青色LEDの驚異的なパワー

全米最大のスタジアムは、何万人もの悲鳴を上げるアメリカンフットボールファンで埋め尽くされ、青い光に包まれた。 スタンドの人々は携帯電話をかざし、観客席にスターのようなスポットの海を作り出しました。

「これが私たちのチームです！ここはミシガンです！」 巨大スクリーンに映像が流れ、歓声が上がった。

雰囲気は、9 月 16 日にミシガン スタジアムでデビューした新しいビジュアル エンターテイメント システムによってさらに高まりました。 色とりどりの光が一斉に点滅し、着陸を祝ったり、音楽に合わせて点灯したりします。

ミシガン大学のチームカラーは黄色または「コーン」と青です。 ライトショーもそれに合わせてデザインされています。

「それはスタジアム内での体験に100パーセント影響します」とミシガン大学のゲームプレゼンテーションおよびファンエクスペリエンス担当ディレクターのジェイク・ストーカー氏は言う。

「サッカーの試合に参加するときのもう 1 つのエキサイティングな要素は、家でソファに座っているわけではないということです。」

多くのスタジアムと同様に、ミシガン スタジアムでも発光ダイオード (LED) が光のショーを提供します。

しかし、少し前までは、世界で 3 番目に大きいこのような大きなスタジアムを照らすのに十分な強力な青色 LED があれば、とんでもなく進歩しているように思えたでしょう。 青色光を発する明るい LED が発明されたのは 1990 年代になってからです。 この技術を発明した科学者は後にノーベル賞を受賞しました。

研究者らは、LED は現在よりも安価でエネルギー効率が高い可能性があると述べています。 屋外照明から仮想現実ヘッドセットに至るまで、あらゆるものに革命を起こす可能性があります。

ミシガンスタジアムでは、エンターテイメント照明システムによって表示されるさまざまな色は、赤 (R)、緑 (G)、青 (B) の LED モジュールまたはライトを使用して生成されていると、この技術を提供した Musco Lighting の上級研究エンジニアである Brad Schlesselman 氏は述べています。 RGB システムは、赤、緑、青をさまざまな強度で混合するだけで、実際には幅広い色を発光できます。

「ミシガン州で見られる色の変化や演劇的なものの需要が高校レベルにまで達しています」とシュレッセルマン氏は付け加えた。

さらに、米国の町や都市は、特定のイベントや機会に合わせて建物を特別な色で照らすために、給水塔などの地元のランドマークに LED 照明を設置しています。 たとえばピンクは、今月 10 月に当たる乳がん啓発月間を表しています。

おそらく、LED の最もエキサイティングな使用法は、先月オープンしたラスベガス スフィアでのものでしょう。 何百万もの LED が外装を想像できるほぼすべてのパターンやイメージに変換し、内部の巨大なディスプレイを照らします。

しかし、1970 年代と 1980 年代には、LED は非効率であるとして日常的に無視されました。 「この小さなおもちゃのライトが何か役に立つわけがない。それが当時の考え方だった」と、機器の大手メーカーである Cree LED のシニア製品マーケティング マネージャー、ポール シャイト氏は言います。 高価で低放射の光源は、小型の赤色 LED や赤外線テレビのリモコンには適しているかもしれませんが、それ以外には適していません。

エンジニアが以前よりもはるかに多くの光子、つまり光を放出する LED を製造できるようになったとき、状況は変わりました。 LED は、デバイス内の電子 (マイナスに帯電した粒子) がより高いエネルギー状態からより低いエネルギー状態に降下するときに発光します。 このプロセスでは、エネルギーが光の形で放出されます。 さまざまな材料を使用することで、液滴のサイズ (バンドギャップと呼ばれる) と、放出される光の波長または色を調整できます。

青色は特に困難でした。これは、この色に必要なベース材料が窒化ガリウムであったためです。 製造するのが大変でした 欠陥なし。 しかし、青は強力で非常に高エネルギーの色（バンドギャップが大きい）なので、たとえば一部の RGB OLED TV ディスプレイでは、他のすべての色の基礎として青色 LED を使用できます。本来は赤と緑の色調のみが使用されます。 LED で照らされ、青。

しかし、科学者らはこの技術の方が効率的である可能性があると主張しているため、まったく新しい LED 技術が開発中です。

スタンフォード大学のダン・コングリーブ氏らは、太陽電池によく使われる材料であるペロブスカイト結晶から作られたLEDの開発に取り組んでいる。 ペロブスカイトは安価で簡単に作ることができます。 コングリーブ博士は、それらは希望の色に「調整可能」であり、溶液に混合して発光コーティングとして表面に塗装することもできると述べています。

ただし、ペロブスカイト LED を安定に保つのは困難です。 彼らは壊れ続けています。

「私たちはそれらをスケールアップして測定しますが、彼らはすぐに死んでしまいます」とコングリーブ氏は言います。 同氏は、この問題が克服されることを望んでいるとも付け加えた。 彼と彼の同僚は、最初の実験以来、すでに安定性を向上させてきました。

このような問題を克服できれば、ペロブスカイト LED は幅広いデバイスに使用できるようになる、とユニバーシティ カレッジ ロンドンの材料物理学者、ジョン バックリッジ氏は述べています。

これとは別に、日本では研究者らが最近、わずか 1.47 ボルトの単三電池 1 本で駆動できる青色 LED を考案しました。 通常、最低 4 ボルトが必要です。 「工学的な偉業として、これは注目に値します」と、自身はこの研究には関与していないコングリーブ博士は言う。

このシステムはインテリジェントな物理学を使用して光子の生成を強化します。 従来の LED では、電力が印加されると、内部材料は 4 分の 3 の時間実際に光を発しない励起状態に達します。 日本のチームは、これらの励起状態が結合して光を生成するように促し、最初に必要なエネルギーを少なくすることができました。 彼らは自分の作品を出版しました 9月の新聞で。