金の生産は有毒です。LEDは私たちの依存を終わらせられるでしょうか？

公開日 2025年3月18日

更新日 2026年8月14日

著者

Gaurav Roy

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照明とディスプレイ技術の世界では、発光ダイオード（LED）がエネルギー効率の高さ、長寿命、鮮やかな色彩を生み出す能力により市場をリードしています。

半導体で作られたダイオードは電流を一方向に流し、逆方向を遮断します。一方、発光ダイオード（LED）は、電流が流れると光を発する半導体デバイスにすぎません。

LEDの台頭は、エレクトロルミネッセンスによって光を放ち、ディスプレイ技術を革命的に変えることで、光の利用方法を変革しました。

LEDの中でも、特にペロブスカイト発光ダイオード（PeLED）は、低コストな製造、高効率、調整可能な光放出により、ディスプレイおよび照明用途で有望な技術として浮上しています。

ペロブスカイトLEDは、柔軟性があり、軽量設計で、広い色域を提供できることから大きな関心を集めています。さらに、PeLEDは地球に豊富に存在する材料と低エネルギー技術で製造可能です。これらのLEDは、赤・緑・青（RGB）各色で高い効率を達成しています。

近年、PeLEDの安定性も著しく向上しており、商業化に向けた有望な可能性を示しています。

革新的技術を大規模にすべての人に提供する際、技術的、経済的、環境的要因が重要な役割を果たし、持続可能性の評価にも役立ちます。しかし、PeLEDに関するこの情報は不足しています。

多数の研究が新興ペロブスカイト太陽電池のライフサイクル影響を評価していますが、その結果をPeLEDに直接外挿することはできません。これは、エネルギー変換メカニズムの根本的な違いによるものです。

LEDが電気を光に変換するのに対し、太陽電池は光を電気に変換します。また、PeLEDは複数の波長で動作するため、多様な機能層材料が必要であり、色が異なるデバイスごとに異なる解析が求められます。

したがって、すべての段階を網羅した包括的なライフサイクル評価（LCA）が必要であり、PeLEDの持続可能な商業化への効果的な道筋を特定することが求められます。

新たな研究がまさにこれを行い、次世代LEDが実際に低コストで持続可能であることを発見しました。

ペロブスカイトLEDのライフサイクル評価

Assessment of Perovskite LEDs

Nature Sustainabilityに掲載された研究で、リンクオーピング大学の研究者は商業化志向の持続可能性に焦点を当て、ライフサイクルの観点から新興PeLED技術を検証しました。Nature Sustainability¹。

「ペロブスカイトLEDは従来のLEDよりも安価で製造が容易であり、画面に使用すれば鮮やかで強烈な色も生み出せます。これは次世代のLED技術だと言えるでしょう。」

– フェン・ガオ、リンクオーピング大学光エレクトロニクス教授

ガオの研究グループは、経営工学部（IEI）と環境技術・管理部（MILJÖ）のオロフ・ヘルム教授、そしてリウの助教であるジョン・ローレンス・エスゲラと協力し、市場に出回っているLEDをペロブスカイト材料ベースのLEDに置き換える方法を検討しました。

ペロブスカイト材料は、独自の光電子特性を持つ材料群です。高い吸収係数、電子・ホールの高い移動度、調整可能なバンドギャップを備え、コスト面でも有利です。

商業化を評価するため、研究チームはRGB、白色、近赤外（NIR）波長をカバーする18種の先進的ペロブスカイトLEDの詳細なライフサイクルインベントリ（LCI）評価を実施しました。選択されたデバイスは高い技術性能を示し、広く認知されています。

このデータに基づき、研究者はPeLEDの環境影響と経済コストを分析しました。

このような分析には明確なシステム定義が必要で、何が含まれるかを示しますが、これはコストや環境影響に関するものではありません。

このフレームワークは、製品が作られた瞬間から研究できなくなるまでの過程を調査します。したがって、製品のライフサイクルは5つの段階、すなわち原材料の生産、製造、流通、使用、そして廃棄から成ります。

基本的に、誕生から死までですが、ヘルム教授は「死を避けたい」と述べました。リサイクルを加えると、彼が指摘したように、事態はさらに複雑になります。ヘルムは付け加えました：

「しかし、ここで示したいのは、有機溶媒の再利用や原材料の製造方法、特に希少材料の場合にそれらを考慮することが最も重要だということです。」

このライフサイクル分析が示す特定の側面の一つは、PeLEDに含まれる微量の有毒な鉛です。ペロブスカイトが効果的であるために重要ですが、焦点は鉛だけにすべきではなく、LEDには他にも多くの材料が存在します。

貴金属の金もその一つで、独自の課題があります。ヘルムによれば：

「金の生産は極めて有毒です。水銀やシアン化物といった副産物があります。また、エネルギー消費も非常に大きいです。」

有毒でエネルギー集約的な金の生産プロセス

Gold Nuggets

金（Au）は、古代から他のどの資源にも匹敵しないほど人類社会の関心と魅力を集めてきました。

この光沢のある黄色の金属はかつて普遍的な通貨として受け入れられていました。一時期、米国の通貨制度は金本位制に基づいていました。また、投資手段として非常に人気があり、インフレヘッジにも利用されます。

この結果、金の価値は最近新たな史上最高値（ATH）を記録し、XAUUSDが1オンスあたり3,000ドルを超えました。金価格は2025年に15％以上上昇し、2023年10月に約1,800ドルだった時から強い上昇トレンドが続いています。

価値の保存手段としてだけでなく、金はその多くの魅力的な特性により、宝飾、医療、電子機器、航空宇宙などの産業でも使用されています。

この明るい黄色の金属は柔らかく、強度を得るために他の金属が必要です。しかし、非常に延性が高く、力を加えることで形状を制御できます。薄い板に叩き出すだけでなく、ワイヤーに引き伸ばすことも可能です。

腐食に対して非常に耐性があるだけでなく、熱と電気の優れた導体でもあります。

金は最も密度の高い金属の一つで、密度は約19.3 g/cm³です。融点は1064.18°C、沸点は2836°Cです。さらに、ほとんどの酸に耐性があり、ほとんどの物質と容易に反応しないこの金属は、磁性を持ちません。

これらの特性の組み合わせにより、金はスマートフォン、コンピュータ、その他の民生用電子機器、放射線シールド、プリント回路、半導体システムで非常に魅力的です。

金は通常、石英脈に埋蔵されており、大規模な産業活動や小規模な採掘によって地中から採取されます。

金は地表または地下から採掘され、処理は鉱山現場で行われます。処理は破砕から始まり、次に化学薬品で金を抽出し、精錬などの工程で金塊にします。その金塊は精錬所へ輸送され、純金として販売されます。

金属の高い価値と優れた用途により、金採掘は大規模で世界的な産業となっています。この広く行われているプロセスは、特にアフリカや南米の一部の国で人気があり、漁業、農業、林業の5倍の収益を上げることがあります。

しかし、金採掘はクリーンなプロセスではなく、有毒で資源集約的であり、重大な環境・健康リスクをもたらします。

金の生産はCO2排出に加え、土壌汚染、土地劣化、水質・大気汚染、生息地破壊といった他の環境リスクも伴います。

ここで発生する有毒廃棄物は、鉛、水銀、シアン化物、ヒ素、酸、石油副産物など、最大で三十数種類もの危険な化学物質を含んでいます。

酸性鉱山排水（AMD）は、採掘企業が有毒廃棄物を海や湖、川、流れに定期的に投棄することで生じる汚染水を指し、その影響は多面的であり、こうした廃棄物からの回復は極めて困難です。

金採掘が地球と人々にとって非常に有害であることから、LEDに金の代わりにアルミニウム、ニッケル、銅などを使用すれば大きな環境利益が得られると新たな研究は考えています。同時に、LEDが最適に機能するように微量の鉛は維持できます。

