หลักการทำงานของ LED คืออะไร? คำแนะนำง่ายๆ เกี่ยวกับไดโอดเปล่งแสง

คุณเคยสงสัยไหมว่าไฟเล็กๆ ในอุปกรณ์ของคุณทำงานอย่างไร LED หรือไดโอดเปล่งแสงมีอยู่ทุกที่ ตั้งแต่หน้าจอโทรศัพท์ไปจนถึงไฟจราจร พวกมันมีขนาดเล็กแต่ทรงพลัง และพวกมันได้เปลี่ยนวิธีการส่องสว่างโลกของเราไป

LED ทำงานโดยการส่งไฟฟ้าผ่านวัสดุพิเศษที่เรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์ เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านวัสดุนี้ จะทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่และปลดปล่อยพลังงานออกมาเป็นแสง วัสดุนี้มีลักษณะคล้ายหลอดไฟขนาดเล็ก แต่มีประสิทธิภาพและใช้งานได้ยาวนานกว่ามาก

คุณอาจแปลกใจเมื่อรู้ว่า LED มีหลายสี สีของแสงที่ LED สร้างขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมคุณจึงพบ LED ที่มีสีรุ้งเกือบทุกสี ตั้งแต่สีแดงและสีเขียวไปจนถึงสีน้ำเงินและแม้กระทั่งสีขาว

หลอด LED ไม่เพียงแต่ให้แสงสว่างเท่านั้น แต่ยังทนทาน ประหยัดพลังงาน และใช้งานได้หลากหลาย จึงเหมาะกับการใช้งานทุกประเภทในชีวิตประจำวันของคุณ

 

หลักพื้นฐานของเทคโนโลยี LED

หลอด LED เป็นอุปกรณ์ขนาดเล็กที่น่าทึ่งซึ่งสามารถสร้างแสงได้ในลักษณะเฉพาะตัว โดยใช้วัสดุและหลักการพิเศษเพื่อเปลี่ยนไฟฟ้าให้เป็นแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับสารกึ่งตัวนำ

สารกึ่งตัวนำเป็นกุญแจสำคัญในการทำงานของ LED วัสดุเหล่านี้สามารถนำไฟฟ้าได้ แต่ไม่ดีเท่าโลหะ เนื่องจากมีโครงสร้างพิเศษที่มีอิเล็กตรอนและ "รู" ที่สามารถเคลื่อนที่ไปมาได้

ใน LED จะมีสารกึ่งตัวนำสองชนิดเชื่อมเข้าด้วยกัน ชนิดหนึ่งมีอิเล็กตรอนเพิ่มเข้ามา และอีกชนิดมีรูเพิ่มเข้ามา เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านจุดเชื่อมต่อนี้ จะเกิดสิ่งเจ๋งๆ ขึ้น

อิเล็กตรอนและโฮลจะพบกันและรวมกัน เมื่อเป็นเช่นนั้น อิเล็กตรอนจะปลดปล่อยพลังงานออกมาในรูปของแสง นี่คือเหตุผลที่ LED มีประสิทธิภาพมาก เพราะจะเปลี่ยนไฟฟ้าเป็นแสงโดยตรงโดยไม่สูญเสียพลังงานในรูปของความร้อนมากนัก

แนวคิดของการเรืองแสงไฟฟ้า

Electroluminescence คือคำศัพท์เฉพาะที่ใช้เรียกวิธีการให้แสงสว่างของหลอด LED ซึ่งแตกต่างไปจากวิธีการทำงานของหลอดไฟแบบเก่า

เมื่อคุณจ่ายไฟฟ้าให้กับ LED อิเล็กตรอนและโฮลจะวิ่งเข้าหากัน เมื่อพวกมันพบกัน พวกมันจะเข้าสู่สถานะพลังงานที่ต่ำกว่า พลังงานส่วนเกินจะถูกปล่อยออกมาเป็นอนุภาคแสงขนาดเล็กที่เรียกว่าโฟตอน

สีของแสงขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ใน LED วัสดุเซมิคอนดักเตอร์แต่ละชนิดจะสร้างแสงสีต่างๆ กัน ดังนั้น LED จึงสามารถสร้างแสงสีต่างๆ ได้มากมาย

หลอดไฟ LED มีประโยชน์มากเพราะมีขนาดเล็ก อายุการใช้งานยาวนาน และใช้พลังงานน้อยกว่าหลอดไฟประเภทอื่น หลอดไฟ LED สามารถใช้งานได้หลากหลาย ตั้งแต่โทรทัศน์ไปจนถึงไฟจราจรและไฟฉายบนโทรศัพท์ของคุณ

 

หลักการทำงานของฟังก์ชั่น LED

หลอด LED ทำงานโดยแปลงไฟฟ้าเป็นแสงผ่านกระบวนการที่เรียกว่าอิเล็กโตรลูมิเนสเซนซ์ เมื่อคุณใช้แรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสม อิเล็กตรอนและโฮลจะรวมกันเพื่อปลดปล่อยพลังงานเป็นโฟตอน

ทฤษฎีรอยต่อ PN และแบนด์

LED มีรอยต่อ p-n ที่ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ด้านประเภท n มีอิเล็กตรอนเพิ่มเติม ในขณะที่ด้านประเภท p มี "รู" หรือช่องว่างสำหรับอิเล็กตรอน ระหว่างบริเวณเหล่านี้คือแบนด์แก๊ป

วัสดุที่แตกต่างกันทำให้เกิดสีสันที่แตกต่างกัน:

• แกลเลียมอาร์เซไนด์: อินฟราเรด
• แกลเลียมฟอสไฟด์: สีแดงถึงสีเหลือง
• แกลเลียมอาร์เซไนด์ฟอสไฟด์: สีแดงถึงสีส้ม

แบนด์แก๊ปกำหนดพลังงานของโฟตอนที่ปล่อยออกมา และด้วยเหตุนี้จึงกำหนดสีของแสงด้วย แบนด์แก๊ปที่กว้างกว่าจะสร้างโฟตอนที่มีพลังงานสูงขึ้นและความยาวคลื่นที่สั้นลง

การเอนเอียงไปข้างหน้าและการปล่อยแสง

หากต้องการให้ LED สว่างขึ้น คุณต้องใช้ไบอัสไปข้างหน้า ซึ่งหมายถึงการต่อขั้วบวกเข้ากับขั้ว p และขั้วลบเข้ากับขั้ว n

เมื่อคุณทำสิ่งนี้:

1. อิเล็กตรอนไหลจาก n ไป p
2. รูไหลจาก p ไป n
3. พวกเขาพบกันในบริเวณที่เสื่อมโทรม
4. อิเล็กตรอนจะตกลงสู่หลุมพลังงานที่ต่ำกว่า
5. นี่จะปลดปล่อยพลังงานออกมาเป็นแสง

ปริมาณแสงขึ้นอยู่กับกระแสไฟ กระแสไฟที่มากขึ้นหมายถึงมีการรวมอิเล็กตรอนโฮลมากขึ้นและแสงจะสว่างขึ้น แต่กระแสไฟที่มากเกินไปอาจสร้างความเสียหายให้กับ LED ได้

LED ต้องมีแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าขั้นต่ำเพื่อเริ่มนำไฟฟ้า แรงดันไฟฟ้านี้จะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวัสดุและสีของ LED

 

การก่อสร้างและประเภทของ LED

หลอด LED มีหลายประเภทและหลายสี โดยโครงสร้างใช้วัสดุที่แตกต่างกันเพื่อสร้างเอาต์พุตแสงที่หลากหลาย มาดูกันว่าหลอด LED ผลิตขึ้นมาอย่างไรและมีประเภทใดบ้าง

องค์ประกอบของวัสดุและสี

LED ใช้สารพิเศษที่เรียกว่าสารกึ่งตัวนำ สารเหล่านี้จะสร้างแสงเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน ส่วนหลักของ LED คือรอยต่อ pn ซึ่งเป็นจุดที่สารกึ่งตัวนำสองประเภทมาบรรจบกัน

