LED คือ อะไร?

ประวัติความเป็นมาของLED
LED หรือ หลอดLED นั้นมีมานานแล้ว เริ่มปรากฎในแผงวงจรครั้งแรกเมื่อปี 1962 ซึ่งโดยช่วงแรกๆนั้น LED ให้ความเข้มแสงไม่มากนักและมีใช้ในเฉพาะความถี่ในช่วงแสง infra-red ที่ไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่าได้(ซึ่งเรายังคงเห็นรูปแบบการใช้งานในช่วงแสง infra-red นี้ตามอุปกรณ์ประเภทรีโมทคอนโทรลในเครื่องใช้ไฟฟ้าตามบ้านเรือนจนปัจจุบัน) ต่อมา หลอดLED ถูกพัฒนาให้สามารถเปล่งแสงที่มองเห็นได้โดยแสงสีแดงเป็นสีแรกถูกคิดค้นขึ้นได้ก่อนแต่ทว่าช่วงเริ่มต้นนั้นก็ยังมีความเข้มแสงต่ำอยู่ยังนำเอามาใช้ประโยชน์ได้ไม่มากนัก

            นักวิทยาศาตร์และนักวิจัยก็พัฒนา LED เรื่อยมาจนกระทั่งสามารถให้สร้าง หลอด LED ที่มีแสงครอบคลุมย่านความถี่ตั้งแต่ infrared คือแสงที่มองห็นได้ (visible light)ไปจนถึงย่าน ultra violet หรือ UV ที่มองไม่เห็น ต่อจากนั้นไม่นาน หลอด LED ก็ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ไฟแสดงตามแผงควบคุมเพื่อบอกสัญญาณ และใช้ในไฟแสดงตัวเลข seven segment และนาฬิกาดิจิตอล ต่อมา หลอดLED ก็ถูกพัฒนาขึ้นอีก ให้ประสิทธิภาพด้านให้ความเข้มแสงหรือความสว่างมากขึ้น จนสามารถนำเอา LED มาใช้งานในการแสดงสัญญาณ ไฟสัญญาณสำหรับการบิน ไฟสัญญาณจราจร และด้วยเหตุผลที่LED มีข้อดีในหลายๆด้านไม่ว่าจะเป็นด้านประหยัดพลังงาน ด้านการใช้งานได้นานขึ้น มีการบำรุงรักษาที่ต่ำ ความทนของตัวหลอดเอง และขนาดก็เล็กมากเมื่อเทียบกับหลอดไส้อย่างเดิม ทั้งยังปิดเปิดควบคุมง่ายขึ้นแล้ว นักวิจัยและบริษัทต่างๆจึงมุ่งเน้นพัฒนาประสิทธิภาพด้านความเข้มแสงหรือความสว่างให้สูงขึ้นไปอีก เพื่อหวังที่จะนำเอา หลอดLED มาใช้เป็นไฟฟ้าแสงสว่างในชีวิตประจำวันเพื่อทดแทนหลอดไฟแบบที่มีใช้อยู่ทั่วไปในปัจจุบัน แต่ทว่าในขณะนั้นก็ติดปัญหาเรื่องการทำให้ หลอดLED มีแสงสีขาวเหมือนหลอดไฟทั่วไปไม่ได้

ผ่านมาเกือบ 30 ปีจนกระทั่งในปี 1990 นักวิทยาศาตร์ชาวญี่ปุ่น 3 คนได้ร่วมกันพัฒนาจนสามารถทำให้ LED เปล่งแสงสีน้ำเงินได้ซึ่งต่อมาก็คือพื้นฐานของแสงสีขาวได้สำเร็จ ซึ่งต่อมาภายหลังนักวิทยาศาตร์ชาวญี่ปุ่น 3 คนทั้งนี้ได้รับการยกย่องและได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ ในปี 2014 ในฐานะเป็นผู้คิดค้นสิ่งประดิษฐ์ทำให้เกิดการปฏิวัติด้านไฟฟ้าแสงสว่างและการใช้พลังงานทั้งโลกศตวรรษที่ 21

