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連載コラム

第23回 躍動する日本のSSL(次世代光源LEDとOLED)

[ 2010年11月10日 ]

はじめに

 10月6日の夜、東京都内の新宿や渋谷などで新聞号外が発行されました。2010年のノーべル化学賞、日本人2名を含む3名(根岸栄一氏、鈴木章氏、リチャード・F・ヘック氏)に授与すると、スウェーデン王立科学アカデミーが発表したのです。日本人にとって嬉しく、めでたく、そして元気にしてくれるニュースでした。2年前の2008年のノーベル化学賞でも、下村脩氏が選ばれており、日本の基礎化学力の底力を示しているとも報道されていました。
 今回のこのニュースの2ヶ月ほど前に、下村脩氏の「私の履歴書」(日経新聞社朝刊本年7月連載)を興味深く読んだ後でしたので、今年のノーベル化学賞をなおさらに印象深く、嬉しく思ったのです。下村氏の受賞はおわんクラゲの発光原理研究(緑色蛍光たんぱく質の研究)成果に対してでありますが、この発光は有機物発光でもあり、今回の受賞と併せて有機物への関心がさらに高まり、認識されると思ったのです。
 今回のノーべル化学賞授与の理由ですが、有機化合物の合成法についてであり、受賞者三氏は1970年代にそれぞれ独自に共通の開発をし、そしてその発明された合成物質製法が新しい多様な工業物質製造に必須であると評価されたためでした。その有機化合物ですが、現在プラスチックや医薬品など1000種類を超える新製品(有機化合物)に適用されています。例えば高血圧や慢性腎臓病の治療薬、抗ウイルス薬、さらには液晶や有機ELなどのエレクトロニクス材料など、新産業形成への新しい材料(合成物質)として、であります。ここで有機物、及び有機化合物について少し付記することにします。

 社会や人々の暮らしはさまざまな工業物質で支えられていますが、その多くは炭素が複雑に連なった骨格を持つ「有機物」です。プラスチックも医薬品の多くも有機物の一種ですが、炭素同士が強く結びついており簡単には切り離せません。炭素を自在に操って目的の有機物を人工的に作ることは難しいと言われ、化学者にとって有機物の合成方法確立は20世紀に入ってからも長い間の課題でした。今回の受賞3氏、根岸栄一氏、鈴木章氏、リチャード・F・ヘック氏は別々にパラジウムと言う金属を触媒として混ぜることで、2種類の有機物の炭素骨格をつなぐ、「鈴木カップリング」と名づけられたクロスカップリング方法で目的どおりの骨格の新しい有機物を作ることに成功したのでした。

図1
図1 ノーベル化学賞の対象となった成果「クロスカップリング」反応の応用例
(日本経済新聞10月7日付朝刊より)

 ところで、有機ELの照明も、今回のノーベル賞授与対象の有機化合物によって発光しています。この有機EL照明、日本は世界のトップランナーとして研究開発してきたことを前回のこのコラムの文中「有機EL研究会」にて紹介し、炭素のカーボンナノチューブなど新たな発光の有機化合物のことを記載しました。その有機化合物の説明に不正確な表記があることを読者の方から教示いただきました。それは炭素からなる合成物を単純に有機化合物と規定し、表記したことでした。それは間違いではないが厳密に言うと正確ではないとのご指摘でした。
 このご指摘もあり、有機化合物とは何か?有機物を化学的に合成した物質であろうと、想定はしていましたが、改めて有機物とはどのようなものか?無機物とどこが違うか?など有機化合物の基礎知識を学習しようと思うのでした。
 「有機物とは、燃えると二酸化炭素を発生する物質で、加熱すると黒くこげて炭になる物質」と中学理科の参考書に記してあり、「木や紙や砂糖やろう、プラスチックや石油などを示す」とありました。そして無機質とは「有機物でない物質(ガラスとか鉄、塩、水、水素など)」とありました。では有機化合物を百科事典で調べると、「炭素原子を構造の基本骨格に持つ化合物の総称」とあり、追記説明文に「ただし、炭素原子を含んでいるにも関わらず慣例として無機化合物とされる物質もある。たとえば、炭素から構成されているダイヤモンドや一酸化炭素、二酸化炭素、さらに炭酸カルシウムなどは無機化合物とされている。」と、ありました。さらに有機化合物を専門に扱う化学の領域を有機化学と呼称される、とも記されていました。
 早速、有機化学を百科事典で調べると、「有機化合物すなわち炭素化合物の合成、性質についての研究を目的にする分野が有機化学であるが、伝統的に一酸化炭素や二酸化炭素、炭酸などは有機化合物に含めない。」と記されていました。
 炭素からなる合成物を単純に有機化合物と規定し表記した前回のコラム文は、まさに間違いではないが正しくない!とのご指摘、理解できました。しかし調べてみて、この有機化合物が非常に広い分野でしかも更なる新しい化合物創出の可能性が大きいことを知りました。有機EL照明の前途も明るいと改めて思った次第。

