LED คืออะไร?
ปัจจุบันหลอดLED ที่เราใช้กันอยู่ น้อยคนนักที่จะรู้ว่ามันคืออะไร ถ้าย้อนกลับไปเมื่อ 200 กว่าปีที่แล้ว เรามีหลอดไส้ใช้กันนั้นมีการใช้พลังงานไฟฟ้าที่มากแต่ประสิทธิภาพการให้แสงสว่างต่ำเหลือเกิน และมีการพัฒนาหลอดต่างจนมายุคสุดท้ายคือหลอดฟลูออเรสเซ็นต์ที่มีทั้งแบบขั้วที่ E27 และ G5 ที่เราคิดว่าเป็นนวัตกรรมสุดท้าย หลังจากนั้นเร็วมากไม่เกิน 2 ปี เทคโนโลยี LED เข้ามาแทนแบบไม่ทันตั้งตัว ทำให้บังคับเราต้องรู้จัก LED มากขึ้นเพื่อไม่ให้ ผู้จำหน่ายหลอกขาย LED ให้กับเรา ดังนั้นเรามารู้จัก LED กันก่อนว่ามันคืออะไร?
ประวัติความเป็นมาของ LED
- ปี 2450 มีการค้นพบ LED ครั้งแรก ของโลก โดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ชื่อ Henry H.J ของ Marconi Labs พบการกำเนิดแสงระหว่างสารกึ่งตัวนำใน แต่แสงมันไม่สว่างพอและไม่สมารถนำไปใช้ในเชิงพานิชย์ได้
- ปี 2493 ได้พัฒนา เป็นไดโอดเปล่งแสงอินฟาเรด ซึ่งมนุษย์เราไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้ ซึ่งเรายังคงเห็นรูปแบบการใช้งานในช่วงแสง infra-red นี้ตามอุปกรณ์ประเภทรีโมทคอนโทรลในเครื่องใช้ไฟฟ้าตามบ้านเรือนจนปัจจุบัน และในปี 2498 ที่อังกฤษมีการพัฒนา โดยใช้โลหะผสมสารกึ่งตัวนำโดย นาย Bob Biard & Gary
- ปี 2505 ได้พัฒนาจนพบแสงที่ให้สเปกตัมแรกเป็น แสงสีแดง โดย Nick Holonyak โดยเค้าทำงานที่ General Electric Company การค้นพบนี้ทำให้เขาได้รับฉายา “Father of the Light-Emitting Diode.” การค้นพบครั้งนี้ทำให้สามารถนำไฟ LED มาใช้งานในเชิงพาณิชได้
Mr.Nick Holonyak
- ปี 2515 ได้พัฒนา จนพบแสง สีเหลือง และสีแดงส้ม โดย George Craford ซึ่งลูกศิษย์อาจารย์ Nick Holonyak
- ปี 2533 ได้พัฒนา จนพบ LED สีฟ้า โดย ดร. Shuji Nakamura จากประเทศญี่ปุ่น ทำให้ LED มีครบ 3 สี คือ แดง เหลือง น้ำเงิน
- ปี 2539 ได้พัฒนา จนสามารถ ทำให้ LED เปล่งแสงสีขาว ได้โดย ดร. Shuji Nakamura แห่งบริษัท Nichia จากประเทศญี่ปุ่น การค้นพบครั้งสำคัญนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ที่สุดในวงการแสงสว่างของโลกอีกครั้งนับจาก เอวา-เอดิสัน คิดค้นหลอดไฟ หลอดแรกของโลกได้
ดร. Shuji Nakamura
- ปี 2557 – ปัจจุบัน ระบบแสงสว่างของโลก 70% จะเปลี่ยนจากเทคโนโลยีเก่า เช่น หลอดไส้ ฟลูออเรสเซนต์ ฯลฯ มาเป็น LED
เริ่มจากคำย่อ LED
L-Light แสง
E-Emitting เปล่งประกาย
D-Diode ไดโอด
แปลรวมกัน ก็คือ “คือสารกึ่งตัวนำชนิดหนึ่งที่สามารถเปล่งแสงได้ หรือ “Diode แปล่งแสง”
