《機械》〈照明〉[H30:問7]ルミネセンスによる発光現象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，ルミネセンス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。

ルミネセンスとは，物質を構成する原子，分子，イオン，電子などが，外部からのエネルギーを吸収して，励起，イオン化又は加速された後，そのエネルギーを放出するときに発光する現象をいう。

放電発光は，放電により原子や分子が電離又は励起され，電子状態の遷移に伴って発光する現象である。$ \ \fbox {　（１）　} \ $などがこれを利用している。

$ \ \fbox {　（２）　} \ $は，物質が$ \ \mathrm {X} \ $線，紫外放射，可視放射，赤外放射などを受けたときにそのエネルギーを吸収し，通常は吸収した波長$ \ \fbox {　（３）　} \ $の放射エネルギーを放出して発光する現象である。蛍光ランプ及び白色$ \ \mathrm {LED} \ $の蛍光体ではこの現象を利用している。

エレクトロルミネセンス（$ \ \mathrm {EL} \ $）は，物質に$ \ \fbox {　（４）　} \ $ことによって発光する現象で，注入形$ \ \mathrm {EL} \ $と真性$ \ \mathrm {EL} \ $とに区別される。注入形$ \ \mathrm {EL} \ $は，$ \ \fbox {　（４）　} \ $ことによって電子及び正孔を注入し，その$ \ \fbox {　（５）　} \ $過程で発光する現象である。$ \ \mathrm {LED} \ $，有機$ \ \mathrm {EL} \ $などがこれを利用している。真性$ \ \mathrm {EL} \ $は，発光体を分散させた薄い誘電体をサンドイッチ状に挟んだ電極両端に電圧を印加することによって発光する現象である。

〔問7の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　よりも長波長　　　　　&（ロ）&　クリプトン電球　　　　　&（ハ）&　陰極線ルミネセンス \\[ 5pt ] &（ニ）&　よりも短波長　　　　　&（ホ）&　再結合　　　　　&（ヘ）&　吸収 \\[ 5pt ] &（ト）&　放射を当てる　　　　　&（チ）&　と同じ波長　　　　　&（リ）&　ハロゲン電球 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　崩壊　　　　　&（ル）&　化学ルミネセンス　　　　　　&（ヲ）&　磁界を印加する \\[ 5pt ] &（ワ）&　フォトルミネセンス　　　　　　&（カ）&　電界を印加する　　　　　&（ヨ）&　\mathrm {HID}ランプ \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

照明の種類に関する問題で，電験三種の頃から範囲は変わらない内容と思います。しかし，出題頻度が少ない分野であるため，あまり勉強の手が回っていない受験生も多かったのではないかと思います。下記には比較的出題頻度の高い蛍光灯と$ \ \mathrm {LED} \ $について説明します。

1.蛍光灯の発光原理
図1のように，アーク放電によって水銀原子から放出される紫外線が蛍光物質に当たることにより可視光に変換して発光するフォトルミネッセンスを利用した電灯となります。

2.$ \ \mathrm {LED} \ $の発光原理
図2のように，$ \ \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：ヨ
題意より，解答候補は（ロ）クリプトン電球，（リ）ハロゲン電球，（ヨ）$ \ \mathrm {HID} \ $ランプ，になると思います。$ \ \mathrm {HID} \ $ランプは別名高輝度放電ランプとも呼ばれ，水銀ランプ，メタルハライドランプ，高圧ナトリウムランプがあります。

(2)解答：ワ
題意より，解答候補は（ハ）陰極線ルミネセンス，（ル）化学ルミネセンス，（ワ）フォトルミネセンス，になると思います。ワンポイント解説「1.蛍光灯の発光原理」の通り，蛍光ランプや白色$ \ \mathrm {LED} \ $はフォトルミネセンスを利用しています。

(3)解答：イ
題意より，解答候補は（イ）よりも長波長，（ニ）よりも短波長，（チ）と同じ波長，になると思います。ワンポイント解説「1.蛍光灯の発光原理」の通り，蛍光ランプでは紫外光（可視光より短波長の光）を蛍光物質に当てて可視光（紫外光よりも長波長の光）を発光しています。

(4)解答：カ
題意より，解答候補は（ト）放射を当てる，（ヲ）磁界を印加する，（カ）電界を印加する，になると思います。ワンポイント解説「2.$ \ \mathrm {LED} \ $の発光原理」の通り，$ \ \mathrm {LED} \ $をはじめとするエレクトロルミネセンス$ \ \mathrm {EL} \ $は電圧(電界)を印加することによって発光する現象です。

(5)解答：ホ
題意より，解答候補は（ホ）再結合，（ヘ）吸収，（ヌ）崩壊，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，電源より供給された電子と正孔が再結合することにより発光します。