【物理】低入力LEDの発光効率が100%を超える 100%を超えるとLEDの温度は低下

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1：依頼２８−１０１＠pureφ ★ 2012/03/19(月) 12:08:37.84 ID:??? << 29

MITの研究チームは、高温下で非常に低い電圧をLEDに印加すると、発光効率が100%を超えるという研究成果を発表した。

印加する電圧を下げていくと入力電力は電圧の2乗に比例して減少するのに対し、LEDの発光出力は電圧に比例して減少していき、超低電圧時には発光効率が100%を超えるとのこと。30ピコワットの入力電力で69ピコワットの発光出力が得られたという。これはLEDが周囲の熱エネルギーを吸収して電力に転換するためで、発光効率が100%を超えるとLEDの温度は低下するとのこと。常温では十分な吸熱は行われないが、発熱の少ないLED照明や冷却システムなどへの応用も考えられるという。

headless//.J 2012年03月11日 11時44分
http://science.slashdot.jp/story/12/03/11/0211201/

LED's efficiency exceeds 100%Lisa Zyga/PhysOrg.com　March 5, 2012
http://www.physorg.com/news/2012-03-efficiency.html

An LED's power conversion (wall-plug) efficiency varies inversely with its optical output power. Wall-plug efficiency can exceed 100%, the unity efficiency, at low applied voltages and high temperatures.
Image credit: Santhanam, et al. ©2012 American Physical Society
（上記230%効率は１３５℃での値です）

Thermoelectrically Pumped Light-Emitting Diodes Operating above Unity EfficiencyParthiban Santhanam, Dodd Joseph Gray, Jr., and Rajeev J. RamPhys. Rev. Lett. 108, 097403 (2012)
http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.108.097403

関連ニュース【素材】新しい発光原理に基づく有機EL用新規発光材料を開発　一重項と三重項の励起状態エネルギー差を0.1eV以下にし高効率化−九大
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1330808032/
【素材】新しい有機発光体開発に成功　ユーロピウム有機錯体　３００度の高温に耐え発光効率が極めて高い−北大
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1330808933/

2：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 12:11:37.66 ID:7+vuR1hO << 157

非常に低い電圧だと電流が流れません

157：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 10:56:03.34 ID:/PxKoJQH

>>2
一般的なLEDだと約2Vだったよな。

4：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 12:15:35.66 ID:KPa7jxha << 10 100

LEDの発光を100%の効率で変換できる太陽電池と組み合わせれば、第2種永久機関完成

10：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 12:23:33.66 ID:PCoPWxQP

>>4
天才現れる

100：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 18:27:38.36 ID:1lO4pVUH

>>4
周りの熱を、ずっと低い温度の外の世界へ逃がしてるだけだろ、
熱機関の一種だよ

5：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 12:17:10.59 ID:E33X5e6c << 41

大昔の植木等の映画でそんな発明品が出てきてたな

41：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 13:17:24.06 ID:cmkUGQxI

>>5
益々電機の冷温電球だっけ？

6：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 12:18:57.09 ID:FxN6pmC0 << 52

>発光効率が100%を超えると LEDの温度は低下するとのこと。

入力電圧が降下していけば、当然LED温度は低下するだろ。
グラフを見せてみい。どう判断したんだ。温度低下を。
発行効率を軸にとったのか？

12：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 12:25:35.89 ID:GejQEIzf << 18

電気だけでなく、熱も光に変換してるってことか？

18：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 12:33:57.71 ID:4AX3CCN1

>>12
太陽電池みたい感じかと。

24：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 12:43:43.83 ID:tdn9hD7N << 104

ドラゴンボールで例えるとどんな感じだね

104：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 19:20:13.66 ID:pnwFce8X

>>24
神龍「どんな願いもひとつだけ…」
クリリン「２つ願いをかねえて」

31：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 12:53:53.21 ID:H3YLbwPP << 52 125

マックスウェルの悪魔。

52：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 13:33:41.94 ID:rGooRXn0 << 57

>>6
いや、発光前より温度が下がったって事だろ。
じゃなきゃ効率が１００％越える訳が無い。

>>31
そうだよね？
これってエントロピーが減少した事にならないのか？

57：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 13:53:58.19 ID:xFsagnLN

>>52
そもそも電気流したら温度下がるってどういうことなの
吸熱システムとして使えないの？
一方からは光として出るし

32：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 12:57:43.83 ID:t9NIYbmh << 36

