《機械》〈照明〉[H24:問6]電球形ＬＥＤランプに関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★★☆☆（普通）

次の文章は，電球形$ \ \mathrm {LED} \ $ランプに関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選びなさい。

電球形$ \ \mathrm {LED} \ $ランプは，$ \ \mathrm {LED} \ $，点灯装置及び$ \ \fbox {　（１）　} \ $で構成され，安全性及び性能が損なわれないように容易に分解できない構造を採っている。また，一般白熱電球代替用の外観は，$ \ \fbox {　（１）　} \ $，光拡散用グローブ及び$ \ \fbox {　（２）　} \ $用筐体（きょうたい）で構成される。

$ \ \mathrm {LED} \ $は，半導体であるので，その$ \ \fbox {　（３）　} \ $の温度の特性の変化や信頼性に最も影響する。特に一般に使用される白色$ \ \mathrm {LED} \ $では，消費する電力のうち$ \ \fbox {　（４）　} \ $に変換されるものは，高いものでも三十数パーセント程度であり，その他のすべての電力は損失となる。このため筐体の$ \ \fbox {　（２）　} \ $設計が重要になる。

一般に自然空冷の照明器具の使用環境は$ \ \fbox {　（５）　} \ $以下の温度であることを基本に設計されているので，電球形$ \ \mathrm {LED} \ $ランプが密閉される照明器具，埋込み形照明器具などでは，その使用に制限を受けるものがある。

〔問6の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　受　金　　　　　&（ロ）&　電　極　　　　　&（ハ）&　可視光 \\[ 5pt ] &（ニ）&　ランプソケット　　　　　&（ホ）&　吸　熱　　　　　&（ヘ）&　青色光 \\[ 5pt ] &（ト）&　45 \ \mathrm {[℃]}　　　　　&（チ）&　基　板　　　　　　&（リ）&　口　金 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　黄色光　　　　　&（ル）&　放　熱　　　　　&（ヲ）&　断　熱 \\[ 5pt ] &（ワ）&　55 \ \mathrm {[℃]}　　　　　&（カ）&　接合部　　　　　&（ヨ）&　35 \ \mathrm {[℃]} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

$ \ \mathrm {LED} \ $ランプに関する問題で，平成２４年頃は東日本大震災後で原子力発電所停止による電力不足が顕著な年であったため，省エネ器具である$ \ \mathrm {LED} \ $ランプの問題が出題されたと予想されます。その時々の社会情勢等は試験に影響を与えるので，ニュース等を注目しておくと良いと思います。

1.電球形$ \ \mathrm {LED} \ $ランプの構造
電球形$ \ \mathrm {LED} \ $ランプの構造は下図のようになり，$ \ \mathrm {LED} \ $，点灯装置（図でいう$ \ \mathrm {LED} \ $以外の構成品），口金で構成されています。
白熱電球のように赤外光を含まないので，熱を光として放出することはありませんが，$ \ \mathrm {LED} \ $や電源基板からは熱が発生するので，熱伝導性のよいアルミニウムヒートシンクを通じて放熱用筐体から放熱されます。
したがって，放熱性が悪くなる$ \ 40 \ \mathrm {[℃]}$を超える温度や結露が発生する恐れがある$ \ 5 \ \mathrm {[℃]}$未満（低温仕様のものを除く）では使用ができなくなります。

出典：シャープ技報第101号・2010年8月　P.17~19　詠田　浩明
https://corporate.jp.sharp/rd/36/pdf/101_05.pdf

2.$\mathrm {LED}$の発光原理
下図のように，$\mathrm {pn}$接合した半導体に順方向電圧をかけると，界面にて電子と正孔が再結合し発光するものとなります。

【解答】

(1)解答：リ
題意より解答候補は，（イ）受金，（ロ）電極，（ニ）ランプソケット，（チ）基板，（リ）口金，になると思います。ワンポイント解説「1.電球形$ \ \mathrm {LED} \ $ランプの構造」の通り，構成品及び外観にもあてはまるのは，口金となります。

(2)解答：ル
題意より解答候補は，（ホ）吸熱，（ル）放熱，（ヲ）断熱，になると思います。ワンポイント解説「1.電球形$ \ \mathrm {LED} \ $ランプの構造」の通り，筐体の役割は放熱となります。

(3)解答：カ
題意より解答候補は，（ロ）電極，（チ）基板，（カ）接合部，等になると思います。ワンポイント解説「2.$\mathrm {LED}$の発光原理」の通り，発光は$ \ \mathrm {pn} \ $接合部で行われるため，接合部の温度が特性の変化や信頼性に最も影響することになります。

(4)解答：ハ
題意より解答候補は，（ハ）可視光，（ヘ）青色光，（ヌ）黄色光，になると思います。一般に白色$ \ \mathrm {LED} \ $は青色$ \ \mathrm {LED} \ $を黄色蛍光体に当てて白色を得る場合が多いですが，本問の意図から考えると可視光が最も適切かと思います。

(5)解答：ヨ
題意より解答候補は，（ト）$ \ 45 \ \mathrm {[℃]}$，（ワ）$ \ 55 \ \mathrm {[℃]}$，（ヨ）$ \ 35 \ \mathrm {[℃]}$，になると思います。ワンポイント解説「1.電球形$ \ \mathrm {LED} \ $ランプの構造」の通り，使用環境として最も適切なのは$ \ 35 \ \mathrm {[℃]} \ $かと思います。