かたつむり掲載レポート

このレポートは、かたつむりNo.272[2005(平成17)6.12(Sun.)]に掲載されました

２０XX年　町から電球が消える日（３）

運営委員　高　木　茂　行

　私が学生だった頃、大学でＬＥＤの授業を受けた。先生は学生に向かって、
「赤や黄色のＬＥＤはできていますが、青いＬＥＤはできないでしょう」
と言った。その時、ＬＥＤには興味がなかったから、先生の言葉を素直に受け入れ、何の疑問も持たなかった。しかし、約２０年の時が経過し、青いＬＥＤは町のあちこちで見られるようになった。

　この青色ＬＥＤは２人の日本人、名古屋大学の赤崎教授と日亜化学工業の中村氏（当時）、により作られた。日本人が世界に誇れる発明だ。２人が青色ＬＥＤを作ろうとした時、ガリウム・ナイトライド（ＧａＮ　Ｇａは金属、Ｎは空気中の窒素）という物質を使えば青い光が出ることは、すでにわかっていた。しかし、ＬＥＤとして光るＧａとＮ（窒素）が交互に規則正しく（結晶状）に並んだＧａＮを作ることは出来なかった。そこで、結晶の板（基板）の上にＧａＮの薄い膜を作り、この膜から青色ＬＥＤを作ることが考えられた。ところが、これが最大の問題だった。ＧａＮが規則正しく並ぶ幅と同じ幅で並ぶ、材料が無かったのだ。
　わかり易くするため、２種類の固めの針金で考えてみよう。幅の広い間隔の針金（ア）と細い間隔の針金（イ）の２種類が、図１①のように横に並んでいたとする。（ア）がＧａＮで、（イ）が基板とすると、当然のことながら（ア）と（イ）はつなげない。なんとかつなぐには、どうしたら良いのだろう？　まず、思いつくのは出来るだけ幅の近い、（ア）と（イ）を選ぶことだ。そこで、（ア）に近い基板としてサファイア（あの宝石のサファイアと同じだけど、人工のサファイア）が選ばれた。実際にサファイアの上にＧａＮを作る実験をしてみると、ＧａＮの膜は部分的にポツポツとゴマ状になり、一面に広がる膜は出来なかった。図１②のように少しぐらいなら変形してつながるけど、長くなるといずれどこかで壊れる。このため、小さな固まりとなってしまった。
　ほかに方法は無いのだろうか？ここで、（ア）と（イ）の幅の中間の幅を持った針金（ウ）を入れたらどうだろう。図１③のように（ウ）が（ア）と（イ）を橋渡し、上手くつながるのではないだろうか？いろんな材料といろんな条件を組み合わせ、やっと基板の上の一面に広がるＧａＮ膜を作るのに成功した。今では、（ウ）はバッファ層と呼ばれている。

　こうして青いＬＥＤが登場し、自動販売機の商品表示用などに使われるようになった。青色ＬＥＤの出現により、ＬＥＤは赤、緑、青の３種類がそろった。この３種類の色の３を混ぜるとすべての色が作れる。赤と緑でオレンジや黄色、赤と青で紫、３色を混ぜると白といった具合だ。白い色が出るＬＥＤは、白色ＬＥＤと呼ばれ、急速に使われ始めている。
　例えば、携帯電話はバッテリーで動いているから、一回の充電で長持ちさせるには、図２のような画面で使う電気の量を減らした方が良い。ＬＥＤの方が同じ光を出すにも少ない電気ですむことから、最近の携帯電話の画面では電球の代わりに白色ＬＥＤが使われている。また、寝る時に本を読むための図３のような読書灯でも、電球の代わりにＬＥＤが使われている。ＬＥＤにすることで、電池でも長い間使うことができ、持ち運びにも便利だ。
　こうして、ＬＥＤは少しづつ電球に置き換わっている。十年前にカメラといえば、フィルム式が主流だったが、いまではデジカメが主流になっている。何年もすれば、ＬＥＤが電球に置き換わり、この文章のタイトルのように「町から電球が消える」かもしれない。

　さて、ここまでは一般的な話。高木運営委員の反省を最後に。
　もし、大学の時に、先生に「どうして青いＬＥＤはできないのですか？」と質問をしていたら。あるいは、ＧａＮの膜を作るような実験を学生の時にやったかもしれない。そうすれば、何らかの形で青色ＬＥＤを作ることに携われたかもしれない。科学では「どうしてだろう」という疑問を持つこと重要だと、青色ＬＥＤを見るたびに反省させられる。

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