หลอด LED ในปัจจุบันและอนาคต
ในปัจจุบันหลอด LED เริ่มถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายไม่ว่าจะเป็น ไฟฟ้าแสงสว่างทั่วไปหรือไฟแสงสว่างรถยนต์ แต่ก็ยังติดปัญหาด้านต้นทุนการผลิตอยู่ (ในขณะนั้น) แต่ในอนาคตอีกไม่นานเมื่อต้นทุนในการผลิตหลอดไฟLEDต่ำลงเรื่อยๆ หลอดไฟLED จะถูกนำมาทดแทนหลอดไฟในปัจจุบัน ไม่ต่างจากการเข้ามาของฟลูออเรสเซนต์ เพื่อมาทดแทนหลอดไส้เหมือนช่วง30ปีที่ผ่านมา (ปัจจุบัน 2562 เกิดขึ้นแล้ว)

หลักการทำงานของ LED
เมื่อ หลอด LED กำลังเข้ามาเป็นส่วนหนึ่งในชีวิตประจำวันของทุกคนอย่างไม่มีทางหลีกเลี่ยงได้ ดังนั้นการเข้าใจและรู้หลักการทำงาน LED จึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเรา

LED ย่อมาจาก Light Emitting Diode

L-Light แสง

E-Emitting เปล่งประกาย

D-Diodeไดโอด
แปลรวมกัน ก็คือ ไดโอดชนิดเปล่งแสง

ไดโอด (Diode) คือ อุปกรณ์กึ่งตัวนำ (Semi Conductor Device) ที่ให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ทางเดียว ไดโอดเป็นอุปกรณ์พื้นฐานที่สำคัญในวงจรไฟฟ้า มีใช้อยู่ทั่วไปในวงจรอิเลคทรอนิกส์และวงจรไฟฟ้าเพื่อทำหน้าที่บังคับทิศทางการไหลของกระแสไฟฟ้า ไดโอดโดยทั่วไปแล้วไม่เปล่งแสงออกมา มีสัญลักษณ์ทางวงจรคือ 

 ส่วนไดโอดที่เปล่งแสงหรือ LED มีสัญลักษณ์ทางวงจรคือ 

ต่างกันนิดหน่อยตรงที่ไม่มีลูกศรแสดงการเปล่งแสงกับไม่มี

ประเภทของ LED

LED จำแนกออกเป็นประเภทต่างๆ ดังนี้

1.LED แบบดั้งเดิม

กำลังวัตต์น้อย ขนาดหรือรูปร่างหรือสีขึ้นอยู่กับพลาสติกที่ใช้ทำเปลือกหุ้มใช้ทำไฟสัญลักษณ์ในวงจร

2.LED ขนาดเล็กมาก

ใช้เทคโนโลยีการเชื่อมเม็ด LED ติดลงไปกับแผงวงจรหรือที่เรียกว่า Surface Mounting Technology (SMT) ซึ่งเป็นวิธีการเดียวกับการประกอบชิ้นส่วนอิเลคโทรนิคและsemi-conductorขนาดเล็ก ในบางครั้งก็เรียก LED ชนิดนี้ว่า Surface Mounting Device LED หรือ SMD LED

3.LED กำลังสูง

LED กำลังสูง หรือ Hi-power LED เป็น LED ชนิดที่ให้กำลังสูง ให้ความสว่างมาก ต้องการกระแสขับสูงถึง 100mA บางรุ่นอาจต้องการกระแสขับถึง 1A ดังนั้นการระบายความร้อนสำหรับ LED ชนิดนี้จึงเป็นสิ่งสำคัญ ถ้าระบายความร้อนไม่ดีอาจจะทำให้พังหรือเสียในภายในไม่กี่วินาที
LED ชนิดนี้ส่วนใหญ่จะใช้ทำอุปกรณ์ให้แสงสว่างหรือจะเข้ามาทดแทนหลอดไฟที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน

