夜のまちを照らすあかり、信号の光、テレビやスマホの画面。
実はその多くが「LED（発光ダイオード）」でできています。
LEDは、豆電球のように熱で光るのではなく、
電子の動きで光を生み出す“電気の魔法”のような発明です。
手回し発電機で光らせたり、色を混ぜて白い光を作ったり、
LEDには理科の授業や自由研究で学べるヒントがたくさんあります。
この記事では、
LEDのしくみや豆電球とのちがい、手回し発電機の実験、
青色LEDの発明、光の三原色、環境にやさしい未来の技術までを、
やさしく・おもしろく・くわしく解説します。
LEDとは何か｜電気で光る仕組みをわかりやすく解説
夜の街を歩くと、看板や信号、イルミネーションなどが色とりどりに光っています。
これらの光の多くに使われているのが、「LED（エルイーディー）」です。
最近では、家の照明やテレビ、さらにはスマートフォンの画面まで、
LEDはわたしたちの生活を明るく照らしています。
💡 LEDとはどんなもの？
LEDは、英語の Light Emitting Diode（ライト・エミッティング・ダイオード） の略です。
日本語では「発光ダイオード」と呼ばれます。
電気を流すと光る小さな電子部品で、豆電球のように熱で光るのではなく、
電子の動きによって光を出すのが特徴です。
⚙️ どんな仕組みで光るの？
LEDの中には「半導体（はんどうたい）」という特別な物質が入っています。
この半導体には、プラスの性質をもつ部分（P型）と、マイナスの性質をもつ部分（N型）がくっついています。
電気を流すと、電子がこの境目を通り抜けるときにエネルギーを光として放出します。
つまり、LEDは「電気エネルギー → 光エネルギー」への変換をしているのです。
豆電球のようにフィラメントを熱くして光らせる必要がないため、
発熱が少なく、省エネで長持ちします。
🔌 向きが大事！LEDは一方向にしか光らない
LEDには電気を流す「向き」があります。
電池の＋（プラス）側と－（マイナス）側を逆につなぐと、電気が流れず光りません。
これは、LEDが「ダイオード」と呼ばれる部品の一種で、
一方向にしか電気を通さない性質をもっているからです。
自由研究などでLEDを使うときは、足の長い方を＋、短い方を－につなぐと覚えておくと便利です。
🌈 LEDの色はどうやって決まるの？
LEDの光の色は、使われている半導体の種類によって決まります。
赤、緑、青、白――さまざまな色のLEDがありますが、
中でも青色LEDは実現がとてもむずかしく、のちに大きな発明となりました（第4章でくわしく紹介します）。
クイズ①
LEDが光るしくみとして、正しいものはどれでしょう？
- 電気を流すとフィラメントが熱くなって光る
- 電気を流すと電子が動いて光を出す
- 電気をためて爆発することで光る
正解は 2 です。
👉 LEDは電子の動きで光る発光ダイオードであり、豆電球のように熱では光りません。
豆電球とLEDのちがい｜電気の使い方とエネルギーの変換
同じように「光る」豆電球とLED。
でも、この2つは光り方の仕組みがまったくちがいます。
電気を「どう使って光を出すか」が、ふたつの発明を分けているのです。
💡 豆電球は「熱」で光る
豆電球の中には、「フィラメント」と呼ばれる細い金属の線が入っています。
電気を流すと、このフィラメントが熱くなり、発熱して光を出すしくみです。
このとき、使われるエネルギーの多くは「熱」に変わってしまい、
実際に「光」として使えるエネルギーはほんの一部。
だから、豆電球は点けているととても熱くなり、電気のむだも多いのです。
💡 LEDは「電子の動き」で光る
LEDは、半導体の中で電子が動くときに光を出します。
つまり、熱ではなく電子のエネルギーを直接光に変えているのです。
