3人の科学者が、青色LED（発光ダイオード）の研究でノーベル物理学賞を共同受賞しました。なぜ青色が選ばれたのでしょうか？それは、青色は白色LEDの光を生み出すために最後に、そして最も困難を極めた進歩だったからです。白色LEDの光によって、企業はスマートフォンやコンピューターの画面だけでなく、これまで発明されたどの電球よりも長寿命で消費電力の少ない電球も開発できるようになりました。
LEDは基本的に半導体で、活性化されると発光するように作られています。LEDの色は、様々な化学物質によって決まります。エンジニアたちは1950年代から60年代にかけて最初のLEDを開発しました。初期の製品には、液体窒素に浸すことでのみ動作するレーザー発光装置が含まれていました。当時、科学者たちは赤外線から緑色まであらゆる光を発するLEDを開発していましたが、青色のLEDは実現できませんでした。青色のLED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、当時はまだ研究室で作ることができませんでした。
しかし、彼らがその方法を見つけ出すと、驚くべき成果が生まれました。現代の白色LED電球は、消費する電力の50%以上を光に変換します。白熱電球の変換率が4%であることと比較すれば、これは非常に効率的な電球と言えるでしょう。白色LEDの効率性は、すべてのユーザーの費用と電力を節約できるだけでなく、電力供給のない地域に住む人々に照明を提供する上でも魅力的です。太陽光発電システムがあれば、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、小規模事業者は夜間も営業を続けることができます。
現代の白色LED電球は、消費する電力の50%以上を光に変換します。白熱電球の変換率は4%です。
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、照明に使用される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を使って電球内の蛍光物質を励起し、青色光を白色光に変換します。
今年の受賞者、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共同で取り組みました。従来の赤色および緑色LEDでは、製造が容易なリン化ガリウムが使用されていました。赤﨑氏と天野氏は、窒化ガリウム半導体に化学物質を添加することで効率的に発光させる方法を発見しました。二人は窒化ガリウム合金の層で構成された構造を構築しました。
3位受賞者の中村修二氏も、高品質な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した窒化ガリウム半導体がなぜ発光するのかを解明し、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、中村氏と赤﨑氏の両グループは、より高効率な青色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スタートした。赤﨑氏と天野氏は名古屋大学の教授である。
ノーベル委員会は、将来的には、技術者らが赤、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ようになるかもしれないと記している。
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