การต่อวงจร ด้วยภายในไดโอดเปล่งแสงหรือ LED มีค่าความต้านทานอยู่ค่าหนึ่ง(Rd) จะทำให้แสงเปล่งออกมาได้ต้องมีกระแส (I) ไหลผ่านที่มากพอแต่ต้องไม่มากจนเกินไป การควบคุมกระไหลผ่าน LED ให้พอดี เราจึงจำเป็นต้องทราบคุณสมบัติที่สำคัญ 2 อย่างของ LED คือ
  1. แรงดันตกคร่อมเมื่อมีกระแสไหลผ่าน (Forword Valtage:Vf)
  2. กระแสที่ LED ต้องการ (Imax)
ส่วนสิ่งที่เราต้องคำนวณหาคือ R ภายนอกที่มาต่อเพิ่ม เพื่อจำกัดกระแส และแรงดันสำหรับจ่ายไฟซึ่งเราทราบอยู่แล้ว
วิธีการหาค่า R ใช้สูตรง่ายๆ กฏของโอห์ม
V=IR
V=(Vdc-Vf)
ดังนั้น R=(Vdc-Vf)/I โอห์ม
            การต่อวงจรของ LED ไม่มีอะไรซับซ้อน เพียงจ่ายไฟบวกกระแสตรงเข้าที่ขา อาร์โนด (Anode) หรือขาที่ยาวกว่า และต่อไฟลบเข้ากับขา แคโธด(Cathode)หรือขาสั้น และต่ออนุกรมวงจรด้วย R ภายนอกที่เราคำนวณมาได้ ดังรูปข้างล่าง

ตัวต้านทานหรือ R ภายนอกที่นำมาใช้จำกัดกระแส เมื่อมีกระแสไหลผ่านก็มีความร้อนเกิดขึ้นเช่นกัน ดังนั้นสิ่งที่สำคัญในการออกแบบหลอดไฟ LED อีกอย่างหนึ่งคือการระบายความร้อน และการเลือกตัวต้านทานหรือ R ที่ทนความร้อนได้ดี

การระบายความร้อน

            โดยหลักการแล้วในไดโอดเปล่งแสงหรือ LED แบบทั่วๆไปจะเปล่งแสงโดยมีความร้อนเกิดขึ้นน้อยมากจนเราสามรถใช้มือเปล่าสัมผัสได้ แต่ใน Hi Power LED หรือ LED กำลังสูง ที่ให้แสงสว่างมากๆ มีความร้อนเกิดขึ้นมาก การออกแบบระบบระบายความร้อนจึงมีความสำคัญ อุปกรณ์สำคัญอย่างหนึ่งที่ต้องใส่เพิ่มเข้ามาในระบบคือแผงระบายความร้อนหรือที่เรียกว่าฮีทซิงค์ (Heat Sink) ส่วนใหญ่ทำมาจาก อลูมิเนียมซึ่งมีคุณสมบัติคือ หลอมขึ้นรูปได้ง่าย น้ำหนักเบา และพาความร้อนได้ดี

ทั้งนี้ การออกแบบฮีทซิงค์ นอกจากจะคำนึงถึงการระบายความร้อนแล้ว ยังต้องคำนึงถึง ให้รูปทรงเป็นตามลักษณะของหลอดไฟอีกด้วย การออกแบบระบบระบายความร้อนที่ดี จะช่วยให้อายุการใช้งานของ หลอดไฟLED แต่ในทางตรงกันข้ามการออกแบบ heat sink ที่ไม่ดีย่อมทำให้ความร้อนสะสมในหลอด LED มาก ผลก็คืออายุของ หลอด LED จะสั้นลงและไม่เป็นไปตามผู้ผลิตกำหนดไว้นั่นเอง

หากสนใจ หลอด led คุณภาพสูง ผลิตมาเพื่องานโปรเจค งานโครงการ อยากเปลี่ยนไปใช้หลอด LED เรายินดีให้คำปรึกษาฟรี Tel: 062-445-5195, LINE : kckavin www.ledinfinite.com