そのため、発熱が少なく、同じ明るさでも豆電球よりずっと少ない電気で光ります。
たとえば、豆電球が1時間で1ワットの電気を使うとしたら、
LEDはおよそその5分の1で同じ明るさを出すことができます。
さらに、長持ちするため、1個で何年も使えるのが特徴です。
🔋 電気エネルギーの変換をくらべてみよう
- 豆電球： 電気 → 熱 → 光（熱が多い）
- LED： 電気 → 光（熱が少ない）
LEDは「電気エネルギーを光エネルギーに変える効率」が高く、
エコで地球にやさしい照明として、世界中で使われています。
🌈 色の違いにも秘密がある
豆電球は、フィラメントの温度によって黄色っぽい光を出します。
一方LEDは、半導体の種類によって赤・青・緑などの光を出せます。
これを組み合わせれば、白い光やカラフルな光も作れるのです。
クイズ②
LEDが豆電球よりも省エネである理由として、正しいものはどれでしょう？
- 電気を使わずに自然光で光るから
- 電気を直接光に変えるため、熱が少ないから
- フィラメントが太くて丈夫だから
正解は 2 です。
👉 LEDは電子の動きで光るため、熱として失われるエネルギーが少なく、効率よく明るく光ります。
手回し発電機とLED｜エネルギーをつくる・ためる・使う
LEDを光らせるためには電気が必要です。
でも、その電気はどこから来るのでしょうか？
コンセントから流れる電気も、もとは「発電」されたものです。
ここでは、手で電気を作り出す「手回し発電機」を使って、
エネルギーがどのように生まれてLEDを光らせるのかを見ていきましょう。
🔋 モーターを回すと発電するしくみ
手回し発電機は、ハンドルを回すことで中のコイルと磁石が動き、
**電気の流れ（電流）**が生まれる仕組みになっています。
実はこの原理、モーターと同じなのです。
モーターに電気を流すと回転しますが、
その逆にモーターを回転させると電気が生まれるのです。
つまり、モーターは「電気を使って動く」装置でもあり、
「動かすと電気を作る」発電機にもなるのです。
⚡ 発電した電気でLEDを光らせよう
手回し発電機の端子にLEDをつないで、ハンドルをぐるぐる回してみましょう。
すると、LEDがピカッと光ります。
しかし、ゆっくり回したときは暗く、速く回すほど明るくなります。
これは、回転の速さ（エネルギーの大きさ）によって、
LEDに流れる電気の量が変わるためです。
また、回す向きを逆にすると光らないこともあります。
これは、LEDが一方向にしか電気を通さないからです。
🧠 豆電球とのちがいを観察してみよう
手回し発電機を使って、LEDと豆電球をそれぞれ光らせて比べてみましょう。
同じ力で回しても、LEDのほうが明るく光りやすいはずです。
これは、LEDが少ない電気でも光る「効率のよい発光体」だからです。
さらに、LEDはほとんど熱を出さないため、長時間点けても熱くなりません。
いっぽう豆電球は、フィラメントが高温になるので、すぐにあたたかくなります。
⚙️ 電気をためるしくみ：コンデンサーの登場
手回し発電機を止めるとLEDの光はすぐに消えてしまいます。
そこで登場するのが「コンデンサー」という部品です。
コンデンサーは、電気を少しの間ためておける“電気のバケツ”のような存在。
発電した電気をいったんコンデンサーにためると、
発電を止めてもLEDがしばらく光り続けます。
このしくみは、電気を使う多くの機械や電子機器にも使われています。
クイズ③
手回し発電機でLEDを光らせるとき、回す向きを逆にしたら光らなかったのはなぜでしょう？
- 電気が流れすぎて壊れたから
- LEDは一方向にしか電気を通さないから
- コイルが動かなくなったから
正解は 2 です。
👉 LEDは「ダイオード」という部品の仲間で、一方向にしか電気を流さない性質があります。
LEDの歴史と発明｜青色LEDと日本人のノーベル賞
今では当たり前のように使われているLEDですが、
その歴史は100年以上も前にさかのぼります。
そして、現在のように「白い光」を出せるようになったのは、
ほんの数十年前のことなのです。
🕰 はじまりは「赤い光」から
最初のLEDが作られたのは、1960年代のこと。
アメリカの研究者たちが、半導体に電気を流すと赤い光が出ることを発見しました。
これが、世界で最初の実用的な発光ダイオードです。
当時は赤色しか作れず、光もとても暗かったため、
時計や電卓の数字表示など、限られた用途にしか使えませんでした。
🔵 青い光が作れなかった理由
LEDの光の色は、使う半導体の材料によって決まります。
しかし、青色を出すのにちょうどよい半導体を作ることが長年の課題でした。
「青が作れれば、赤・緑・青を合わせて白い光ができるのに！」
そう考える研究者は多かったものの、材料がすぐ壊れたり、光が弱すぎたりして、成功にはほど遠かったのです。
🌈 奇跡の発明「青色LED」
1990年代、日本の研究者たちがついにこの難題を解決しました。
日亜化学工業（にちあかがくこうぎょう）の中村修二さん、
名城大学の赤﨑勇さん、名古屋大学の天野浩さんが、
新しい半導体材料「窒化ガリウム（GaN）」を使って、
世界で初めて明るい青色LEDを発明したのです。
この発明によって、赤・緑・青の３色を組み合わせることができるようになり、
白い光のLEDが誕生しました。
これが、現在のLED照明やテレビ、スマートフォンのバックライトの基礎になっています。
🏅 ノーベル賞を受賞した日本人たち
2014年、この３人の研究者は「青色LEDの発明」によって
ノーベル物理学賞を受賞しました。
ノーベル賞の発表文には、
“青色LEDの発明は、明るく省エネルギーな白色光源を可能にした”
と書かれています。
青色LEDの登場によって、世界中の照明が変わりました。
たとえば、夜の街の電気代が減り、地球温暖化の防止にも役立っています。
まさに「未来を照らす日本の発明」なのです。
クイズ④
青色LEDの発明が世界中で注目された理由として、正しいものはどれでしょう？
- 赤・緑・青の３色の光を作ることで、白い光が出せるようになったから
- 光がとても弱く、暗い照明が作れるようになったから
- 電球を使わずに音を出せるようになったから
正解は 1 です。
👉 青色LEDが登場したことで、赤・緑・青の三原色がそろい、白色LEDやカラーディスプレイの時代が始まりました。
光の三原色とLED｜テレビ・信号・ディスプレイの仕組み
LEDのすごさは、ただ「光る」だけではありません。
光の中には、色を作る力もかくされています。
赤・緑・青――この３つの光がそろうと、
私たちはどんな色でも作り出すことができるのです。
🌈 光の三原色とは
絵の具では「赤・青・黄」が三原色ですが、
光の世界ではちょっとちがいます。
光の三原色は「赤（Red）・緑（Green）・青（Blue）」。
この３色を組み合わせることで、あらゆる色の光を作り出せます。
たとえば、
- 赤＋緑＝黄色
- 赤＋青＝ピンク（マゼンタ）
- 緑＋青＝水色（シアン）
- 赤＋緑＋青＝白
このように、光は「混ぜるほど明るくなる」特徴を持っています。
💡 LEDは“色を作る”光の職人
LEDは、半導体の種類によって光る色が決まります。
赤いLED、緑のLED、青いLED――。
これらを上手に組み合わせると、どんな色の光でも作れるのです。
白い光のLEDも、実は赤・緑・青の光を混ぜ合わせてできています。
この性質を生かして、LEDはディスプレイや照明の色表現にも使われています。
📺 テレビやスマホの画面にもLEDが
あなたが見ているテレビやスマートフォンの画面の中には、
