《機械》〈照明〉[H25:問11]照明用LED(発光ダイオード)に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆(やや易しい)

次の文章は,照明用\( \ \mathrm {LED} \ \)(発光ダイオード)に関する記述である。

効率の良い照明用電源として\( \ \mathrm {LED} \ \)が普及してきた。\( \ \mathrm {LED} \ \)に順電流を流すと,\( \ \mathrm {LED} \ \)の\( \ \mathrm {pn} \ \)接合部において電子とホールの\( \ \fbox {  (ア)  } \ \)が起こり,光が発生する。\( \ \mathrm {LED} \ \)からの光は基本的に単色光なので,\( \ \mathrm {LED} \ \)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,\( \ \fbox {  (イ)  } \ \)色\( \ \mathrm {LED} \ \)からの\( \ \fbox {  (イ)  } \ \)色光の一部を\( \ \fbox {  (ウ)  } \ \)色を発光する蛍光体に照射し,そこから得られる\( \ \fbox {  (ウ)  } \ \)色光に\( \ \mathrm {LED} \ \)からの\( \ \fbox {  (イ)  } \ \)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しているのは図\( \ \fbox {  (エ)  } \ \)である。


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。
\[
\begin{array}{ccccc}
& (ア) & (イ) & (ウ) & (エ) \\
\hline
(1) & 分 離 & 青 & 青緑 & \mathrm {A} \\
\hline
(2) & 再結合 & 赤 & 黄 & \mathrm {A} \\
\hline
(3) & 分 離 & 青 & 黄 & \mathrm {B} \\
\hline
(4) & 再結合 & 青 & 黄 & \mathrm {A} \\
\hline
(5) & 分 離 & 赤 & 青緑 & \mathrm {B} \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

\( \ \mathrm {LED} \ \)は照明の中でも出題されやすい分野の一つです。一時期ほどのブームはなくなりましたが,今でも日常的に利用されているものなので,今後も試験には出題される可能性はあると思います。

1.\( \ \mathrm {LED} \ \)の発光原理
図1のように,\( \ \mathrm {pn} \ \)接合した半導体に順方向電圧をかけると,\( \ \mathrm {p} \ \)型半導体と\( \ \mathrm {n} \ \)型半導体の界面にて電子と正孔が再結合し発光します。

【解答】

解答:(4)
(ア)
ワンポイント解説「1.\( \ \mathrm {LED} \ \)の発光原理」の通り,\( \ \mathrm {pn} \ \)接合部にてホールと電子の再結合が起こることにより,光が発生します。

(イ)
(ウ)
現在の白色\( \ \mathrm {LED} \ \)は短波長の青色\( \ \mathrm {LED} \ \)の光を蛍光体に照射して,長波長の黄色光が混ざるようにして,疑似白色光としています。

(エ)
可視光は約\( \ 350~700 \ \mathrm {mm} \ \)の波長までとなっています。このうち青色と人が感じるのは約\( \ 450 \ \mathrm {mm} \ \)前後でで黄色と感じるのは\( \ 550~600 \ \mathrm {mm} \ \)程度です。図のうち,青色波長の\( \ 450 \ \mathrm {mm} \ \)付近に強い光を示している図\( \ \mathrm {A} \ \)が白色\( \ \mathrm {LED} \ \)のスペクトルとなります。