安価で持続可能な次世代LED

研究によれば、ペロブスカイトLEDは利益を生む市場提供へと成功裏に転換でき、長期的に商業化の大きな可能性があると結論付けました。研究によれば：

「大規模製造で開発された将来のPeLEDは、環境的および経済的観点から、さまざまな照明技術の中で競争力のある地位を獲得する大きな可能性を秘めています。」

研究によれば、持続可能な商業化への道は環境、経済、技術の3つの重要な柱から成り、これらは主要なステークホルダーの関心と一致します。すなわち、企業利益と投資回収を求める生産者、政府の法規制や政策を含む調整者、そして製品に対価を支払う顧客です。

研究のライフサイクル評価結果は、ペロブスカイトLEDの環境影響は主に製造時の物質と電力の投入に起因すると示しています。一方、流通段階（輸送）は全体影響の5％未満であり、その最適化は産業資源に依存します。

毒性源に関して、研究は原材料の生産に伴う重金属がPeLEDのライフサイクル全体で主要な寄与者であると指摘しました。さらに、鉛（Pb）フリーのペロブスカイトを使用しても、環境影響が本質的に減少するわけではないことが示されました。

これは、発光層が数十ナノメートルという極薄であるため、ペロブスカイトLEDにおけるPbの全体環境影響への寄与が最小限であるからです。

研究は実際に金が大きな寄与者であることを指摘し、金（Au）カソードを使用したNIR PeLEDが、金を使用しないデバイスに比べて環境影響が100倍以上大きいという顕著な事例を挙げました。この差は金採掘に伴う高い汚染とエネルギー消費が原因で、さらに金の密度がアルミニウム（Al）の7倍であることが影響しています。

これは、鉛フリー技術が必ずしも環境毒性の低減を保証しないことを強調しています。

したがって、研究者は、ペロブスカイトLEDにおける毒性の主因はPbであるという一般的な認識は、助言に反するだけでなく、他の重要な汚染物質から注意をそらすリスクがあると指摘しました。

コストに関しては、技術経済評価が将来のPeLEDのコストを約US$100/m²と示しており、商業用有機LEDパネルのコストと同等です。

したがって、PeLEDの低コストと環境負荷の低さは、既存のLEDを置き換えることさえ可能にします。しかし、問題は寿命にあります。この大きな課題は、ペロブスカイトLEDの加速的な開発により取り組まれており、寿命は伸びつつあります。

研究者は実際に、ペロブスカイトLEDが持続可能性を達成するために必要な寿命を定量化する新しい指標として、相対的影響緩和時間（RIMT）を提案しました。研究は次のように述べています：

「RIMTは、内部および外部の相対的影響を同時に考慮し、相対的影響を緩和するために必要な最小時間を表します。」

研究によれば、ペロブスカイトLEDは環境にプラスの影響を与えるために、実用的な目標として約10,000時間の寿命を達成する必要があります。研究者はこれが実現可能であると述べていますが、現時点で最高のPeLEDは数百時間しか持ちません。

この評価により、研究者はこれまでLEDの技術性能向上に焦点が当たってきたLED研究領域に変化をもたらすことを目指しています。

「私たちが開発するものは実世界で使われてほしい。しかし、研究者として視野を広げる必要があります。製品が高い技術性能を持っていても、コストが高く環境的に持続可能でなければ、市場での競争力は低くなるでしょう。その考え方が今後ますます研究指針となります。」

– リウ物理・化学・生物学部の博士課程学生、ムイ・ザン

研究はまた、将来のPeLED製品のエネルギー効率を向上させるために、光効率に関するさらなる研究が必要であることを指摘しました。

革新的な企業

Universal Display Corp

ペロブスカイトLEDが照明と視覚ディスプレイの未来をリードしている一方で、市場は現在、液晶ディスプレイ（LCD）と有機発光ダイオード（OLED）に支配されています。

OLED分野では、Universal Display (OLED ) Corp（UDC）は、ディスプレイと照明向けのOLED技術と材料の研究・開発・ライセンスで著名な企業です。