**小さな赤・緑・青のLED（またはバックライト）**が何百万個も並んでいます。
それぞれの光の明るさを少しずつ変えることで、
空の青、草の緑、夕日のオレンジなど、
自然の色をリアルに表現しているのです。
🚦 信号機もLEDに変わった理由
昔の信号機は豆電球を使っていましたが、
今ではほとんどがLEDに変わっています。
その理由は３つあります。
- 電気をあまり使わない（省エネ）
- 長持ちして交換の回数が減る
- 明るくて見やすい
さらに、LED信号は光の広がり方を工夫しているため、
どんな角度からでも色がはっきり見えるのです。
🎨 光の色をデザインする
LEDは照明や信号だけでなく、
イルミネーションやアート作品、建物のライトアップなど、
**「光をデザインする」**分野にも使われています。
色の変化で気持ちを落ち着かせたり、ワクワクさせたり――
LEDは、科学と芸術をつなぐ道具になっているのです。
クイズ⑤
次のうち、「光の三原色」として正しい組み合わせはどれでしょう？
- 赤・黄・青
- 赤・緑・青
- 青・黄・白
正解は 2 です。
👉 光の三原色は赤・緑・青（RGB）。この３つを混ぜると白い光が生まれます。
LEDのメリットと未来｜エコでサステナブルな光の技術
LEDは、ただ明るいだけでなく、地球にやさしい“未来の光”です。
エネルギーを少なく使い、長く使える。
そんなLEDの特徴は、これからの社会を支える大切な技術でもあります。
🌍 LEDは省エネのチャンピオン
LEDは、豆電球や蛍光灯に比べて、とても少ない電気で明るく光るのが最大の特徴です。
たとえば、同じ明るさを出すのに必要な電気の量を比べると──
- 白熱電球：100％
- 蛍光灯：およそ50％
- LED：およそ20％
つまり、LEDは電気のムダを80％も減らせるのです。
このおかげで、家庭や学校、街の照明でも電気代をぐっと下げることができます。
🔋 長寿命でゴミも減らせる
LEDは長く使えるのも大きなメリットです。
白熱電球の寿命が約1,000時間なのに対し、
LEDはおよそ40,000時間以上使えるものもあります。
1日4時間使うとしたら、なんと約27年も使える計算です。
交換の手間も減り、捨てる電球の数も少なくなります。
つまり、LEDはゴミを減らすエコな照明でもあるのです。
🌡 発熱が少なく安全
豆電球をさわると熱くなりますが、LEDはほとんど熱を出しません。
それは、電気エネルギーをほとんど光に変えているからです。
発熱が少ないことで、火傷や火災の危険も減り、安全に使えます。
この「熱を出さない」特徴は、植物工場や冷蔵庫の中の照明にも役立っています。
🌱 地球と未来にやさしい技術
LEDの省エネ効果は、電気の使用量を減らし、
そのぶん発電所から出る二酸化炭素（CO₂）も減らせます。
これは、地球温暖化を防ぐ大切なポイントです。
最近では、太陽光パネルで作った電気をLED照明に使うなど、
再生可能エネルギーとの組み合わせも広がっています。
「光る技術」から「未来を守る技術」へ――
LEDは、サステナブルな社会を支えるキーテクノロジーになっているのです。
🚀 これからのLEDの可能性
LEDの進化はまだまだ続いています。
有機EL（OLED）やマイクロLEDなど、新しい光の技術も登場。
より薄く、より柔らかく、より自由に光をデザインできる時代になりました。
さらに、照明がセンサーやAIと連動して、
人の動きや明るさに合わせて自動で変化するスマートライトも普及しています。
LEDは、私たちの生活を明るくするだけでなく、地球を守る科学なのです。
クイズ⑥
LEDが「地球にやさしい光」と言われる理由として正しいものはどれでしょう？
- 光るときにCO₂を出すから
- 少ない電気で長く使え、発熱が少ないから
- 一度点けると消えなくなるから
正解は 2 です。
👉 LEDは少ない電気で明るく光る省エネ照明で、CO₂排出を減らし、地球温暖化防止にも役立ちます。
LEDを使った自由研究アイデア集｜自分で作る・光らせる・比べる
LEDは「電気を光に変える」しくみがわかりやすく、実験も安全で楽しいため、自由研究にぴったりのテーマです。
ここでは、家庭でもできる実験や、少し発展的な観察・工作のアイデアを紹介します。
💡 アイデア①：LEDと豆電球の明るさを比べよう
目的： LEDと豆電球の違いを知る。
方法： 同じ電池（1.5V）で豆電球とLEDを光らせ、明るさと発熱を比べてみましょう。
LEDの方が少ない電気で光ること、豆電球が熱くなることに注目。
まとめ方： 「電気エネルギーの使い方の違い」を図にまとめると◎。
⚙️ アイデア②：手回し発電機でLEDを光らせよう
目的： 電気をつくる仕組みを学ぶ。
方法： 手回し発電機の端子にLEDをつなぎ、回す速さとLEDの明るさの関係を調べます。
発電した電気がLEDを光らせることを体験できる実験です。
発展： 豆電球にもつないで、どちらが光りやすいか比べてみよう。
🔋 アイデア③：コンデンサーで電気をためよう
目的： 電気をためて使うしくみを学ぶ。
方法： 発電機や電池でLEDを光らせる前に、コンデンサーをはさみます。
手を離しても少しの間LEDが光ることに気づいたら成功！
考察： コンデンサーは“電気のバケツ”のようなはたらきをすることを説明しよう。
🌈 アイデア④：LEDの色のちがいを調べよう
目的： 半導体の種類と光の色の関係を知る。
方法： 赤・緑・青・白など、いくつかの色のLEDを用意して電池につなぎます。
色ごとの明るさや見え方の違いを記録します。
発展： ３色を組み合わせて「白い光」が作れるか挑戦してみよう。
🔬 アイデア⑤：光の三原色で色を作ろう
目的： 光の色の合成を体験する。
方法： 赤・緑・青のLEDを近づけて照らし、できる色を観察します。
重なり方で黄色やピンク、白などができるはずです。
まとめ方： 図や色見本を作って、光の三原色の仕組みを説明しよう。
🌞 アイデア⑥：太陽電池でLEDを光らせよう
目的： 再生可能エネルギーを体験する。
方法： 太陽電池モジュールにLEDをつなぎ、日光や懐中電灯で光らせます。
太陽の光が電気になり、LEDを光らせることができたら大成功！
発展： 発電量のちがいを、天気や時間帯ごとに比べてみよう。
🎨 アイデア⑦：LEDでアートを作ろう
目的： 科学とデザインを組み合わせる。
方法： カラフルなLEDを使って、ペットボトルや厚紙に通して光るオブジェを作ります。
発展： スイッチや電池ボックスを工夫して「光る標識」や「ミニ街灯」も作れます。
まとめ方： 「光のデザイン」として写真付きでまとめると見栄えが良くなります。
おさらいクイズ｜LEDの仕組み・歴史・光の科学をチェック
これまで学んできたLEDの知識をクイズでふりかえりましょう。
電気の流れ、光の仕組み、青色LEDの発明、環境へのやさしさ――
あなたはいくつ正解できるかな？
クイズ①
LEDが光るしくみとして正しいのはどれでしょう？
- 電気を流すと電子が動いて光を出す
- 電気を流すとフィラメントが熱くなって光る
- 電気をためて爆発的に放出して光る
正解は 1 です。
👉 LEDは電子の動きによって光る「発光ダイオード」です。熱では光りません。
クイズ②
豆電球とLEDの大きなちがいとして正しいものはどれ？
- 豆電球は電気を直接光に変える
- LEDは電気を直接光に変えるため、熱が少ない
- LEDは電気をためてから光る
正解は 2 です。
👉 LEDは電子のエネルギーを直接光に変えるため、発熱が少なく省エネです。
クイズ③
手回し発電機でLEDを光らせたとき、回す向きを逆にしたら光らなかったのはなぜ？
- LEDは一方向にしか電気を通さないから
