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冬の夜を美しく彩るLEDの仕組みとは?イルミネーションが昔よりカラフルになった理由

冬の夜を美しく彩るLEDの仕組みとは?イルミネーションが昔よりカラフルになった理由

夜の街を彩る美しいイルミネーションは、冬の風物詩のひとつです。このイルミネーション、現在ではLEDで構成されているものがほとんどで、最近ではライトのカラーもずいぶんとカラフルになりました。

開発が進むにつれ、商業施設から家庭の明かりにまで広く普及してきたLED。いったいどのような仕組みで発光し、さまざまな色を表現しているのでしょうか? その歴史や仕組みを探ってみましょう。

そもそもLEDってなに?発光の仕組みとは

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LEDはLight Emitting Diodeの略称で、日本語では『発光ダイオード』と訳されます。

LEDといえば、現在は省電力・高輝度・長寿命の光源として、一般家庭でも当たり前に活用されていますよね。LEDが従来の光源である電球や蛍光灯に比べて非常に優れている理由は、その発光の仕組みにあります。

電球も蛍光灯も、マイナスの電気を帯びた電子が金属の原子に衝突することで光を発します。両者の違いは、電球の場合は電球内部の金属線に、蛍光灯の場合は蛍光灯内部の水銀ガスに、電子がぶつかるというだけの違いです。

一方で、LEDは電圧の変化により電気を通すことも通さないこともできる『半導体』であり、その内部で、マイナスの電気を帯びた電子とプラスの電気を帯びた正孔(せいこう)を発生させることができます。

正孔は、文字が示すとおり実は、物質ではなく“穴”です。LEDの場合、電子と正孔が衝突して光を発するというよりは、プラスの電気を帯びた正孔という“穴”を、マイナスの電気を帯びた電子がするりと通り抜けていくイメージ。

そのため、2つの物質が衝突して発光する仕組みの電球や蛍光灯よりもエネルギーのロスが少なく、効率よく電気を光に変えることができるので、より明るく、寿命も長くなるのです。

また、LEDは熱をあまり放出しないので、その安全性から、木や建物に結びつけるイルミネーションにも広く活用されるようになっています。

青色LEDの発明でフルカラーを表現できるように!

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LEDは、1900年代初頭にイギリスの科学者ラウンドによって発明されました。ラウンドが「炭化ケイ素のかたまりに電気を流すと黄色く光る」ことを発見したのがLEDの起源です。

その後、1962年にアメリカのホロニアックが赤色LEDを発明し、1970年代までには黄色や黄緑色のLEDも登場しています。

赤色、そして、純粋な緑ではないものの緑色に近いLEDが開発されたことで、あとは青色のLEDさえあれば光の三原色がすべてそろい、白色を含めてすべての色がLEDで作れるようになります。

そのため青色LEDの開発・実用化が待たれていたのですが、1989年、ついに日本の赤崎勇氏、天野浩氏により青色LEDが発明されます。

青色LEDの誕生後、さらに西澤潤一氏により高輝度緑色LEDが開発され、中村修二氏により1993年に高輝度青色LEDの量産技術が開発されると、LEDは急速に世の中へ普及するようになっていったのです。

LEDを使ってカラフルなイルミネーションができるのはなぜ?

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「赤・緑・青がそろうとすべての色を表現できる」ことになぜ?と疑問を持たれた方も多いかもしれません。赤・緑・青の3色は光の色の中でももっとも基本的な色であり、「光の三原色」と呼ばれています。

光の三原色は、この世に無数にある光の色それぞれの構成要素です。そのため、赤・緑・青の3色をすべて重ねると白色になりますし、それぞれの発光のバランス(明るさ)を変化させれば、ほとんどすべての色が表現できます。

たとえば、テレビ画面を近くで見ると、映像はこれら3色の細かい点の光で構成されていることがわかります。冬のイルミネーションで見るさまざまな美しい色も、3色のLEDそれぞれの明るさのバランスを少しずつ変えることで生み出されているのです。

いかがでしたか?私たちが今、カラフルな美しいイルミネーションを楽しめているのも、科学者たちの努力があってこそ。LEDのヒミツを知ると、イルミネーションもまた違った楽しみ方ができるかもしれませんね。

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〈参考〉
発光ダイオード – Wikipedia
https://ja.wikipedia.org/wiki/発光ダイオード
発光ダイオード|なんでも調べ隊|学研サイエンスキッズ
https://kids.gakken.co.jp/kagaku/nandemo/0712.html
LEDの歴史・発明 | 大塚商会
https://www.otsuka-shokai.co.jp/products/led/knowledge/history.html
光はRGBでできている|キヤノンサイエンスラボ・キッズ
http://web.canon.jp/technology/kids/mystery/m_04_02.html
アンタレス-LEDの歴史-
http://www.antares-network.com/led.html
なぜ青色LEDがノーベル賞なのか?ー基礎的な研究背景編
https://www.chem-station.com/blog/2014/10/post-663.html
LED ってどんなものなの?普通の電球との違いは?
http://energy-navi.com/led-ってどんなものなの?普通の電球との違いは?/

目ディア

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