 有機化合物のことを主に記してきましたが、無機化合物の発光体も忘れてはなりません。現在の世界の照明市場で注目の光源といえば無機化合物の発光体、LEDであります。このLEDの分野で世界に高く評価・認知される方々が日本には数多くいます。その中でも特別の存在として赤﨑勇博士は知られています。窒化ガリウムの結晶化に関する技術を開発し、世界初の高輝度青色発光ダイオード(青色LED)を実現したことで有名な赤﨑勇博士(現名古屋大学特別教授)、その青色LED発明への軌跡が分かるギャラリーがあると聞き及んでいました。世界中に照明の展示館があると聞くと見たくなり、いそいそと出かけてしまう筆者ですが、21世紀の主光源と認知されるLED展示ギャラリーのことは今まで聞いたことがありませんでしたから、前日からワクワクする気持ちで向かいました。
 その赤﨑記念研究館、名古屋市千種区にある名古屋大学構内にあり、その1階が展示ギャラリーとなっていました。この研究館、大学キャンパス各専攻科の校舎が多数建ち並ぶ中でもひと際目立ち、すぐに判りました。なぜならスマートで格好良いからです。外観正面ファサード部は大きなガラススクリーンで内部の様子が見られるようになっており、内部壁面のLED大画面では素敵なカラー映像がガラス越しに見えていました。遠景で、おしゃれなインテリアショップのように見間違えたほどで、国立大学は質実剛健的な建造物が多い中で異彩を放っていました。次世代の多くの若者がLEDに興味関心を抱き、新たなLED活用領域の創出イメージングに役立ちそうなギャラリー外観です。
 一歩中に入ると、赤﨑勇教授の生い立ちから、LEDの基礎知識、さらには名古屋大学や旧松下電器産業での数々の研究の様子など、実際の実験装置やその成果物などが分かりやすく展示され、また今後のLEDの応用(用途)コーナーと併せて、実に見ごたえあるLEDギャラリーでありました。確かに説明キャプションに使用される言葉は専門用語ですが、文脈の前後から中学生でも理解できそうで、このギャラリーに来た中学生はきっと理科大好き人間になるだろうと思われました。気がついたら閉館の16時になっていました。LED照明の基礎知識がいっぱい詰まった快適なこの赤﨑記念研究館ギャラリー、機会を設けて再訪したく思いました。

図2
図2 赤﨑記念研究館の外観

図3
図3 赤﨑記念研究館内の展示の様相

図4
図4 世界初の高品質GaN(窒化ガリウム)単結晶の成長に成功した、手作りのMOVPE装置(1号機)