1994年に設立されたUDCは、独自のUniversalPHOLEDリン光OLED技術でOLED技術のイノベーションをリードしています。また、高性能PHOLED材料の開発・販売を行い、FOLED（フレキシブルOLED）—タブレットや折りたたみスマートフォンに使用—、TOLED（透明OLED）—窓やディスプレイに使用—、WOLED（白色OLED）—照明用途に使用—など様々なOLED技術を提供しています。同社はさらにOVJP有機蒸気ジェット印刷も開発・提供しています。

OLED 価格チャート

時価総額71億ドル、現在のOLED株価は149.90ドルで、年初来で2.84％上昇しています。EPS（TTM）は4.66、P/E（TTM）比率は32.24です。配当利回りは1.20％です。

会社の財務について、Universal Display Corporationは最近2024年第4四半期の結果を報告しました。この期間の売上高は1億6230万ドルで、2023年第4四半期の1億5830万ドルから増加しました。そのうち、エミッタ材料の需要増加により材料販売から9330万ドル、ロイヤリティとライセンス料から6440万ドルの収益が含まれています。一方、材料販売コストは3420万ドルでやや増加しました。

純利益は4600万ドルで、前年の6200万ドルから減少しました。営業利益は5250万ドルで、6470万ドルから減少しました。第4四半期の純利益は4600万ドル、希薄化後1株当たり0.96ドルです。四半期配当は12％増の1株当たり0.45ドルとなりました。

2024年全体で、UDCは6億4770万ドルの収益を報告し、前年の5億7640万ドルから12％増加しました。純利益は2億2200万ドルで、2023年から9％増加しました。

「2024年が堅実な財務実績の記録的な年であったことを報告できることを嬉しく思います。OLED業界全体で製品ロードマップが拡大し、主要なパネルメーカーは新たなファブへの投資を進め、特に新興ITおよび自動車市場の需要増に対応しています。この新たな設備投資サイクルが、実質的な新OLED容量、新OLED製品、そして新OLED採用者への道を開くと考えています。」

– CFO ブライアン・ミラード

2025年については、売上高が6億4000万ドルから7億ドルの範囲になると予想しています。したがって、UDCは売上高が最大8％増加または1％減少することを予測しています。

青色リン光材料（PHOLED）と商業化のタイムフレームについて、UDCはこれまでになく近いと述べ、商業化を「OLED技術の大きな飛躍」と呼びました。青色PHOLEDの提供に自信を持つ同社は、商業導入に数か月で済むとし、今年は実質的な収益は見込まないとしています。

蛍光からリン光青への転換は、OLEDディスプレイの青色内部発光効率を四分の一から100％にまで大幅に向上させ、電力消費を削減する大きな転換点となります。

OVJPプロジェクトについては、カリフォルニアのOVJPセンターを閉鎖し、シンガポールに新たな子会社Universal Vapor Jet Corporationを設立してOVJPの商業化を担当する予定です。UDCはOVJPを大面積ディスプレイ製造の最先端技術と考えています。

Universal Display Corporationの最新情報

結論

ペロブスカイトLED（PeLED）は、高効率と幅広い応用可能性を持つ次世代光源として重要性が高まっており、ディスプレイや照明用途で有望です。

最新の研究が示すように、低コストと環境負荷の低さにより既存のLEDに取って代わる可能性があります。鉛ではなく金に焦点を当てることで環境影響を大幅に削減できます。金をアルミニウムやニッケルなどのより持続可能な材料に置き換えることで、金採掘がもたらす課題に対処し、PeLED生産のエコフットプリントを劇的に減少させます。

ペロブスカイトLEDは大きな可能性を示すものの、商業化は寿命と光効率の向上に依存しています。長寿命化の課題に低コスト生産、持続可能な製造、鮮やかな色出力とともに取り組むことで、PeLEDはLEDおよびディスプレイ市場を変革し、広範な採用を実現できるでしょう。