「白いボール」が「色のボール」になる！なぜ照明はカラフルな効果を生み出すことができるのでしょうか?

レビュー専門家: 周洪志、北京理工大学物理・光電子工学学院、上級実験技術者、修士課程指導教員

冬の到来とともに、北京科学センター特殊効果劇場は新たな様相を呈しました。北京第三環状線のランドマーク的建物である北京科学センターの大きな白い「球体」は、照明の雰囲気を演出するためにリニューアルされ、夜間はより眩しいほどの輝きを放つようになった。色とりどりの光がランドマークを照らし、街の記憶を呼び起こします。絶えず変化する「ボール」の光を見上げながら、なぜネオンライトはカラフルな光を放つのかと疑問に思ったことはありませんか？なぜ一部のライトは自動的にカラフルな色を点滅できるのでしょうか?

01ネオンライトはガスでできていますか？

ネオンライトは英語の「neon light」に由来しています。 「ネオン」という言葉は、実際には「neon」の音訳です。ネオンライトの主役はネオンに代表される一連の不活性ガスです。

ネオンは、周期表の最後の列の2行目、10番目にランクされている希ガス元素です。すべての希ガス元素は最後の列に配置されます。教科書で習った「ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドン」がそれです。

不活性ガスは少なくとも 2 つの特性を備えています。まず、電子構造が非常に完全であるため、化学的性質が非常に「緩やか」であり、反応して他の物質に変化することが非常に困難です。第二に、常温では気体です。

02希ガスはどのようにして光を発するのでしょうか？電磁波の励起により、不活性ガスはイオン化され励起状態になります。しかし、それらは不活性であるため、現時点では化学反応を起こしません。

励起された不活性ガスは安定しておらず、元の基底状態に戻ります。このプロセスでは、受信した励起エネルギーが固有の共振周波数で必然的に放出され、放出されたエネルギーは依然として電磁波の形で残ります。

この電磁波の周波数が可視光線の波長範囲内であれば、人間の目は電磁波が発する光を見ることができます。

ネオンライトの特別な点は、そのスペクトルが可視光の範囲にあるだけでなく、非常に明るい赤色でもあることです。発見されてすぐに、ネオン管の充填ガスとして使われるようになりました。

現在では、このタイプの発光原理を使用するすべてのライトをネオンライトと呼んでいますが、他の色のライトには、オレンジがかった赤色の光を発するヘリウムや、青紫色の光を発するアルゴンなど、他の元素が充填されています。

03新世代の照明ツールLED

LEDは発光ダイオードの略称で、高輝度発光ダイオードで作られた照明ランプです。コア部分はp型半導体とn型半導体で構成されたウェハです。

LED の PN 接合の特徴は、共振空洞が存在することです。励起電流が到達すると、キャリアはこの接合部間で複数の反射を生成します。設計された周波数に達すると、エネルギーは固定周波数で放射され、私たちが目にする光が形成されます。

04カラー光源の生成

カラフルな LED 発光の原理を理解するには、まず赤 (R)、緑 (G)、青 (B) の 3 つの原色について知っておきましょう。これら3色を組み合わせることで、さまざまな色が得られます。

たとえば、赤色のライトと緑色のライトが同時に点灯すると、赤色のライトと緑色のライトが混ざって黄色になります。色変化ランプの色変化原理は、三原色の2つのLEDを別々に点灯すると、黄色、紫色、シアン色（赤と青のLEDを点灯すると紫色の光など）を発することができるというものです。赤、緑、青の LED が同時に点灯すると、白色光が生成されます。

赤、緑、青の LED をペアで、個別に、または同時に点灯できる回路があり、それぞれの光の強さが変わると、7 色以上の異なる色の光を発することができ、カラー LED ライトの現象を作り出すことができます。重ね合わせの比率が変わると、異なる色が生成されます。

北京科学センターは、真新しい照明の景観を活かして、あらゆる年齢層の友人の皆様に、再形成と再生の力を目の当たりにしていただきたいと心から願っています。皆様のご来場を心よりお待ちしています。皆様の目とカメラで素晴らしい瞬間を捉え、ランドマークのライトアップに参加し、「球体」と「北京科学センター」の新しい輝かしい思い出を残してください。