LEDは、より環境に優しい未来への道を照らす存在であるはずです。白熱電球に比べて消費電力は75%少なく、寿命は25倍も長く、しかもより低温で動作します。しかし、現状では主に電子機器にLEDが使用されています。なぜなら、LEDには出力低下の問題があるからです。高電流になると、発光量が急激に低下してしまうのです。
効率の低下は長年科学者を困惑させてきたが、カリフォルニア大学サンタバーバラ校とフランスのエコール・ポリテクニークの研究者らは、ついにその謎を解明したと述べている。
近日発行のPhysical Review Letters誌に掲載される彼らの研究は、このドループの原因がオージェ再結合と呼ばれる非放射性プロセスであることを特定した。これは熱を生成するプロセスである。UCSBでの以前の研究では、オージェ再結合が原因である可能性が示唆されていたが、この効果を決定的に測定した研究はこれが初めてである。
LED照明には、窒化ガリウム製の正孔型半導体と負孔型半導体を備えたマイクロチップが内蔵されています。この2つの半導体間の量子井戸において、一方の半導体からの負電子ともう一方の半導体からの正孔が結合し、光子が生成されます。電流を流すと、ある程度まで光子も生成されます。
携帯電話のような低電力環境では、このプロセスは非常にうまく機能します。しかし、部屋を照らすのに必要なレベルまで電流を上げると、窒化物ベースのLEDは同じ速度で光子を生成しなくなります。UCSBのエネルギー効率材料センターの研究によると、これは電子が互いに衝突し、光ではなく熱によってエネルギーを失うためです。
この問題を回避できるLEDを開発できれば、将来の省エネ電球として電球型蛍光灯に取って代わることができるでしょう。理論上、LEDは1ワットあたり約300ルーメンの光を発し、電球型蛍光灯の3倍の効率性を実現します。また、水銀を含まないため廃棄も容易です。米国エネルギー省の2010年の推計によると、LED照明を広く導入することで、今後20年間で2,650億ドルの節約が可能になり、電力需要を3分の1削減できる可能性があります。
しかし、初期費用が高くなるため、LED技術が高電流でも理論上の効率を達成できるようになるまでは、普及は難しいでしょう。米国ではすでにエネルギーを大量に消費する白熱電球の段階的廃止が始まっていますが、LEDはまだ商業・住宅照明市場を席巻していません。
今のところ、光量低下の問題に対する解決策は見つかっていないが、問題の原因が判明した今、研究者たちは、この影響を最小限に抑え、より多くの光を生み出す LED を設計し、この技術を家庭やオフィスの照明としてより魅力的な選択肢にしたいと考えている。
