED照明に切り替えれば電気代の節約につながるのはもちろん、温暖化対策にもなります。

 

 東芝ライテックが2007年に市販の住宅照明用としてLED電球を投入。09年には60ワットの明るさで、価格が4000円を切る電球型LED照明が発売されて普及期を迎えました。

 

品ぞろえは大幅に増え、国内LED照明最大手のパナソニックが14年6月、白っぽい光と暖かみのある光を自在に切り替えられる電球を売り出すなど性能も向上しています。

 

現在は国内の照明器具出荷全体の約6割をLED照明が占めるまでになり、業界団体は20年までに全てをLEDに転換することを目標に掲げています。

 

 一般住宅用の照明だけでなく、信号機やトンネル灯、街路灯などのインフラ設備でもLED照明への転換が進んでいます。

 

街路灯で国内シェア3割を占める岩崎電気は14年3月期に約140億円規模のLED照明事業の売り上げを、2年後には250億円規模まで成長させる計画です。

 

熱を発せずにさまざまな光を作り出せるLED照明の特長を生かし、人工栽培の植物工場などでも使われ始めています。

 

LEDは消費電力が少なく、素子そのものが光るという特長があり、家電・IT(情報技術)機器の省エネや小型・軽量化にも貢献しています。

 

 その一つが薄型テレビです。1990年代にシャープが世界で初めて商品化した大型の液晶テレビは、液晶を背面から照らすバックライトに白色LEDを採用することで低消費電力と薄型化への道を開きました。

 

現在では液晶テレビのほぼすべてにLEDが採用されています。

 

 東芝は解像度がフルハイビジョンの4倍の4K液晶テレビで、パネル背面直下にLEDを配置する方式を全機種で採用、ソニーもLEDのバックライトを精密に制御して高画質を実現するなど、LEDは次世代テレビでも活用されています。

 

 青色LEDの技術はブルーレイ・ディスクの誕生にもつながりました。ブルーレイは青色LEDの技術を基にした青紫色レーザーを利用。

 

DVDに用いられる赤色レーザーに比べて光の波長が短いため、情報を高密度に記録できるうえ、より多くの情報を読み取れるようになりました。

 

LED生産では日本のメーカーが技術の蓄積などで優位にあり、白色LED販売個数の世界シェアは日亜化学工業と豊田合成で約3割を占めています。

 

 関連部材でも日本の素材・部品メーカーが市場をリードしています。青色LEDの性能を左右する窒化ガリウム基板は、日立金属、住友電気工業、三菱化学の3社が安定した品質で製造できる技術を武器に、世界市場をほぼ寡占しています。

 

 ロームは液晶テレビやスマートフォンに使うLEDの明るさを制御する半導体で3割程度のシェアを持ち、ミネベアは液晶画面のバックライトで評価を受けるなど、日本企業の強さが目立ちます。

 

 最近は日本メーカーによる新たな用途の開拓が活発化しています。旭化成は15年から、殺菌効果のある紫外線を出す小型LEDランプの出荷を始めます。

 

現在は紫外線の光源には水銀灯を使うのが一般的ですが、LEDに切り替えることで電力消費量を削減します。食品工場や医療機関などに販売し、20年度に売上高300億円の事業に育てる考えです。

 

 LED照明を使った無線通信の研究も進んでいます。高速で点滅する光をデジタル信号に変え、音声や映像などのデータを送信するものです。青色LEDの利用分野は今後さらに広がりそうです。

 

 ただ、白色LED市場は韓国サムスン電子などのアジア勢の追い上げで、企業間競争が激しくなっています。韓国勢はこれまでも生産規模の拡大によるコスト削減によって、半導体メモリーや液晶パネルなどの分野で日本勢から首位の座を奪ってきました。

 

白色LEDでも同じことが起こる可能性があります。引き続き日本メーカーが世界をリードできるのか注目されます。

 

nikkei 4946.com

https://www.nikkei4946.com/knowledgebank/visual/detail.aspx?value=144&page=1#list

 

 

 

 

 

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