照明17【電験3種 機械】LEDの発光原理と青色LED＋黄色蛍光体による疑似白色光の穴埋め問題！平成25年度 A問題11 完全解説

今回は平成25年度 機械科目 A問題11を解説します。照明用LEDの発光原理（電子とホールの再結合）と、青色LED＋黄色蛍光体による疑似白色光の生成方式に関する空所補充問題です。

LEDのpn接合部で電子とホールが再結合するときに光が発生します。青色LEDの光の一部を黄色蛍光体に照射し、そこから得られる黄色光と青色光を混ぜることで疑似白色光をつくります。そのスペクトルは450nm付近に鋭い青ピーク、600nm付近になだらかな黄ピークをもつ図Aで表されます。

平成25年度 機械科目 A問題11：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 機械科目 【照明】 平成25年度 A問題11

　次の文章は，照明用LED（発光ダイオード）に関する記述である．

　効率の良い照明用光源としてLEDが普及してきた．LEDに順電流を流すと，LEDのpn接合部において電子とホールの（ア）が起こり，光が発生する．LEDからの光は基本的に単色光なので，LEDを使って照明用の白色光をつくるにはいくつかの方法が用いられている．代表的な方法として，（イ）色LEDからの（イ）色光の一部を（ウ）色を発光する蛍光体に照射し，そこから得られる（ウ）色光にLEDからの（イ）色光が混ざることによって疑似白色光を発生させる方法がある．この疑似白色光のスペクトルのイメージをよく表わしているのは図（エ）である．

　図A：横軸波長〔nm〕(300〜800)，縦軸相対強度(0〜1)。ピークが約450nm付近（強い，鋭い）と約600nm付近（なだらか，やや低い）の2箇所にある曲線。

　図B：横軸波長〔nm〕(300〜800)，縦軸相対強度(0〜1)。ピークが約450nm付近（なだらか，やや低い）と約650〜700nm付近（強い，鋭い）の2箇所にある曲線。

　上記の記述中の空白箇所(ア)、(イ)、(ウ)及び(エ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ．

上記の記述中の空白箇所(ア)、(イ)、(ウ)及び(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

	（ア）	（イ）	（ウ）	（エ）
(1)	分離	青	青緑	A
(2)	再結合	赤	黄	A
(3)	分離	青	黄	B
(4)	再結合	青	黄	A
(5)	分離	赤	青緑	B

出題のポイント：LEDの再結合と青色・黄色による疑似白色光

LEDはp形側を正、n形側を負にした順方向で、電子とホールが接合部へ移動して再結合すると発光します。疑似白色LEDは、残った青色光と黄色蛍光体からの広帯域光を重ねます。

ポイント解説：青色LEDと黄色蛍光体のスペクトルを読む

LEDのpn接合部に順電流を流すと、n形領域の電子とp形領域のホールが再結合し、そのとき失われるエネルギーが光として放出されます。

白色光をつくるには、青色LEDの光の一部を黄色を発光する蛍光体に照射し、蛍光体からの黄色光と残りの青色光を混ぜます（青と黄は補色の関係）。このスペクトルは450nm付近に鋭い青ピーク、600nm付近になだらかな黄ピークをもつ図Aで表されます。

問題の解説：再結合・青・黄・図Aで選択肢（4）

STEP1　（ア）LEDの発光原理を確認する

pn接合に順方向電圧を加えると、電子とホールが出会って消滅する再結合（ア）が起こり、そのエネルギー差が光になります。

STEP2　（イ）（ウ）白色光をつくる方式を確認する

青色LED（イ）の光の一部を黄色（ウ）の蛍光体に当てることで、青色光と黄色光が混ざり合い疑似白色光になります（両者は補色の関係）。

STEP3　（エ）該当するスペクトル図を選ぶ

450nm付近（青）に鋭いピーク、600nm付近（黄）になだらかなピークをもつのは図A（エ）です。図Bは赤寄りの波長に鋭いピークがあり該当しません。

以上より（ア）再結合（イ）青（ウ）黄（エ）Aの組合せである(4)が正解です。

答え：(4)

まとめ

（ア）	再結合
（イ）	青
（ウ）	黄
（エ）	A
答え	(4)

▼あわせて解きたい関連問題
・ハロゲン電球のハロゲンサイクル：【機械】平成21年度A問題11
・測光量の定義とSI単位：【機械】令和5年度上期A問題12