【電気工事士】LEDランプの発光原理は?青色LEDと黄色蛍光体の仕組みを徹底解説

【電気工事士】LEDランプの発光原理は?青色LEDと黄色蛍光体の仕組みを徹底解説

記事を読む前に!実践・過去問チャレンジ

現代の電気設備において、照明器具の主役は完全に「LED」になりました。

省エネで長寿命、交換の手間も少ないLEDランプですが、電気工事士の筆記試験では、その「中身」や「技術的な仕組み」について問われることがあります。

「LEDが光る原理の名称は?」

「白色LEDはどうやって白い光を作っている?」

これらの問いは、実務だけでなく試験対策としても非常に重要です。特に専門用語の意味を正確に理解していないと、試験特有の「ひっかけ問題」に足をすくわれてしまいます。

まずは、実際に出題される形式に近い問題で、今の実力をチェックしてみましょう。

【問題】

LEDランプの記述として、誤っているものは次のうちどれか。

  1. LEDランプは、発光ダイオードを用いた照明用光源である。
  2. 白色LEDランプは、一般に青色のLEDと黄色の蛍光体による発光である。
  3. LEDランプの発光効率は、白熱灯の発光効率に比べて高い。
  4. LEDランプの発光原理は、ホトルミネセンスである。

答えは決まりましたか?

「全部正しいように見える」

「ホトルミネセンスって聞いたことあるような…」

そう迷った方もいるかもしれません。特に選択肢4の用語がカギを握ります。

正解がどれか、そしてなぜそれが誤りなのか、記憶に定着するよう解説していきます。

1. ズバリ、正解(誤っている記述)は?

正解(誤っているもの)は、選択肢の 【 4 】 です。

選択肢4には「LEDランプの発光原理は、ホトルミネセンスである」と書かれていますが、これが間違いです。

正しくは、LEDの発光原理は「エレクトロルミネセンス」といいます。

この2つの用語は非常によく似ていますが、意味は全く異なります。試験作成者が好んで出すひっかけポイントですので、確実に区別できるようにしましょう。

【電気工事士】LEDランプの発光原理は?青色LEDと黄色蛍光体の仕組みを徹底解説の黒板解説

2. なぜ「4」が誤りなのか?原理を徹底解説

覚えよう!LEDは「エレクトロルミネセンス」

LED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)が光る原理は、【 エレクトロルミネセンス(Electroluminescence) 】と呼ばれます。

少し長い名前ですが、分解すると分かりやすくなります。

  • エレクトロ(Electro) = 電気
  • ルミネセンス(Luminescence) = 発光

つまり、物質に「電気」を流すことで直接光を出す現象のことです。

半導体の中で電子が動くエネルギーが光に変わる、これがLEDの正体です。「電気で光るからエレクトロ」と覚えてしまいましょう。

「ホトルミネセンス」は蛍光灯の原理

では、選択肢にあった「ホトルミネセンス」とは何でしょうか?

  • ホト(Photo) = 光

これは、物質が「光」を受けて、別の色の光を出す現象を指します。

代表的なのは「蛍光灯」です。蛍光灯は、放電によって発生した紫外線(目に見えない光)が、ガラス管の内側に塗られた蛍光物質に当たり、そこで可視光線(目に見える光)に変わって光ります。

「電気で直接光るのがエレクトロ(LED)」

「光を受けて光るのがホト(蛍光灯)」

この違いさえ押さえておけば、この手の問題は即答できます。

3. 白色LEDはどうやって「白」を作っている?

選択肢2の「白色LEDランプは、一般に青色のLEDと黄色の蛍光体による発光である」という記述は正しいです。これも試験の頻出ポイントです。

LED自体は、単色(赤、緑、青など)の光しか出せません。では、どうやって普段私たちが使っている「白い光」を作っているのでしょうか?

現在、照明用として最も普及している方式は以下の組み合わせです。

  • 光源: 【 青色LED 】
  • 被せもの: 【 黄色の蛍光体 】

光の色の関係で、青色と黄色は「補色(混ぜると白になる関係)」にあります。

青い光と、その光で刺激されて光る黄色の光が混ざり合うことで、人間の目には「白色」に見えているのです。

試験では「赤色LEDと緑色蛍光体」などと色を変えてひっかけてくることがあるので、「青+黄=白」の組み合わせをしっかり暗記しましょう。

青色LEDチップの周りを黄色蛍光体が覆っている断面構造の図

4. 白熱灯との比較(効率と寿命)

選択肢3の「発光効率は、白熱灯に比べて高い」という記述も正しいです。

  • 発光効率: 電気をどれだけ無駄なく光に変えられるかという指標(lm/W)。
    • 白熱電球: 電気が「熱」になってしまい、光になるのはわずか。効率は低い。
    • LEDランプ: 電気を直接「光」に変えるため、熱の発生が少なく、効率が非常に高い。

この「高効率=省エネ」という特徴のおかげで、LEDは爆発的に普及しました。

まとめ:この問題の攻略ポイント

今回の問題で覚えるべき重要事項は以下の3点です。

  1. LEDの発光原理は 【 エレクトロルミネセンス 】 である。(ホトルミネセンスではない!)
  2. 一般的な白色LEDは 【 青色LED + 黄色蛍光体 】 で作られている。
  3. LEDは白熱灯より 発光効率が高く、寿命が長い。

特に「エレクトロ」と「ホト」のひっかけ問題は、第一種・第二種問わずよく出題されます。「LEDは電気(エレクトロ)で光る」とシンプルに結びつけておけば、試験本番で迷うことはありません。

これらのキーワードをしっかり整理して、得点源にしていきましょう。