物理学

「青色発光ダイオード」とは?この発明がすごいのはなぜ?エネルギー工学専攻の学生ライターが解説

よぉ、桜木建二だ。今回は「青色発光ダイオード」について解説していくぞ。

青色発光ダイオードは、発光ダイオード(LED)という電気エネルギーを光エネルギーに変換する素子の一種だ。かつて、青色発光ダイオードは、理論上は作ることができるが、技術が未発達で実用化は困難だとされていた。だが、日本人研究者の努力により、青色発光ダイオードの実用化が成し遂げられた。ぜひ、この機会に青色発光ダイオードについて理解を深めてみてくれ。

塾講師として物理を高校生に教えていた経験もある通りすがりのぺんぎん船長と一緒に解説していくぞ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

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ライター/通りすがりのペンギン船長

現役理系大学生。環境工学、エネルギー工学を専攻しており、物理学も幅広く勉強している。塾講師として物理を高校生に教えていた経験から、物理の学習において、つまずきやすい点や勘違いしやすい点も熟知している。

発光ダイオードについて

発光ダイオードとは?

image by PIXTA / 49241344

青色発光ダイオードについて学ぶ前に、そもそも発光ダイオードとはどのようなものであるかを解説していきます。発光ダイオードは、電気エネルギーを光エネルギーに変換する装置の1つです。この点は、電球ネオン管蛍光灯などと同じですね。ですが、発光ダイオードは、これらにはない特長があります。

1つは、省エネルギー性能が優れていることです。発光ダイオードは、その他の発光装置に比べて、少ない消費電力で多くの光を発することができます。発光ダイオードを用いたLED電球は、従来の電球よりも高効率であると宣伝されていますよね。また、小型軽量化が容易であることも、発光ダイオードの良い部分です。

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発光ダイオードはLEDと呼ばれることもあるぞ。

発光ダイオードの仕組み

image by PIXTA / 62050884

ここでは、発光ダイオードの仕組みについて解説します。発光ダイオードは、ダイオードと呼ばれる素子の1つです。ダイオードは、2種類の物質を接合させた素子であり、電流を一定方向にしか流さない性質を持ちます。そのため、交流を直流に変換する際などの整流素子に用いられていますよ。

ダイオードの中を電子が通過するとき、2種類の物質同士の界面では、一定量のエネルギーを放出します。そして、このエネルギーの大きさは禁制帯幅(バンドギャップ)にほぼ一致しますよ禁制帯幅(バンドギャップ)は、ダイオードを通過する電子が、とることができないエネルギー順位間の領域のことです。禁制帯幅(バンドギャップ)は2種類の物質の組み合わせによって、固有の値となります

したがって、接合する物質の種類を変えることで、放出するエネルギーの量を変えることができるのです。そして、電子が通過するときに赤外線、可視光線、紫外線のような光エネルギーになり得るエネルギー量を放出するような2種類の物質を用いてダイオードを作れば、光を発するダイオードが完成します

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ダイオードは2種類の物質を接合して作るぞ。

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