1 気になったLEDトピックス3つ

 街の電気屋さん、スーパーの日用品売り場のランプ棚に、さらに大型家電量販店や郊外型ホームセンターの入り口付近の目立つ山積み展示に、LED電球が見られる昨今です。この一年間で一挙に認知普及化しつつありますが、これは名前の「LED電球」があらわすように20世紀の間に全世界に普及した白熱電球の代替使用ランプです。LED本来の用途形態での普及ではなく、あくまで代替ランプとしてのもので、20世紀型のインフラ建造物に適応する省エネ光源としてはまさに最適です。20世紀型インフラの完備した先進国や発展途上国の主要都市部で、今後10年はこのLED電球が多用されましょう。
 LED電球は供給電気の交流をLED発光に必要な直流にわざわざ1個ずつ電圧変換して使用しています。この変換エネルギーロスや、1個ずつ搭載する交流―直流変換機(コンバータ)の無駄がない形態用途が展開されたら、さらに大きな省エネが実現できるわけで、世界の社会ニーズである「スマートグリッド」のひとつとして研究開発が進んでいます。発展途上国であるなら、20世紀型インフラ形成から21世紀型の太陽光発電など再生可能エネルギーを電力系統とするインフラ構築も検討されましょう。すでに一部では実際に採用され、日常の生活体系に組み込まれたりしています。
 とはいえ、この日本市場でLED電球は、ナス形の普通電球型だけでなく多様な適用形態型が出回るであろうと予想されます。 2010年9月2日~4日、東京ビッグサイトで開催されたサイン&ディスプレイショウ2010の会場には店舗空間向けのLED電球が展示されていました。それは日本全国の屋外看板灯に多用されているリフレクター電球の代替タイプ、さらに店舗内小型スポットライト器具に多用されているダイクロイックハロゲン電球の代替タイプでした。
 尚、この新登場の代替LED電球、改正省エネ法の施行もあり、急速に普及を見せるでありましょう。また、新規参入の企業や隣国の輸入品なども日本市場で販売展開をしており、LED電球市場は当分の間、にぎやかでありましょう。

図5
図5 サイン&ディスプレイショウ2010の会場で見た屋外看板灯リフレクター電球の代替タイプ、岩崎電気の「レディオックLEDアイランプ」。
(画像提供:岩崎電気)

図6
図6 サイン&ディスプレイショウ2010の会場で見たアクリルショーケースに展示のダイクロイックハロゲン電球の代替タイプ、
「光波」のLEDランプ/E11-100V調光対応

図7
図7 LED市場に新規参入した「シーアイ化成」のダイクロイックハロゲン電球の代替タイプ

 「249ルーメン/ワット」、次いで気になったLEDの事柄はこのLEDランプの効率達成数値です。「次世代固体照明光源の最新動向」の公開研究会(主催:照明学会)が東京・御茶ノ水にある日本大学理工学部駿河台校舎の会議室であり、大学や企業の第一線の研究開発者から最先端の研究内容が発表されました。名古屋大学・天野浩教授の講演「白色LEDの現状と将来の可能性」は、白色LEDの特徴や開発の経緯を事例数多く交え、丁寧にわかりやすく解説した後に今後の課題と効率について言及された。さすが世界で最初に窒化ガリウムによる青色LED発光に成功した赤﨑勇研究室メンバーの氏の提言は、実に整然と端的に今後の展望など考察されたものでした。その中で、あくまで実験レベルの数値ですが、と補足しながらおっしゃった「249ルーメン/ワットのLED発光が確認できた」の言葉に、ついにLEDの限界と言われている理論数値の発光に近づいた!これはすごいことだ、と内心感動を覚えたのでした。
 今春の東京で開催されたLED Next Stage2010照明展では、100ルーメン/ワット超のLEDが発表されていましたから、150ルーメン/ワットを超えた高効率LEDが紹介されるのではと予想していましたが、200を超えての数値に驚き、また感動しました。しかし、次の講演者からも「LED照明市場は200を越える高効率LED普及時代は近い!」と発言され、高効率の蛍光ランプ120ルーメン/ワットを優に超えるLEDの市場形成は近いと感じたのです。その話をされたのは天野教授の次の講演者、日亜化学工業の坂東完治氏であり、大型チップによる大光量化の動向も解説され、併せてLED照明の本格市場展開は近いと重ねて感じたのです。
 LEDで光空間演出を手がけ、既存光源の照明手法と異なることを体験(失敗も重ねて)してきた筆者は、LEDの特性を生かした空間創出には、既存光源との差異を的確に認知・学習すること肝要であると思っています。日本がLED照明で今後も世界のトップリーダーとして進んでいくため、技術開発のハード面だけでなく、いかにLEDによる快適照明を創り出すかのスキルやソフト・アプリケーション力向上が大切だ!と思いながら、LEDの高効率・大光量の講演を拝聴したのでした。

