หลักการส่องสว่างของหลอดไฟ LED คืออะไร?

LED (Light Emitting Diode) ไดโอดเปล่งแสงเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แข็งที่สามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นแสงที่มองเห็นได้ ซึ่งสามารถแปลงไฟฟ้าเป็นแสงได้โดยตรง หัวใจของ LED คือชิปเซมิคอนดักเตอร์ ปลายด้านหนึ่งของชิปติดอยู่กับวงเล็บ ปลายด้านหนึ่งเป็นอิเล็กโทรดลบ และปลายอีกด้านเชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดบวกของแหล่งจ่ายไฟ เพื่อให้ชิปทั้งหมดถูกห่อหุ้ม โดยอีพอกซีเรซิน

ชิปเซมิคอนดักเตอร์ประกอบด้วยสองส่วน ส่วนแรกคือเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P ซึ่งมีรูอยู่เหนือกว่า และอีกส่วนเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอิเล็กตรอน แต่เมื่อเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์ทั้งสองเข้าด้วยกัน จุดเชื่อมต่อ PN จะถูกสร้างขึ้นระหว่างกัน เมื่อกระแสไฟฟ้าถูกจ่ายให้กับชิปผ่านเส้นลวด อิเล็กตรอนจะถูกผลักไปยังบริเวณ P ซึ่งอิเล็กตรอนจะรวมเข้ากับรู จากนั้นพลังงานจะถูกปล่อยออกมาในรูปของโฟตอน ซึ่งเป็นหลักการของไฟ LED และความยาวคลื่นของแสง สีของแสง ถูกกำหนดโดยวัสดุที่ก่อตัวเป็นรอยต่อ PN

ในตอนแรก LED ถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงสำหรับเครื่องมือวัด และต่อมา LED ที่มีแสงสีต่างๆ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสัญญาณไฟจราจรและจอแสดงผลในพื้นที่ขนาดใหญ่ ส่งผลให้เกิดประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสังคมที่ดี ในกรณีของไฟจราจรสีแดงขนาด 12- เดิมทีในสหรัฐอเมริกาใช้หลอดไส้ 140 วัตต์ที่มีอายุการใช้งานยาวนานและประสิทธิภาพแสงน้อยเป็นแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งให้แสงสีขาว 2,000 ลูเมน หลังจากผ่านฟิลเตอร์สีแดงจะสูญเสียแสงถึง 90% เหลือแสงสีแดงเพียง 200 ลูเมน ในการออกแบบใหม่ Lumileds ใช้แหล่งกำเนิดแสง LED สีแดง 18 แหล่ง รวมถึงการสูญเสียวงจร กำลังรวม 14 วัตต์ สามารถสร้างเอฟเฟกต์แสงแบบเดียวกันได้ ไฟสัญญาณรถยนต์ยังเป็นส่วนสำคัญของการใช้งานแหล่งกำเนิดแสง LED

สำหรับแสงทั่วไป ผู้คนต้องการแหล่งกำเนิดแสงสีขาวมากขึ้น ในปี 1998 ไฟ LED แสงสีขาวได้รับการพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จ LED นี้ผลิตโดยการบรรจุชิป GaN และอะลูมิเนียมโกเมนอิตเทรียม (YAG) เข้าด้วยกัน ชิป GaN ปล่อยแสงสีน้ำเงิน (γp=465nm, Wd=30nm) ซึ่งเป็นฟอสเฟอร์ YAG ที่มี Ce3+ ซึ่งเกิดจากการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูง รู้สึกตื่นเต้นกับแสงสีน้ำเงินนี้และปล่อยแสงสีเหลืองออกมา ค่าสูงสุดคือ 550nหลอดไฟ LED ม. พื้นผิว LED สีฟ้าถูกติดตั้งในช่องสะท้อนแสงรูปทรงชาม และหุ้มด้วยเรซินบางๆ ผสม YAG ประมาณ 200-500 นาโนเมตร แสงสีน้ำเงินบางส่วนที่ปล่อยออกมาจากสารตั้งต้น LED จะถูกดูดซับโดยฟอสเฟอร์ และอีกส่วนหนึ่งของแสงสีน้ำเงินผสมกับแสงสีเหลืองที่ปล่อยออกมาจากสารเรืองแสง และสามารถรับแสงสีขาวได้

สำหรับ LED สีขาว InGaN/YAG โดยการเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของฟอสเฟอร์ YAG และปรับความหนาของชั้นฟอสเฟอร์ จะทำให้ได้อุณหภูมิสี 3500-10000K วิธีการรับแสงสีขาวผ่าน LED สีฟ้านี้มีโครงสร้างที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และมีวุฒิภาวะทางเทคนิคสูง ดังนั้นจึงนิยมใช้มากที่สุด