วัสดุที่แตกต่างกันทำให้เกิดสีที่แตกต่างกัน:

• LED สีแดง: แกเลียมอาร์เซไนด์ฟอสไฟด์
• LED สีเขียว: แกเลียมฟอสไฟด์
• ไฟ LED สีน้ำเงิน: แกเลียมไนไตรด์ หรือ อินเดียมแกเลียมไนไตรด์

ไฟ LED สีขาวมีความแตกต่างเล็กน้อย โดยมักใช้ไฟ LED สีน้ำเงินที่มีสารเคลือบฟอสเฟอร์สีเหลือง แสงสีน้ำเงินและสีเหลืองผสมกันนี้จะดูเป็นสีขาวในสายตาของคุณ

สเปกตรัมของ LED

LED สามารถสร้างแสงได้หลายสี โดยสีจะขึ้นอยู่กับช่องว่างพลังงานในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์

ต่อไปนี้เป็นการดูสี LED ทั่วไปบางสีโดยย่อ:

• สีแดง: พลังงานต่ำ ความยาวคลื่นยาว
• สีเขียว : พลังงานปานกลาง
• สีน้ำเงิน : พลังงานสูง ความยาวคลื่นสั้น

คุณยังสามารถค้นหา LED ที่ทำให้:

• แสงสีส้มและสีเหลือง
• อินฟราเรด (สำหรับรีโมทคอนโทรล)
• รังสีอัลตราไวโอเลต (สำหรับใช้เฉพาะ)

LED บางชนิดสามารถเปลี่ยนสีได้ด้วย เรียกว่า LED RGB ซึ่งมีแสงสีแดง เขียว และน้ำเงินในหนึ่งแพ็ค เมื่อผสมสีเหล่านี้เข้าด้วยกัน คุณก็สามารถสร้างสีต่างๆ ที่ต้องการได้

 

ทำความเข้าใจการทำงานของ LED

หลอดไฟ LED มีปัจจัยสำคัญบางประการที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน มาดูกันว่าอะไรที่ทำให้หลอดไฟ LED มีประสิทธิภาพและใช้งานได้ยาวนาน

ประสิทธิภาพและประสิทธิผลการส่องสว่าง

หลอด LED มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนไฟฟ้าให้เป็นแสงสว่างได้ดี ซึ่งเรียกว่าประสิทธิภาพ พลังงานส่วนใหญ่ที่ใช้จะกลายเป็นแสงสว่าง ไม่ใช่ความร้อน ซึ่งทำให้หลอด LED มีประสิทธิภาพดีกว่าหลอดไฟแบบเก่า

ประสิทธิภาพการส่องสว่างหมายถึงความสว่างของแสงสำหรับพลังงานที่ใช้ LED มีประสิทธิภาพการส่องสว่างสูง โดยให้แสงต่อวัตต์มากกว่าหลอดไฟประเภทอื่น

คุณสามารถหาหลอด LED ที่ให้แสงได้ 100-200 ลูเมนต่อวัตต์ ซึ่งสูงกว่าหลอดไฟแบบเก่ามาก หมายความว่าคุณจะได้แสงมากขึ้นโดยใช้ไฟฟ้าน้อยลง ซึ่งจะช่วยลดค่าไฟฟ้าได้

ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่ออายุการใช้งานของ LED

หลอด LED สามารถใช้งานได้ยาวนานมาก โดยส่วนใหญ่สามารถใช้งานได้นานถึง 50,000 ชั่วโมงหรือมากกว่านั้น แต่บางสิ่งอาจทำให้หลอด LED เสื่อมสภาพเร็วขึ้น

ความร้อนเป็นปัญหาใหญ่สำหรับหลอด LED หากร้อนเกินไป หลอด LED ก็จะใช้งานได้ไม่นาน แผ่นระบายความร้อนที่ดีจะช่วยให้หลอด LED เย็นลง ทำให้หลอด LED มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น

แหล่งจ่ายไฟก็มีความสำคัญเช่นกัน แหล่งจ่ายไฟที่สม่ำเสมอและสะอาดจะช่วยให้หลอดไฟ LED มีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น การเปลี่ยนแปลงพลังงานในปริมาณมากอาจส่งผลเสียต่อหลอดไฟได้

การใช้หลอดไฟ LED ส่งผลต่ออายุการใช้งานของหลอดไฟด้วย การเปิดและปิดหลอดไฟบ่อยๆ อาจทำให้หลอดไฟเสื่อมสภาพเร็วขึ้น การใช้หลอดไฟที่มีความสว่างเหมาะสมจะช่วยให้หลอดไฟมีอายุการใช้งานยาวนานขึ้น

 

ข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติในการใช้ LED

ไฟ LED มีลักษณะเฉพาะที่ส่งผลต่อวิธีการใช้งาน การเรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติทางไฟฟ้าและความต้องการด้านความปลอดภัยจะช่วยให้คุณใช้ประโยชน์จากไฟประเภทนี้ได้อย่างเต็มที่

ลักษณะทางไฟฟ้า

หลอด LED ต้องใช้พลังงานในปริมาณที่เหมาะสมจึงจะทำงานได้ดี คุณต้องเชื่อมต่อขั้วบวก (ด้านบวก) และขั้วลบ (ด้านลบ) อย่างถูกต้อง ใช้ตัวต้านทานเพื่อจำกัดกระแสและหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อหลอด LED หลอด LED ส่วนใหญ่ทำงานได้ดีที่สุดที่กระแส 20 mA

สีต่างๆ ต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างกัน:

• สีแดง: 1.8-2.2V
• สีเขียว: 2.0-3.2V
• สีฟ้า: 2.7-3.4V
• สีขาว: 3.0-3.6V

หลอดไฟ LED มีพลังงานต่ำ โดยใช้พลังงานเพียง 10% ของหลอดไฟรุ่นเก่า ซึ่งทำให้ประหยัดพลังงานได้ดี

ความปลอดภัยและการจัดการ

ไฟ LED นั้นปลอดภัย แต่คุณควรระมัดระวัง อย่ามองตรงไปที่ไฟ LED ที่มีความสว่างมาก เพราะอาจเป็นอันตรายต่อดวงตาได้

จับหลอดไฟ LED อย่างระมัดระวัง สายไฟมีความบางและอาจขาดได้ง่าย ควรเก็บให้ห่างจากไฟฟ้าสถิต

ระวังแรงดันไฟเกิน กระแสไฟมากเกินไปอาจทำให้หลอด LED ไหม้ได้ ควรใช้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าหากจำเป็น

ความร้อนอาจส่งผลต่อหลอด LED ได้ โปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าหลอด LED มีการไหลเวียนของอากาศที่ดี ในสถานที่ที่มีอากาศร้อน คุณอาจจำเป็นต้องใช้แผ่นระบายความร้อน

เมื่อบัดกรี ให้รีบบัดกรี ความร้อนมากเกินไปอาจทำให้ LED เสียหายได้ ใช้แผ่นระบายความร้อนกับสายไฟขณะบัดกรี

 

การประยุกต์ใช้และความก้าวหน้าของ LED

LED กลายเป็นส่วนหนึ่งของชีวิตประจำวันไปแล้ว คุณสามารถพบ LED ได้ในอุปกรณ์และสถานที่ต่างๆ ที่คุณใช้เป็นประจำ เทคโนโลยี LED ใหม่ยังสร้างโอกาสใหม่ๆ ที่น่าตื่นเต้นสำหรับอนาคตอีกด้วย

เช่น, เอ็มเอฟ ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ นำเสนอไฟ LED คุณภาพสูงหลากหลายประเภทที่ประหยัดพลังงานและใช้งานได้ยาวนาน เหมาะสำหรับใช้ทั้งในบ้านและในเชิงพาณิชย์ ไม่ว่าคุณจะต้องการแสงสว่างที่สดใสสำหรับพื้นที่อยู่อาศัยหรือโซลูชันเฉพาะสำหรับพื้นที่กลางแจ้ง ผลิตภัณฑ์ของ M&F ได้รับการออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการของคุณพร้อมช่วยให้คุณประหยัดค่าพลังงาน

หากคุณกำลังมองหาการอัพเกรดโซลูชันแสงสว่างของคุณ ลองดู ข้อเสนอ M&F LED.

