หลอดไฟ LED (Light Emitting Diode)

         หลอด LED  เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำชนิดหนึ่งที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านจะปล่อยแสงสว่างออกมาทันที  น้ำหนักเบา  แสงสว่างที่เกิดขึ้นมาจากการเคลื่อนของอิเล็กตรอนภายในสารกึ่งตัวนำ

 

หลักการทำงานของหลอด LED

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

 

 

alt

        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

alt

         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

alt

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

 

alt

 

alt

 

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

ขอขอบคุณ ข้อมูลจากจดหมายข่าว  กลุ่มงานวิจัยเพื่อการอนุรักษ์พลังงาน มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี 

เรียบเรียงโดย เบญจวรรณ  เลิศวิจิตรจรัส ปีที่ 12  ฉบับที่ 1 : ประจำเดือน มกราคม - มีนาคม 2554