หลอดไฟ LED (Light Emitting Diode)

จำนวนผู้เยี่ยมชมหน้านี้

          หลอด LED  เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำชนิดหนึ่งที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะปล่อยแสงสว่างออกมาทันที  น้ำหนักเบา  แสงสว่างที่เกิดขึ้นมาจากการเคลื่อนของอิเล็กตรอนภายในสารกึ่งตัวนำ

หลักการทำงานของหลอด LED
           เมื่อเปิดสวิตช์ไฟ กระแสไฟฟ้าจะผ่าน driver เพื่อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับให้เป็นไฟฟ้ากระแสตรง และเปลี่ยนจากความต่างศักย์ไฟฟ้าสูงไปสู่ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ค่อนข้างต่ำ ประมาณ 2.5-3 โวลต์ แล้วจึงจ่ายเข้าตัวชิปของหลอด LED ซึ่งมีเพียงตัวนำแคโทดและแอโนดเท่านั้น โดยหลอด LED จะมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านน้อยมาก ประมาณ 20 มิลลิแอมป์ ในตัวชิปของ LED ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำขั้วประจุบวกชนิด P (Positively changed material) ที่อยู่ห่างจากสารกึ่งตัวนำขั้วประจุลบชนิด N (Negatively changed material) เล็กน้อย จุดนี้เรียกว่ารอยต่อ (junction) เมื่อปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านหลอด LED ตัวนำแอโนดจะไปดันขั้วประจุบวก และตัวนำแคโทดไปดันขั้วประจุลบให้มาชนกัน เมื่อประจุบวกและประจุลบมาชนกันที่รอยต่อของสารกึ่งตัวนำทั้งสองชนิด ก็จะจับตัวกันและคายพลังงานออกมาในรูปของแสงสว่าง ซึ่งเรียกว่า “อิเล็กโตรลูมิเนสเซนต์” ทำให้เกิดแสงสว่างที่บริเวณด้านหน้าตัวหลอด ซึ่งมีอุณหภูมิในการทำงานที่ประมาณ 25 องศาเซลเซียส ถ้าอุณหภูมิสูงเกินไป แสงสว่างที่ออกมาจะลดลง แสงจากหลอด LED มีลักษณะพุ่งออกในทิศทางเดียว แต่ในกรณีที่ต้องการให้แสงกระจายออกในมุมแคบหรือกว้างเพิ่มขึ้น ก็จะใช้อุปกรณ์ครอบหลอด LED ในลักษณะของเลนส์ (package) ไว้เพื่อบังคับทิศทางของการกระจายแสงหลอด LED สามารถเปิดปิดได้ทันที ไม่ต้องใช้ระยะเวลาในการจุดติดเหมือนหลอดไส้ที่ต้องเผาไส้หลอด หรือหลอดดิสชาร์จที่ต้องปรับแรงดันก๊าซภายในหลอด LED สามารถปรับความเข้มของแสงได้ด้วยอุปกรณ์หรี่ไฟ (dimmer) โดยขึ้นอยู่กับรุ่นและอุปกรณ์ควบคุมซึ่งจะต้องตรวจสอบให้แน่ใจก่อนเลือกใช้

        หลอด LED หรือไดโอดเปล่งแสง  โครงสร้างประกอบไปด้วยสารกึ่งตัวนำสองชนิด (สารกึ่งตัวนำชนิด N และสารกึ่งตัวนำชนิด P) ประกบเข้าด้วยกัน  มีผิวข้างหนึ่งเรียบคล้ายกระจกเมื่อจ่ายไฟฟ้ากระแสตรงผ่านตัว LED โดยจ่ายไฟบวกให้ขาแอโนด (A)  จ่ายไฟลบให้ขาแคโทด (K) ทำให้อิเล็กตรอนที่สารกึ่งตัวนำชนิด N  มีพลังงานสูงขึ้น  จนสามารถวิ่งข้ามรอยต่อจากสารชนิด N ไปรวมกับโฮลในสารชนิด P การที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านรอยต่อ PN ทำให้เกิดกระแสไหล  เป็นผลให้ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนเปลี่ยนไปและคายพลังงานออกมาในรูปคลื่นแสง

  