LEDの発光効率が理論値の100%ならわかるが、超えるって？

永久機関完成か？？？

で、高温にする為のエネルギーは？・・・除外か？

36：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 13:09:37.89 ID:p6cv1pVw

>>32
エネルギーを生産するって話じゃないよ。

46：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 13:23:25.04 ID:iRoCZB/1 << 49

エアコンの冷却能力のエネルギー効率が600％位あるのはおまいら常識だよね(´・ω・`)

49：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 13:25:14.43 ID:KPa7jxha

>>46
マジレスすると全然違う話だから

59：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 14:00:54.24 ID:ZywBhnq+ << 60

最初、エサキダイオードのいとこか友達かとおもた。

しかし、１３５℃か

60：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 14:05:43.74 ID:5CyKFeuV

>>59
135℃で動くインテルＣＰＵて存在しないきがする。


>燃やすと、最も燃焼温度（炎の温度）が低い液体は、何でしょうか？
>http://q.hatena.ne.jp/1120334741
低い温度でも熱で発光する化学変化はあるようですね。

66：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 14:36:02.43 ID:db3gx0Hh << 71

＞エントロピー

もしも実験装置の中が高温に相当するフォトンで満たされていれば、
100%を超える比率の発光は起きない

エネルギーが格子振動の自由度から光の自由度へ流れ込んだだけ

71：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 14:45:12.30 ID:KPa7jxha

>>66
LED の出力の温度換算て何千K　だよ

68：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 14:37:54.72 ID:E8ABfqYY << 72

高温化で温度が下がる？
砂漠に置けば地球温暖化なんて阻止が簡単になるんじゃねーの？

72：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 14:46:46.64 ID:5CyKFeuV

>>68
例えばCPUの発熱をLED発光で行うとして、発光の半分が吸熱したとして、
TDP100Wの発熱を吸収するなら100WのLED光をする。
市販のLED照明って約10Wで白熱電球の約100W相当と考えると（大雑把に）
100Ｗの白熱電球約10個分相当のすばらしい明るさの照明になるな。
でも光密度は激しく０に近いだろうから。蛍が天空一面で照らすような
話になるんだろう。

75：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 15:10:27.28 ID:hvIuwLaV << 78 79 91

原子炉内に大量に設置して、予備冷却系に
使えないもんかな・・・

78：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 15:34:57.63 ID:LhoPgiE5

>>75
どこから光を逃がすんだよ

79：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 15:37:23.51 ID:xFsagnLN

>>75
その労力あれば施設全体を２０ｍでも盛って置いた方が圧倒的に楽

91：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 17:03:42.11 ID:p3C+y09y

>>75
チェレンコフ照明ですね、わかります('A`)

95：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 17:42:12.84 ID:l/yf1RnO << 118 119

論文をチラ見したが、
Peltier coolingと書いてある。
だから冷えるのは素子の一部だけだね。
ダブルヘテロ構造になっていて、発光層が冷却され、電荷注入層が発熱するようだ。

ペルチェによる温度差により発光層での効率が向上し、
その分のエントロピーの増大は非発光領域が受け持ってくれる、という感じか。

119：44 2012/03/19(月) 21:04:21.58 ID:hqYWAA0N

>>95
こちらも論文チラ見したけれど…。
ペルチェ効果により格子振動のエネルギーが
LED上の一部に集中して、『ほとんど』そのエネルギーだけから
光子が発生する、と。で、結果として熱から光子ができたわけで
全体としては系は冷却される、と。
ものすごく効率のよくなる条件でやれば135℃でも実現可能、と。
そういう理解でよいの？

118：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 20:59:17.62 ID:EfYZAtIK << 120

>>95
>その分のエントロピーの増大は非発光領域が受け持ってくれる、という感じか。
有り得ないと思う。その増大したエントロピーはどういう形で現れる？
LEDの発光素子に溜め込まれて発光素子が急速劣化するのか？

120：名無しのひみつ 2012/03/19(月) 21:07:06.73 ID:l/yf1RnO

>>118
135℃以上になって、周りに熱を放出。

129：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 00:47:37.07 ID:8kqxb3Cj << 130

これ、LEDの周囲の熱がLED経由で外部に逃げてて、
その際に発生したエネルギーも発光に使われたって
ことじゃないのか？

130：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 00:52:55.27 ID:5679F+fs << 134

>>129
熱こそがエネルギーなので熱が熱のまま逃げたら発光しない。
発光して光エネルギーに転換されることで熱が逃げている。

しかし光り物自作パーツ使ってた奴ら大歓喜だな。

134：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 01:04:06.44 ID:8kqxb3Cj

>>130
発光で熱が逃げるというのは意味不明。
私が言いたかったのは、LEDの電源の線とかが
冷たい外の空間につながっていて、その温度差で
発光しているんじゃないかと

132：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 00:58:36.06 ID:4rtfLKmT << 133

サイフォンの原理みたいに

吸い出されると停まらなくなるってこと？

133：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 01:02:23.97 ID:5679F+fs

>>132
温度が下がって止まるだろ。
熱を供給する仕組みは別にないわけだし。

136：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 01:16:31.44 ID:8kqxb3Cj << 138 161

＞熱エネルギーが光エネルギーに転換されることで素子が発光しつつ冷却されるんだよ。
「冷却され」が熱力学第２法則に反してないか？

138：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 01:23:42.73 ID:5679F+fs

>>136
熱が集まってきて局所的に高熱になったら第二法則に反してるけど、
まるっきり逆じゃねーか。

161：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 12:33:35.50 ID:z8YYUYVX

>>136
> 「冷却され」が熱力学第２法則に反してないか？
厳密には「観測上、温度の低下が見られ」だろうな。
分かり易く書けば、与えられた熱エネルギーQに対して
予測される温度上昇ΔTよりも小さい温度上昇ΔT'が
観測されたということだろう。

140：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 01:29:20.71 ID:8kqxb3Cj << 162

基本的に熱はエネルギーの最終形態だから、
そこから直接別のエネルギーは取り出せないだろう。
黒体放射も、その熱振動以下の光があふれているだけだし。
これ135度とかでの話だから

162：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 12:53:00.56 ID:pxmqb2RP

>>140
>熱はエネルギーの最終形態

その認識が間違ってるのでは？

142：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 04:08:15.73 ID:O98rbuqg << 143

すごいな
とうでんが原子炉破裂させてからいろんなもんがどんどん出てくるよな
今までいかに悪さしてたが良くわかるよ
利権屋をどんどん解体させろ流れになってるのがよくわかる

143：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 04:16:42.66 ID:VoqkGPuh << 145

>>142
実用化のじの字にも行ってないものも報道されるようになっただけだよ

145：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 05:05:56.33 ID:cHFmNz2D

>>143
記者による誇張であって、当事者もそれを許容しているのが原因。
その目的は簡単で予算、研究の既得権を守るため。

学術よりもその学術団体に寄生している多くの現状維持には
ＳＦレベルを超えるような感情を伴う誇張が必要になっている。
誇張しないで表現したら「そんなものどうでもいい」という話に
なってしまうではないか。
実用化に対する過去実績が無いそれほど、半島的なありえない誇張を
含ませて他の誇張と競争を始める。誇張のバブル崩壊がなされたとき
それは完全な嘘となる。

144：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 04:38:04.83 ID:6r0J6oFg << 150

そうだ竹でフィラメント作ればいいんだ！

150：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 09:01:58.50 ID:3l2r3Y6h

>>144
へいトーマス、すげえアイデアだぜ！

146：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 06:32:33.90 ID:Hjlshbhx << 149

配線のどこかで弱いゼーベック効果でも起こってるんだろうな
電源も含めて系すべてを１３５℃にしたなら話は別だが

149：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 08:32:27.67 ID:CVV0WflC

>>146 ああ、そうか！　その可能性が高いな。

156：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 10:42:02.32 ID:ME1G1Zam << 160

今捨てられてるような低熱源を光に変換できるという可能性アリ
という認識でいいのか？

160：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 12:32:20.67 ID:5679F+fs

>>156
可能性としてはアリだが、今回の発表自体100度以上の環境でこういう効果がでましたよ、
という話なわけで。
冷却にしてもクーラーには使えなさそうだし今後の応用に期待されるというレベル。

158：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 11:39:18.42 ID:+JguKjY/ << 159

低電圧で熱エネルギーを光エネルギーに変える現象が発見された
ということでいいのかね。

159：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 11:52:38.86 ID:oT2AwqZ4

>>158
ゼーベック効果を持つLEDと言ったほうが無難
新しい現象と言うよりは既知の現象2つを同時に起こす珍しい物質を発見した、に近い

166：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 13:32:50.61 ID:w5Fo1a2E << 167

>163
そもそも、信号レベルじゃなくて、電力レベルで熱を電気に変換する装置
ってなんで出来てないんだ？

無限に大きいような素子があれば理論的には可能？

167：名無しのひみつ 2012/03/20(火) 13:36:14.98 ID:pxmqb2RP

>>166
なんで、出来てないと思い込んでるの？

(>> ソース)