太陽光に負けない小型LEDディスプレイをつくる

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明るい日差しの下で、スマートフォンや携帯ゲーム機の画面が見えづらいと思ったことはありませんか?原因は、ディスプレイの明るさが、太陽光に負けてしまうことです。集積化発光ダイオード(集積化LED)の研究で、そのディスプレイの課題に取り組んでいるのが、先進工学部 応用物理学科 本田徹教授のフォトニクス研究室です。発光ダイオード(LED)は、近年白熱電球に替わって照明に使われるようになった半導体で、最近では青色LEDの研究がノーベル物理学賞を受賞し、話題となりました。LEDを使った太陽光に負けない明るさのディスプレイはすでに実用化されていますが、難しいのが“小型化”の技術。フォトニクス研究室では、「擬似宇宙空間」という特殊な技術を使って、このLEDの超極小化にチャレンジ。スマートフォンやゲーム機に使える、非常に明るい小型LEDディスプレイの開発を目指しています。

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集積化技術でLEDの小型化にチャレンジする

ビルの壁面やサッカー競技場にあるような巨大ディスプレイが、晴れた日でもくっきりと見えるのは、その中に強力な光を放つLEDが数百万〜数千万個単位で並べられているからです。ところが、同じことを小型のディスプレイで実現しようとすると、途端に難問にぶつかります。スマートフォンの画面に数十万個を超えるLEDを並べるためには、LEDそのものを非常に小さくする必要があります。価格も数百万円単位になってしまうため、現実的ではありません。さらに、省エネルギーの問題も。実用に耐えられるレベルまでバッテリーを長持ちさせるためには、今よりもっと効率よく、電気を光に変える技術が要求されるのです。

その課題を解決するための方法が「集積化」という技術。小さなチップの上に超極小のLEDを何十万個も作るのが集積化です。この技術は、例えばパソコンの頭脳であるCPUなどにも使われています。CPUのチップはホコリのないクリーンルームで作られますが、私たちが目指すサイズの集積化LEDを作るには、さらに解決しなければいけない課題があります。それは身の周りの「空気」。酸素などの分子でさえも、超微細な加工には邪魔になってしまうのです。

そこで、私たちがチャレンジしたのが、「擬似宇宙空間」で集積化の加工を行う方法。重力はそのままで、内部を真空に近い状態にしたステンレス製の容器の中で、空気に邪魔されずに加工をする実験を行っています。容器中の気圧は、実際の場所に例えると国際宇宙ステーションの少し下のあたり。大気圏と宇宙との境目の環境に近く、容器の内部にはオーロラも発生しています。この環境が、これまで難しかったナノレベルの加工を行うのに適しているのです。

明るい光には、全世界共通の感動がある

まだ研究は途上にあり、集積化LEDの実現までには、さまざまなハードルを越えなければなりません。でも、まずはとにかく1台。1台の試作品さえ完成すれば、それは社会にとって大きなインパクトをもたらすでしょう。

LEDの研究のやりがいは、何といっても成果が目に見えて分かりやすいこと。実験中に「光った!」、「以前より明るくなった!」という結果が出ると、目標に一歩近づいたことが実感できてワクワクします。また、私の研究室では学生を積極的に国際会議に参加させ、発表もさせていますが、言葉で上手く説明できなくてもLEDの光を点滅させるだけで、研究の凄さを世界中の人が一瞬で理解してくれるのです。そんな時の学生たちの顔は、達成感であふれています。

情報の大半を目から得ている人類にとって、どのような条件下でも鮮明に見える小型LEDディスプレイのような表示装置の開発は、大きな価値があります。たとえば発展形として考えられるのが、目に装着できる高精細なウェアラブルディスプレイへの応用。一般的には、網膜に直接レーザーで映像を投影する方式が有名ですが、LEDの小型化が進めば、網膜に負担をかけない、より安全なディスプレイができるはずです。自分たちの研究が大きく世の中を進化させ、ノーベル賞も夢ではない?! そんな手応えを感じながら、日々研究に取り組み続けています。


研究室紹介

大学院生と卒業研究生(大学4年生)が大まかに4つのグループに分かれて、それぞれがテーマを持ちながら研究活動を行っています。単に研究を行うだけではなく、「社会人として世の中の役に立つ人材」を育てるために、コミュニケーション力、英語力、問題解決能力などの育成にも力を入れています。また大学院生は年に1回、国際会議参加のために海外へ出張して研究発表を行うほか、現地を回って知見を広げる機会もあります。

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