青→白!白色LEDのしくみ

2014年、「明るく省エネルギーの白色光源を可能にした高効率の青色発光ダイオードの発明」の功績により、赤崎勇氏、天野浩氏、中村修二氏の3名がノーベル物理学賞を受賞しました。
この発明により、私たちの生活で使用される多くの「明かり」にLEDが使われるようになってきました。
みなさんの家ではどんな「明かり」を使っていますか?

一般的に使われているものは主に3つあります。

  • 白熱灯
    白熱灯
  • 蛍光灯
    蛍光灯
  • LED
    LED

発光効率の良さからみると、白熱灯<蛍光灯<LED照明の順になります。
では、白熱灯から順番にどのように光っているのか、みてみましょう。

白熱灯は、細い電線(フィラメント)に電気を流すと、抵抗によって熱せられたフィラメントが光ります。しかし、熱ですぐに切れてしまうため、ある程度の時期が来ると交換しなくてはいけません。
蛍光灯は、スイッチが入ると電気が筒の中の空間を走り、中の水銀の蒸気にぶつかり、その光が筒の内側に塗った蛍光物質にあたって光ります。ですから、明かりがつく
まで時間がかかるのですね。
最後にLEDは、半導体が電気を直接光に変えるため、すぐに明るくなり高効率といわれます。

ここでLED開発の歴史をみてみましょう。
最初に開発されたLEDは赤色です。1962年にアメリカのニック・ホロニアック博士の研究チームにより開発されました。その後、1968年に緑色のLEDも開発されます。青色ができれば光の三原色がそろい、さまざまな色が表現できるようになるため、多くの研究者が青色LEDの研究に乗り出しました。

では、なぜ青色があれば、さまざまな色が表現できるの?と疑問に思われた方もいらっしゃるかもしれません。
みなさんは、「光の三原色」というものを聞いたことはありますか?

光の三原色
光の三原色

上の図は、光の三原色を図で表したものです。3色が重なっている部分は何色でしょうか?

そう!白色です。
光の三原色とは、「赤(red)・緑(green)・青(blue)」の3色の頭文字をとって「RGB」(アールジービー)といいます。テレビ画面や電光掲示板などは、この3色を組み合わせてさまざまな色をつくりだしています。

私たちヒトの視細胞も、赤・緑・青(RGB)の3色で色を認識しています。
ヒトの網膜(もうまく)には、「光の明るさ」を感じる「かん体」細胞と、「光の色」を感じる「すい体」細胞があります。この「すい体」細胞は3種類あり、赤、緑、青のそれぞれを感じることができ、その強弱で色を認識しています。青色LEDの発明によりすべての色をつくりだすことが可能になり、生活のさまざまな場面でLEDが使われるようになりました。

浜松科学館では、15分で展示実験「青→白!白色LEDのしくみ」というイベントを開催し、青色LEDライトの光を5色の色紙にあてて、何色に見えるか実験しました。
下の写真をごらんください。

  • 青
  • ピンク
    ピンク
  • 緑
  • 淡黄
    淡黄
  • 黄

特定の色紙に青色の光を当てると、色の違いに気が付きました。青い光を黄色に当てると白くなりました。

青色LEDと黄色の組み合わせで白色を作ることができるのです。
もし、LEDライトをお持ちであれば、光源をのぞいてみてください。黄色の板が付いています。
今、普及している白色LEDは発光効率の面から、青色LEDと黄色を組み合わせる方法が最適なのです。

浜松科学館2階にある光ゾーンには、「ビックリ!LED」という展示があります。

ビックリ!LED

砲弾型LEDを大きくしたような展示で、ターンテーブルに4枚のプレートが取り付けられています。色紙で行った実験の色の違いを、さらに詳しく実験できる展示です。

プレートを透過した青色の光が、白色に光って見えたりオレンジ色に見えたりします。

  • 青色
  • 白色
  • 黄色

みなさんも、光の色の変化を試してみませんか?
ぜひ、科学館の光ゾーンに足を運んでみてくださいね。

イベント名:15分で展示実験「青→白!白色LEDのしくみ」
開催日:2021年11月28日(日)
イベント担当者:大堂三和子
参考資料:パナソニック「?がいっぱい不思議の図書室」(WEBサイト)
https://www.panasonic.com/jp/corporate/sustainability/citizenship/pks/library/001electricit/ele003.html
キャノンサイエンスラボ・キッズ 「色」と「目」
https://global.canon/ja/technology/kids/mystery/m_04_01.html
ニューワイド『学研の図鑑「発明・発見」』株式会社 研教育出版 発行 電気を利用したあかりの歴史