ไฟ LED อยู่รอบตัวเรา

คุณเห็นไฟ LED ทุกที่โดยที่คุณไม่ทันสังเกต นาฬิกาดิจิทัลของคุณน่าจะใช้จอแสดงผล LED เพื่อแสดงเวลา ไฟ LED จะสว่างขึ้นบนรีโมตคอนโทรลและเครื่องคิดเลขของคุณ เมื่อคุณขับรถ สัญญาณไฟจราจรจะใช้ไฟ LED เพื่อนำทางคุณอย่างปลอดภัย

LED เหมาะกับการแสดงผลทุกขนาด ไม่ว่าจะเป็นทีวี จอคอมพิวเตอร์ และหน้าจอโทรศัพท์ของคุณก็อาจใช้เทคโนโลยี LED แม้แต่ป้ายและป้ายโฆษณากลางแจ้งขนาดใหญ่ก็มักใช้ LED เพื่อให้ภาพที่สว่างสดใสและสะดุดตา

หลอดไฟ LED ช่วยให้คุณประหยัดค่าไฟได้ที่บ้าน อีกทั้งยังมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าหลอดไฟแบบเก่าอีกด้วย ไฟคริสต์มาส LED ช่วยเพิ่มประกายให้กับของตกแต่งวันหยุดของคุณโดยไม่ต้องใช้พลังงานมากนัก

เทคโนโลยี LED ที่กำลังเกิดขึ้น

LED ประเภทใหม่กำลังเปิดทางใหม่ๆ ในการใช้แสง OLED (Organic Light Emitting Diodes) สามารถทำให้บางและยืดหยุ่นได้มาก ซึ่งหมายความว่าจอแสดงผลที่สามารถโค้งงอหรือม้วนได้อาจจะเปิดตัวในเร็วๆ นี้

ไมโคร LED บรรจุไฟเล็กๆ จำนวนมากไว้ในพื้นที่เล็กๆ ซึ่งจะทำให้หน้าจออุปกรณ์ของคุณมีความคมชัดและสว่างอย่างเหลือเชื่อ รถยนต์บางคันเริ่มใช้ไฟหน้าแบบไมโคร LED เพื่อให้มองเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้นในเวลากลางคืน

ระบบ LED อัจฉริยะช่วยให้คุณควบคุมแสงไฟด้วยโทรศัพท์หรือเสียง คุณสามารถเปลี่ยนสี หรี่แสง หรือตั้งเวลาได้อย่างง่ายดาย เทคโนโลยี LED ยังช่วยปลูกต้นไม้ในร่มและในอวกาศอีกด้วย!

 

ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและประโยชน์ของ LED

หลอดไฟ LED ดีต่อโลกมาก เพราะช่วยประหยัดพลังงานและลดมลพิษ มาดูกันว่าหลอดไฟ LED มีประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมอย่างไร

• หลอดไฟ LED ใช้พลังงานน้อยกว่าหลอดไฟแบบเก่ามาก ซึ่งหมายความว่าคุณประหยัดค่าไฟฟ้าได้ และยังช่วยลดก๊าซเรือนกระจกจากโรงไฟฟ้าอีกด้วย
• หลอด LED มีอายุการใช้งานยาวนานเช่นกัน ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนหลอดไฟบ่อยๆ ซึ่งหมายความว่ามีขยะในหลุมฝังกลบน้อยลง
• ไฟเหล่านี้ไม่มีสารพิษเช่นปรอท ซึ่งทำให้ปลอดภัยต่อคุณและโลกมากขึ้น
• หลอด LED มีขนาดเล็กและพกพาสะดวก สามารถใช้งานได้ในหลายสถานที่ ความยืดหยุ่นนี้ช่วยประหยัดพลังงานได้หลายวิธี