หลักการทำงานของหลอดไฟ LED

LED เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์โซลิดสเตตที่สามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นแสงที่มองเห็นได้ สามารถเปลี่ยนไฟฟ้าเป็นแสงได้โดยตรง หัวใจของ LED คือชิปเซมิคอนดักเตอร์ ปลายด้านหนึ่งของชิปติดอยู่กับวงเล็บ ปลายด้านหนึ่งเป็นขั้วลบ และปลายอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟ เพื่อให้ชิปทั้งหมดถูกห่อหุ้มด้วยอีพอกซีเรซิน

ชิปเซมิคอนดักเตอร์ประกอบด้วยสองส่วน ส่วนหนึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P ซึ่งรูมีความโดดเด่น และอีกด้านหนึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N ซึ่งอิเล็กตรอนมีความโดดเด่น แต่เมื่อเซมิคอนดักเตอร์ทั้งสองนี้เชื่อมต่อกัน จะมีรอยต่อ P-N เกิดขึ้นระหว่างกัน เมื่อกระแสไฟฟ้ากระทำต่อชิปผ่านเส้นลวด อิเล็กตรอนจะถูกผลักไปยังพื้นที่ P โดยที่อิเล็กตรอนจะรวมตัวเป็นรูอีกครั้ง แล้วปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอน นี่คือหลักการของไฟ LEDการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ความยาวคลื่นของแสง (ซึ่งก็คือสีของแสง) ถูกกำหนดโดยวัสดุที่ก่อตัวเป็นรอยต่อ P-N

LED สามารถปล่อยแสงสีแดง เหลือง น้ำเงิน เขียว เขียว ส้ม ม่วง และขาวได้โดยตรง

ในตอนแรก LED ถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงของเครื่องมือและมาตรวัด ต่อมามีการใช้ไฟ LED สีอ่อนต่างๆ กันอย่างแพร่หลายในสัญญาณไฟจราจรและจอแสดงผลในพื้นที่ขนาดใหญ่ ซึ่งก่อให้เกิดผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสังคมที่ดี ยกตัวอย่างสัญญาณไฟจราจรสีแดงขนาด 12 นิ้ว ในสหรัฐอเมริกา หลอดไส้ขนาด 140 วัตต์ซึ่งมีอายุการใช้งานยาวนานและมีประสิทธิภาพการส่องสว่างต่ำเดิมใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งผลิตแสงสีขาวได้ 2,000 ลูเมน หลังจากผ่านฟิลเตอร์สีแดงจะสูญเสียแสงถึง 90% เหลือแสงสีแดงเพียง 200 ลูเมน ในหลอดไฟที่ออกแบบใหม่ Lumileds ใช้แหล่งกำเนิดแสง LED สีแดง 18 แหล่ง รวมถึงการสูญเสียวงจรด้วย การใช้พลังงานทั้งหมดคือ 14 วัตต์ ซึ่งสามารถสร้างเอฟเฟกต์การส่องสว่างได้เหมือนกัน ไฟสัญญาณรถยนต์ยังเป็นส่วนสำคัญของการประยุกต์ใช้แหล่งกำเนิดแสง LED

สำหรับแสงทั่วไป ผู้คนต้องการแหล่งกำเนิดแสงสีขาวมากขึ้น ในปี 1998 ประสบความสำเร็จในการพัฒนา LED สีขาว LED นี้ผลิตโดยการบรรจุชิป GaN และอะลูมิเนียมโกเมนอิตเทรียม (YAG) เข้าด้วยกัน ชิป GaN ปล่อยแสงสีน้ำเงิน ( แลม P=465nm, Wd=30 นาโนเมตร) ฟอสเฟอร์ YAG ที่มี Ce3+ เผาที่อุณหภูมิสูงจะปล่อยแสงสีเหลืองหลังจากตื่นเต้นกับแสงสีฟ้านี้ โดยมีค่าสูงสุดที่หลอดไฟ LED 550n m พื้นผิว LED สีฟ้าถูกติดตั้งในช่องสะท้อนแสงรูปทรงชาม ซึ่งเคลือบด้วยเรซินบางๆ ผสมกับ YAG ประมาณ 200-500 นาโนเมตร แสงสีน้ำเงินจากสารตั้งต้น LED จะถูกดูดซับโดยฟอสเฟอร์บางส่วน และอีกส่วนหนึ่งของแสงสีน้ำเงินผสมกับแสงสีเหลืองจากฟอสเฟอร์เพื่อให้ได้แสงสีขาว

สำหรับไฟ LED สีขาว InGaN/YAG โดยการเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของฟอสเฟอร์ YAG และปรับความหนาของชั้นฟอสเฟอร์ ทำให้สามารถรับแสงสีขาวต่างๆ ที่มีอุณหภูมิสี 3,500-10,000K ได้ วิธีการรับแสงสีขาวผ่าน LED สีฟ้านี้มีข้อดีคือ มีโครงสร้างที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และมีเทคโนโลยีสูง ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย