するどい。これは抵抗方式の宿命で、「電源電圧と LED の電圧差」が全部抵抗の熱になっちゃう。12V で V_f=2.1V の LED 1個だと、抵抗が約 10V を背負うから効率は約 17%。でも左の「直列 LED 個数」を 4 に増やしてみて。すると LED 側の合計電圧が 8.4V になって、抵抗が背負うのは 3.6V だけ。効率は 70% 近くまで跳ね上がる。だから「電源電圧を有効に使うために LED を直列でできるだけ並べる」のが基本テクニックだよ。
🙋
それでも 1W 以上の高輝度 LED とかだと、抵抗で熱にするのはもったいない気がします。
🎓
その通り。1W を超えるパワー LED では抵抗方式は損失が大きすぎるから、定電流モードのスイッチング電源（バック型 LED ドライバ IC）を使うのが定番。これだと 90% 近い効率で電流を一定に保てる。ただし回路は複雑になるしコストも上がるから、表示用・パイロットランプ用みたいな低電力 LED では今でも「直列抵抗 1 本」が圧倒的に主流なんだ。シンプル・安価・壊れにくいという三拍子がそろってるからね。
よくある質問
オームの法則で計算します。R = (V_s − n·V_f) / I_f。V_s は電源電圧、V_f は LED 1個あたりの順方向電圧降下、n は直列に並べた LED の個数、I_f は流したい順方向電流です。例えば 12V 電源で V_f=2.1V の LED 1個に 20mA 流したいなら、R=(12−2.1)/0.020=495Ω。この計算値を E12 系列の標準抵抗値の中で最も近い大きい方（=560Ω）に丸めると、実際の電流は I_f より少し小さく安全側になります。
LEDは電圧駆動素子ではなく電流駆動素子だからです。V_f を少し超える電圧をかけただけで電流が指数関数的に跳ね上がり、規格電流の数倍が一瞬で流れて LED チップが熱で壊れます。例えば V_f=2.0V の赤色 LED に 2.1V をかけると、電流は10倍以上になり得ます。そのため LED を電源に直結することは原則禁止で、必ず電流を制限する素子（最も簡単なのは直列抵抗）を挟みます。
マイコン基板の I/O 表示 LED：Arduino や Raspberry Pi の GPIO に LED をつなぐとき、必ず 220〜1kΩ 程度の直列抵抗を入れます。マイコンの 3.3V 出力で V_f=2V の LED なら R=(3.3−2)/0.005=260Ω → E12 で 270Ω や 330Ω が定番。抵抗を入れ忘れると LED が一瞬で焼損するだけでなく、マイコンの GPIO ドライバも過電流で壊れます。教科書の「Lチカ」回路で必ず抵抗が描かれているのはこのためです。
車載 12V 系の LED ランプ改造：車のルームランプを電球から LED に交換するとき、市販の LED アセンブリには既に電流制限抵抗が内蔵されていますが、自作する場合は 12V 系での設計が必要です。本ツールで V_s=12V、V_f=2.1V、I_f=20mA、n=4 と入れると、抵抗 180Ω・効率 70% という効率的な構成が得られます。ただし車のバッテリー電圧は実際には 11〜14V で変動するため、最大電圧で計算する保護的な設計が必要です。
電子工作・教育用 LED マトリクス：4×4 や 8×8 の LED マトリクスでは、各行/列に個別の電流制限抵抗を入れます。マトリクスはダイナミック点灯（時分割）するため、平均電流は小さくてもピーク電流は大きく、瞬間値で抵抗を設計します。例えば 1/8 デューティで点灯するなら、抵抗値は本ツールの計算値の 1/8 にすると見かけの明るさが揃います（ただし LED のパルス電流定格を超えないこと）。