มีสัญลักษณ์ที่ใช้ในวงจรคือ
สัญลักษณ์ LED
ส่วนหน้าตาของ LED ที่เห็นกันบ่อย ๆ
ตัวอย่าง LED
ไดโอดคืออะไร
ไดโอดเป็นวัสดุสารกึ่งตัวนำ ที่เราสามารถเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติการนำไฟฟ้าของมันได้ ปกติวัสดุสารกึ่งตัวนำเป็นตัวนำไฟฟ้าที่เลว ถ้าเราใส่สารเจือปนเข้าไป เราจะสามารถควบคุมการนำไฟฟ้าให้มากหรือน้อยได้ เราเรียกวิธีนี้ว่า “การโดปปิ้ง (Doping)” ส่วนใหญ่หลอด LED ใช้สาร ซิลิกอน คาร์ไบด์ (Silicon Carbide) ย่อเป็น SiC เป็นสารกึ่งตัวนำ ถ้ายังไม่ได้ใส่สารเจือปน พันธะในอะตอมจะเกาะกันอย่างแข็งแรง ไม่มีเล็กตรอนอิสระ (ประจุไฟฟ้าลบ) หรือมีอยู่น้อย ดังนั้นมันจึงไม่ค่อยจะนำกระแส แต่เมื่อทำการโดป โดยการเติมสารเจือปน ทำให้ความสมดุลของวัสดุเปลี่ยนไป เมื่อเราใส่สารเจือปนแล้วทำให้อิเล็กตรอนอิสระในสารกึ่งตัวนำเพิ่มขึ้น เรียกว่าสารประกอบชนิด N (-) ส่วนสารกึ่งตัวนำที่ใส่สารเจือปนแล้ว มีประจุไฟฟ้าบวกหรือมีหลุมและ โฮลเพิ่มขึ้น เรียกว่าสารประกอบชนิด P (+) โฮล (hole)
หลักการทำงานของ LED
เพื่อให้ทันต่อกระแส การเข้าใจและรู้หลักการทำงาน LED จึงน่าจะเป็นประโยชน์ เพื่อที่จะได้เปิดใจและยอมรับสิ่งที่กำลังจะกลายเป็นอนาคตของพวกเราทุกคน..
Figure a. สารกึ่งตัวนำที่ตัดแต่งแล้วจะต้องมี อิเล็กตรอนอิสระ (-) และประจุไฟฟ้าบวก (+)
Figure b. เมื่อเรานำสารกึ่งตัวนำที่ตัดแต่งแล้วมาจับชนกันในขณะที่ไม่มีแรงดันไฟฟ้า อิเล็กตรอนอิสระ (-) และประจุไฟฟ้าบวก (+) จะต่างคนต่างอยู่ไม่มีการเคลื่อนที่ข้ามรอยต่อไปที่ P ซึ่งจะเรียกว่า “เกิดโซนดีพลีชั่น (depletion)” โซนนี้เปรียบเทียบได้กับกำแพงป้องกันการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ถ้าโซนนี้มีขนาดใหญ่ขึ้น การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนอิสระจะยากขึ้น
Figure c. ขณะเราปล่อยแรงดันไฟฟ้า อิเล็กตรอนอิสระ (-) และประจุไฟฟ้าบวก (+) จะเคลื่อนที่กระโดดจากวงโคจรนอกเข้าสู่วงโคจรในและจะปลดปล่อยพลังงานออกมาเป็นพลังงานแสง “แสงโฟรตรอน” เป็นความถี่ของพลังงานอยู่ในช่วงความถี่ที่ตามองเห็นได้ ถ้าความถี่ที่ตามองไม่เห็นจะเป็นช่วงอินฟาเรดซึ่งสามารถนำไปใช้ในเครื่องควบคุมระยะไกลหรือรีโมทคอนโทรล
Figure d. หลังจากที่เราหยุดปล่อยแรงดันไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้า อิเล็กตรอนอิสระ (-) และประจุไฟฟ้าบวก (+) จะไหลย้อนกลับมาอยู่ฝั่งเดียวกัน