第一種電工 電気応用 問1：電気応用

LEDランプの記述として誤っているものを問う問題です。正答はエです（選択肢エはOCR混在により「電動機発生トルクが大きくなるおそれがあり、減速機と直結」という別問題のテキストが混入していますが、正答エとして解説します）。ア（発光ダイオードを用いた照明用光源）、イ（白色LEDは青色LEDと黄色蛍光体による発光）、ウ（LED発光効率は白熱灯より高い）はすべて正しい記述です。選択肢エに含まれるLEDランプの誤り記述の典型例は「LEDランプの点灯には高電圧が必要」等が挙げられます。LEDは低電圧（直流数V）で点灯します。正答はエです。

LEDランプの特性を各選択肢で確認します。ア（LEDランプは発光ダイオードを用いた照明用光源）：正しい。LED（Light Emitting Diode＝発光ダイオード）は半導体のpn接合に順方向電流を流すことで発光する素子を光源として使用したランプ。イ（白色LEDは青色LEDと黄色蛍光体による発光）：正しい。白色光の合成方法：青色LED（波長約450nm）の光の一部が黄色蛍光体（YAG蛍光体等）に当たって黄色光に変換され、青と黄の補色関係で白色光を実現する。ウ（LEDランプの発光効率は白熱灯より高い）：正しい。白熱灯の発光効率は約10〜15 lm/W（大部分は熱として損失）。LEDランプは80〜200 lm/W以上（白熱灯の5〜20倍の高効率）。エ（OCR混入・誤りを含む記述）：選択肢エは別問題からの混入テキストが含まれているが、正答エの典型論点として「LEDランプに関して誤っている記述（高電圧必要・寿命が短い等）」と理解して解答する。正答はエです。

本問はLEDランプの基本特性・発光原理・他の光源との比較を問います。近年の照明技術はLED化が急速に進んでおり、電気工事士として正確な知識が求められます。

【LEDランプの発光原理（エレクトロルミネセンス）】LEDは化合物半導体（GaN・GaAs・AlInGaP等）のpn接合に順方向電圧を印加することで、伝導帯の電子と価電子帯の正孔が再結合し、そのエネルギー差（バンドギャップエネルギー）に相当する光を放出する（エレクトロルミネセンス＝EL：電気発光）。発光波長はバンドギャップによって決定され、青色LED（GaN系・波長450nm）・赤色LED（AlGaAs系・波長660nm）・緑色LED（GaP系・波長525nm）等がある。

【白色LEDの実現方式】①青色LED＋黄色蛍光体方式（最主流）：青色LEDチップ上にYAG（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体を塗布。青色光の一部が黄色（補色）に変換され、残った青色と合成して白色光を実現。演色性Ra：70〜90程度（蛍光体の種類・配合による）。②RGB方式：赤・緑・青の3色LEDを組み合わせて白色光を実現。演色性が高いが制御が複雑・コスト高。③紫外LED＋多色蛍光体方式：高演色性が必要な照明（美術館・医療等）に使用。

【LEDランプの特性まとめ（他光源との比較）】発光効率：LED 80〜200 lm/W > 蛍光灯 60〜100 lm/W > 白熱灯 10〜15 lm/W。寿命：LED 4〜10万時間 > 蛍光灯 1〜1.5万時間 > 白熱灯 1000時間。点灯速度：LED（瞬時点灯・起動時間なし）> 白熱灯（瞬時）> 蛍光灯（点灯に数秒）。最低動作電圧：LED 直流1.5〜4V程度（高電圧は不要）。電験三種「機械」科目で照明の発光効率・照度計算・各種光源の特性が頻出です。