        สีของแสงที่เกิดจากรอยต่อจะขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุที่นำมาใช้ในการสร้าง LED ทั้งชนิดที่เป็นของเหลวและก๊าซ  เช่น  ใช้แกลเลียมฟอสไฟด์ (GALLIUM PHOSPHIDE,GaP) ทำให้เกิดแสงสีแดง  ใช้แกลเลียมอาซีไนด์ ฟอสไฟด์ (GALLIUM ARSENIDE PHOSPHIDE,GaAsP) เกิดแสงสีเหลืองและเขียวการควบคุมปริมาณแสงสว่างจะควบคุมกระแสที่ไหลผ่านหลอด LED หากกระแสที่ไหลสูงมากไปจะทำให้หลอดมีความสว่างมาก  แต่หากป้อนกระแสสูงมาไปจะทำให้บริเวณรอยต่อของสารกึ่งตัวนำเกิดความร้อนปริมาณมากจนทำให้โครงสร้างหลอดเสียหายไม่สามารถใช้งานได้อีก

 รูปแบบของแอลอีดี

         ปัจจุบันแอลอีดีมีหลายรูปแบบ  หากแบ่งแอลอีดีตามลักษณะของ Packet แบ่งได้ 2 แบบคือ

         1.แบบ Lamp Type เป็นแอลอีดีชนิดที่พบกันอยู่ทั่วไปมีขายื่นออกมาจากตัว Epoxy 2 ขาหรือมากกว่า  โดยมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่  3  mm. ขึ้นไป  บริษัทผู้ผลิตจะออกเบบให้ขับกระแสได้ไม่เกิด 150 mA

         2.แบบ  Surface  Mount  Type (SMT) มีลักษณะ packet เป็นตัวบางๆ  เวลาประกอบต้องใช้เครื่องมือชนิดพิเศษมีขนาดการขับกระแสตั้งแต่ 20 mA-มากกว่า 1 A สำหรับแอลอีดีแบล  SMT ถ้าขับกระแสได้ตั้งแต่ 300 mA ขึ้นไป จะเรียกว่า power LED การใช้งานส่วนใหญ่จะใช้ภายในเนื่องจากสารเคลือบหน้าหลอดแอลอีดีส่วนใหญ่จะเป็นซิลิโคน  ซึ่งละอองน้ำหรือความชื้นสามารถซึมผ่านได้

          ปัจจุบันได้มีการนำหลอด LED  มาใช้ประโยชน์กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น  เช่น  ในเครื่องคิดเลข  เครื่องพิมพ์  ไฟสัญญาณจราจร  ไฟท้ายรถยนต์  ป้ายสัญญาณ  ป้ายโฆษณา  ไฟฉาย  จอวีดีทัศน์ขนาดใหญ่  (Bill - Board ,Score-board) โคม Downlight และหลอดไฟประดับตกแต่งภายใน

  

ข้อดีของหลอด LED

         มีประสิทธิภาพการให้แสงสว่างสูง  และทิศทางแสงสว่างของ LED  จะส่องไปเฉพาะด้านหน้าเท่า่นั้น  ลดการสูญเปล่าของแสงสว่าง

        * ใช้พลังงานน้อย

        * ทนต่อการสั่นสะเทือนและแรงกระแทก  จึงเหมาะสมสำหรับติดตั้งในเครื่องบินหรือรถยนต์

        *สามารถเปิดปิดได้บ่อยครั้ง   และเมื่อเปิดจะให้แสงสว่างโดยทันที

        *อายุการใช้งานยาวนานถึง 100,000 ชั่วโมง

        *สามารถควบคุมคุณภาพของแสงที่ปล่อยออกมาได้จึงสามารถนำไปใช้ให้แสงสว่างในบางสถานที่ได้  เช่น  การให้แสงสว่างกับภาพเขียน  เนื่องจากสามารถควบคุมแสงสว่างจาก LED ไม่ให้มีส่วนผสมของแสงที่เป็นอันตรายต่อภาพเขียน  เช่น  แสงอินฟาเรด  และแสงอุลตร้าไวโอเลท

       *ปล่อยความร้อนออกมาน้อยมาก  ทำให้ลดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าในส่วนเครื่องปรับอากาศ

        *การดูแลรักษาต่ำ

        *น้ำหนักเบา,ขนาดเล็ก

ข้อจำกัดของหลอด LED

       *ในการนำหลอด LED มาใช้งานต้องมีการทดสอบสีว่า แสงที่ออกมาเป็นแสงสีที่ถูกต้องหรือไม่

        *ราคาหลอด LED  ยังแพงกว่าหลอดฟลูออเรสเซนต์อยู่มาก

ที่มา : http://library.cmu.ac.th/energy/content.php?type=knowleds_full&id=3
         http://www.besserlight.com/content/หลักการทำงานของ-led