光デバイス／発光ダイオード

１．はじめに

　発光ダイオード（英語ではLight Emitting Diode、ＬＥＤと略す）は生活のなかで直接、人の眼につくところが他の電子デバイスと大いに違うところです。例えば多くの電気器具、電子機器はスイッチを入れるとパイロットランプが点灯しますが、このランプは大方ＬＥＤですから、まず眼に入るのはＬＥＤの発光ということになります。

　パイロットランプに以前は白熱電球や放電管の小さいものが使われていましたが、これらはほとんど姿を消しました。理由はＬＥＤの方がより小さく寿命も長いこと、またカラフルにいろいろな色が選べることが挙げられるでしょう。

　写真Ａは東京の都心で数年前に撮影したものですが、たくさんのランプを点滅させる街中のイルミネーションは、青色ＬＥＤが普及してからその色合いが圧倒的に華やかになりました。以前は色をつけた電球などが使われていましたが、最近は鮮やかな色が出せ、しかもたくさん点灯させても消費電力が少ないＬＥＤにほとんど置き換えられています。

　このイルミネーションに近づいてみると、ＬＥＤの素子がどんなものかを知ることができます。写真Ｂのように電球とは違って発光しているのは点のように小さい部分であることがわかるはずです。

　しかしもっとも重要なのはＬＥＤが照明の分野に進出したことでしょう。これはＬＥＤが白色光を出せるようになったためです。

　私たちは昼間は太陽光のもとで暮らしていますが、この太陽光は色のない白色の光です。白色光はプリズムを通すと虹の七色の光に分かれるので、実際には白色光はいろいろな色の光が混じってできていることがわかります。人工的には赤、緑、青の三原色の光を混ぜることによって白色光が得られます。また最低限、緑と赤、あるいは青と黄のような補色関係にある２色の光を混合することによっても白色光が得られます。

　ＬＥＤのような半導体の発光はほぼ単色の光です。そこで白色光を得るためには２種類あるいは３種類の色のちがうＬＥＤを用意し、それぞれが発光する光を混ぜる必要があります。１９８０年代までは青色の発光をするＬＥＤがなかったのですが、１９９０年代に入ってそれが開発されたため、ＬＥＤによる白色光源が実現しました。２０１４年のノーベル賞の受賞対象となったこの青色ＬＥＤの開発の経緯については別に記しています。

　このＬＥＤは当初は弱い光しか出せずとても照明用などには使えなかったのですが、急速に強い光を出せるように改良が進められ、昔ながらの白熱電球と単純に交換するだけで使える写真ＣのようなＬＥＤ電球が市販されるようになりました。同じ明るさで比べると、白熱電球の20％以下の消費電力で済み、寿命も長いことから、急速に普及が進んでいます。ＬＥＤ電球の具体的構造なども後に取り上げる予定です。

　このほか、三原色のＬＥＤを使ったフルカラーのディスプレイも実現してテレビ画面として使われるようになっています。およそ生活のなかで必要な光はすべてＬＥＤで供給できる時代がやってきたと言えます。このように大変重要な電子デバイスとなったＬＥＤについて以下に紹介していきます。