 3つ目に紹介するLEDのトピックスは、瀬戸内海のある島の小学校で行われたあかりの日・LED工作教室です。
2005年の市町村合併特例法で愛媛県今治市に合併した愛媛県最北の島、大三島の中央に位置する大三島小学校で、5年生と6年生・計31名が取り組んだLEDの工作授業の様子を紹介します。
 10月21日は「あかりの日」として、日本の照明関係団体は全国でよりよい照明のあり方について啓蒙普及活動を展開します。その活動の一環として21世紀の省エネ主光源としてのLEDを子供たちに認知してもらうため、日本電球工業会はランプ製造メーカー会員とともにLED工作教室を開催する活動をしており、筆者もサポーターとして参加をしています。今年は今治市にランプ製造工場を配するハリソン東芝が地元小学校に出向き、あかりの日の趣旨を説明しながら、子供たちのLED工作作りをサポートしました。家から持参した空き箱や空きペットボトルなどと、子供たちが完成させたLEDキットを組み立て、光る工作物を作ります。工作物加工の前に工業会が準備した未完成のLEDキット(6カラーのLEDランプつき)を子どもたちは、めいめいに結線し点滅できるように作業します。作業がスムーズに進むようにサポート役のハリソン東芝の人がアドバイスします。20分ほどでLEDキットは完成し、家から持参した空き箱などと組み合わせ、作品作りに取り組みます。LED点滅スピードを調整しながら嬉々として夢中に作業している様子に、先生や父兄も笑みを浮かべ見守っていました。子供たち一人ひとりの個性ある作品が一堂に点滅するその様子は、子供たちの歓声とともに壮観でもありました。初めてLEDに触れる子もいたりした今回のLED工作、地元の照明電機会社(宮地電機)の事前準備などもあって、無事に楽しく予定通りに工作教室を終えることができました。
今年のLED工作教室、瀬戸内の大三島小学校の他に、栃木県・鹿沼、大阪府・高槻、滋賀県・甲賀の小学校で開催できました。来年の「あかりの日」にちなんだLED工作教室、どの地で開催できるか楽しみです。


図8

図8 四国・愛媛県今治市の大三島小学校での工作教室の様子

図9 図10
図11 /><br />
<span class=図9、10、11 出来上がったLED工作物の事例

図12
図12 子供たちに提供される未完成のLEDキット(日本電球工業会提供)
6種のカラーLEDランプ(日亜化学工業提供)に電池ボックス(単3乾電池×2)付、
LEDの点滅スピード可変のもの

2 気になるOLEDの出来事、2つ

 今春のアイルランド火山噴火で空の便は完全にストップしたヨーロッパ、世界最大の照明展開催中に噴火が始まり、そのあおりで帰国延期を余儀なくした人が多かったFrankfurt Light +Building 2010、実は筆者も3日間足止めでしたが、有事のときの心構えが多少なりとも経験でき、得がたき好い体験でした。余談はさておき、Frankfurt Light+Building 2010の照明動向はLEDとOLEDに分けて5月の14日(LED)と31日(OLED)に報告会を開催しました(日本経済新聞社本社ビル2Fにて)。その31日のOLEDの報告会で山形大学・城戸淳二教授より、展示されたOLED製品の数々の紹介があり、参加された方はヨーロッパの国々が有機EL照明に本腰入れて主導権獲得に動き始めたこと、認識できたことと思います。実際に現地で有機EL照明パネルの展示品=デモンストレーション・モデルを見た方は、品質が不ぞろいのパネルでの作品展示で、強引に展示作品を出品したように感じたと思います
それは日本を含めた東アジアの国々への有機ELの対抗があるのでは、と思えるのです。
 日本は、有機EL照明の世界トップランナーとして技術・開発を進めてきました。有機ELのパネルだけでなく、パネルを使用した照明器具や、その照明演出への試行(空間照明)をも繰り返し実践してきました。この有機EL照明ですが、現在のところ照明としての基準や基本部品の名称など定まっていません。21世紀の省エネ光源としてLED同様に、いやそれ以上に省エネが期待される有機EL照明、いかに安全で適正な普及展開を促進するかは、大事なる事柄です。この観点から日本の照明学会はいち早く、有機EL照明のガイドラインの準備検討を始める委員会を立ち上げました。昨年春からで、世界で一番早い取り組みでありましょう。その進捗の様子が今夏の照明学会誌8月号に掲載されました。「有機EL照明におけるガイドライン作成の課題」として、基本的事項について解説、さらに現状と今後の課題事項も明記されています。
 2010年、有機EL照明パネルのサンプル出荷を始めたメーカーは今後徐々に量産化へ向かうことでありましょう。2013年には量産品が市場導入されると予想されます。また隣国の国々でも量産化への検討を始めたと聞き及びます。照明学会の有機EL照明ガイドライン作成委員会の動向は世界から注目されることになりましょう。今後はさらに、日本照明界を挙げて適正なガイドライン作成を支援し、迅速に協議、取りまとめされることが肝要です。

図13
図13 1916年(大正5年)設立の照明学会が、2010年8月に発行した学会誌「照明年報」の表紙

 次に紹介する有機EL照明の話題は、CMになってしまい恐縮ですが、「有機EL照明デザインコンペ2010募集」のことです。Light Bridge Association NPOが主催、山形大学などが共催するこのコンペは、斬新な有機EL照明の新用途提案のアイディアを広く集めることに焦点をあて募集します。そのため、プレゼンパネルがなく、ユニークな発想のスケッチでの提出でもかまいません。
 最終結果発表は来春3月のライティング・フェア2011の会場で発表されます。その最終発表までには2度の審査があり、第一次審査にはA4指定用紙によるアイディアスケッチの提出が必要で、この第一次審査の応募締め切りは11月15日(当日消印有効)となっております。
詳細や応募方法・第一次審査用のA4指定用紙などは主催者のLight Bridge Association NPOのホームページをご覧ください。

 このコンペ、プレゼンパネル制作に時間もお金もかける必要はなしで、ラフスケッチの提出でも良いです。有機EL照明の新用途提案、多数の応募、お待ちしております!!

図14
図14 有機EL照明デザインコンペの案内チラシ
(クリックすると大きくなります)


照明技術・デザイン最新事情
執筆者:落合 勉

照明デザイナー
M&Oデザイン事務所代表
LBA JAPAN NPO 理事長、愛知県立芸術大学非常勤講師、照明文化研究会 会長


1948年愛知県三河生まれ、ヤマギワにて照明を実践。
1991年横浜にてM&Oデザイン事務所スタート、現在に至る。
2001年からLED照明デザインワークに特化しての活動を展開、そして2006年からはOLED照明普及にも尽力。
2006年のALL LEDの店舗空間、2008年のALL LED街あかりや住空間、2009年のALL OLED照明空間など手がけ、SSL快適照明を探求提案。
器具のプロダクトデザインや照明計画などを行う傍ら、国内外の照明関連展示会や企業などを訪れ、グローバルな照明最新情報をインプットする。コラム(http://messe.nikkei.co.jp/lf/column/ochiai/index.html)参照。
趣味は古灯具探索で、日本のあかり文化の認知普及活動を展開中。
2009年7月、Light Bridge Association JAPAN NPOを設立し、理事長に就任。
次世代のあかり文化を担う「あかり大好き人間」の育成を目指している。

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