- 回す速さが足りなかったから
- コンデンサーがこわれたから
正解は 1 です。
👉 LEDは「ダイオード」の仲間で、一方向にしか電流を流さない性質があります。
クイズ④
青色LEDの発明で世界が注目した理由として正しいものはどれ？
- 白い光を作るために必要な三原色がそろったから
- LEDが音を出せるようになったから
- 電気を使わなくても光るようになったから
正解は 1 です。
👉 青色LEDの誕生で赤・緑・青の三原色がそろい、白色LEDやカラーディスプレイが生まれました。
クイズ⑤
光の三原色の正しい組み合わせはどれ？
- 赤・黄・青
- 赤・緑・青
- 青・白・黄
正解は 2 です。
👉 光の三原色は赤・緑・青（RGB）。この３つを混ぜると白い光ができます。
クイズ⑥
LEDが「地球にやさしい光」と言われる理由として正しいものはどれ？
- 少ない電気で長く使え、発熱が少ないから
- 電気を使わずに自然光で光るから
- 光を出すときにCO₂を出すから
正解は 1 です。
👉 LEDは省エネで長寿命。CO₂排出を減らし、環境にやさしい照明です。
クイズ⑦
LED信号が豆電球から変わった理由として正しいのはどれ？
- LEDの方が見やすく、電気をあまり使わないから
- LEDは電気を流すと音が出るから
- 豆電球が重すぎて支柱が傾いたから
正解は 1 です。
👉 LED信号は明るく省エネで長持ち。交通の安全と環境に貢献しています。
クイズ⑧
次の中で、LEDの特徴として正しいものはどれ？
- 熱を多く出して明るく光る
- 少ない電気で光り、長持ちする
- 電池がなくても自然に光る
正解は 2 です。
👉 LEDはエネルギー効率が高く、家庭でも世界でも使われる光の技術です。
まとめ｜LEDは未来を照らす小さな発明
わたしたちの身のまわりには、LEDの光があふれています。
部屋の照明、信号機、テレビ、スマートフォン、イルミネーション――
どれも小さな発光ダイオードの力で明るく照らされています。
💡 小さな光にひそむ大きな科学
LEDの中では、電子が動くことで光が生まれています。
豆電球のように熱で光るのではなく、電気エネルギーを直接光に変えるという、
とても効率のよい仕組みです。
だから、LEDは発熱が少なく、省エネで長持ち。
科学の知恵がつまった「地球にやさしい光」といえます。
🔋 エネルギーをつくり、ためて、使う
手回し発電機を回してLEDを光らせたり、
コンデンサーに電気をためて使ったりすることで、
「電気エネルギーの流れ」を体験することができます。
LEDは、エネルギーを学ぶ実験の入口にもなっているのです。
🌈 光の三原色とデザインの世界
赤・緑・青――光の三原色がそろうと、
白やピンク、水色など、さまざまな色が作れます。
テレビの画面やイルミネーションも、この原理でできています。
LEDは「光の科学」と「色のデザイン」が出会う場所でもあるのです。
🌍 未来を明るくする発明
青色LEDの発明で白い光が生まれ、
世界中の照明が省エネに変わりました。
LEDは、電気を大切に使い、CO₂を減らし、
地球の未来を明るくする技術として、今も進化を続けています。
✨ そして、次の発見へ
LEDを使った実験や工作を通して、
電気・光・エネルギーのつながりを感じたら、
それはもう立派な“探究”です。
小さな光のひとつひとつが、あなたの「学びの灯り」になります。
これからも、身のまわりの光を見つめながら、
新しい発見を探してみましょう。
この記事を書いた人
西田 俊章（MOANAVIスクールディレクター／STEAM教育デザイナー）
公立小学校で20年以上、先生として子どもたちを指導し、教科書の執筆も担当しました。
現在はMOANAVIを運営し、子どもたちが「科学・言語・人間・創造」をテーマに学ぶ場をデザインしています。
