第一種電工 令和7年度 問12｜電気応用

LED は、pn 接合した半導体に順方向の電圧を加えると光る素子です。チップ1個の発光に必要な順方向電圧は、色によって異なりますが、おおむね2 V〜4 V 程度です。直流100 V 以上という記述（イ）は、実際の値より桁違いに大きく、誤りです。ア・ウ・エは正しい記述です。LED ランプとして売られている製品は、内部の電源回路で100 V の交流を低い直流電圧に変換して、チップに電流を流しています。正答は（イ）。

ア（正しい）：LED は、pn 接合した半導体に順方向の電圧を加えると、電子と正孔が再結合して光を出す素子で、この現象を利用した光源です。

イ（誤り）：LED チップの順方向電圧は、青色・白色で約3 V、赤色で約2 V 程度です。直流100 V 以上という値は誤りです。100 V の電源につなぐ LED ランプは、内部の電源回路（整流・降圧・定電流制御）で電圧を下げて、LED チップを動かしています。

ウ（正しい）：電気エネルギーを直接光に変える現象をエレクトロルミネセンス（電界発光）といい、LED の発光原理に当たります。

エ（正しい）：白色の LED ランプには、青色 LED の光で黄色の蛍光体を光らせ、青と黄色の混色で白色に見せる方式があります。

誤りはイだけで、正答は（イ）です。

本問は、LED の発光原理と電気的な特性を、四つの記述で確かめる問題です。数値の大きさ（桁）の感覚が決め手になります。

【LED の発光原理】LED は、p 形半導体と n 形半導体を接合した発光ダイオードです。順方向に電圧を加えると、n 形側から電子、p 形側から正孔が接合部に流れ込み、再結合するときに、そのエネルギー差に応じた波長の光が放出されます。電気エネルギーを直接光に変えるこの現象はエレクトロルミネセンス（電界発光）で、白熱電球（熱放射）や蛍光ランプ（放電で紫外線を出し、蛍光体で可視光に変換）とは発光原理が異なります。

【順方向電圧の目安】

いずれも数 V の低い電圧です。LED ランプは、この低い電圧で、小さな電流を流して使うため、100 V の電源で使うときには、整流回路で交流を直流に変え、降圧して、定電流で LED を駆動する電源回路（LED ドライバ）が必要です。

【白色 LED のつくり方】白色を得る方法には、青色 LED の光で黄色の蛍光体を光らせ、青と黄色を混ぜて白に見せる方式（擬似白色）や、赤・緑・青の3色の LED を混ぜる方式があります。照明用の LED ランプでは、青色 LED と蛍光体を組み合わせる方式が広く使われています。選択肢エはこの方式を述べたもので、正しい記述です。

【LED の特徴（照明として）】

・発光効率が高く、消費電力が小さい。

・寿命が長い（定格寿命は数万時間）。

・熱や紫外線の放射が少ない。

・点滅や調光が容易。ただし、調光には対応した器具と調光器が必要。

・熱に弱く、ランプの温度が高いと寿命が短くなるため、放熱の設計が重要。

【解き方】電気に関する数値が出てきたら、「その素子単体の値か、ランプや装置全体の値か」を区別します。LED チップの順方向電圧は数 V、ランプ全体の入力電圧は100 V、という区別がつけば、イの誤りは見抜けます。正答は（イ）です。