LED คืออะไร?

30 เมษายน 2017   admin   575 views

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

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

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

led_symbol
สัญลักษณ์ LED

 

ส่วนหน้าตาของ LED ที่เห็นกันบ่อย ๆ

led-chip-1led-chip-2
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..

 PN Junction Theory

 

          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

 

Tags: