หลักการของไฟ LED

LED (ไดโอดเปล่งแสง)เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์โซลิดสเตตที่สามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นแสงที่มองเห็นได้ สามารถเปลี่ยนไฟฟ้าเป็นแสงได้โดยตรง หัวใจของ LED คือชิปเซมิคอนดักเตอร์ ปลายด้านหนึ่งของชิปติดอยู่กับวงเล็บ ปลายด้านหนึ่งเป็นอิเล็กโทรดลบ และปลายอีกด้านเชื่อมต่อกับอิเล็กโทรดบวกของแหล่งจ่ายไฟ เพื่อให้ชิปทั้งหมดถูกห่อหุ้มด้วยอีพอกซีเรซิน

เวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ประกอบด้วยสองส่วน ส่วนหนึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P ซึ่งมีรูอยู่เหนือกว่า และอีกส่วนหนึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N ซึ่งส่วนใหญ่มีอิเล็กตรอนอยู่ แต่เมื่อเซมิคอนดักเตอร์ทั้งสองนี้เชื่อมต่อกัน จะมีรอยต่อ P-N เกิดขึ้นระหว่างกัน เมื่อกระแสไฟฟ้ากระทำต่อแผ่นเวเฟอร์ผ่านเส้นลวด อิเล็กตรอนจะถูกผลักไปยังบริเวณ P ซึ่งอิเล็กตรอนจะรวมตัวเป็นรู จากนั้นพลังงานจะถูกปล่อยออกมาในรูปของโฟตอน นี่คือหลักการของการเปล่งแสง LED ความยาวคลื่นของแสง (ซึ่งก็คือสีของแสง) ถูกกำหนดโดยวัสดุที่สร้างจุดเชื่อมต่อ P-N

LED สามารถปล่อยแสงสีแดง เหลือง น้ำเงิน เขียว ฟ้า ส้ม ม่วง และขาวได้โดยตรง

เริ่มแรก LED ถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงสำหรับเครื่องมือต่างๆ ต่อมามีการใช้ไฟ LED สีต่างๆ กันอย่างแพร่หลายในสัญญาณไฟจราจรและหน้าจอแสดงผลขนาดใหญ่ ซึ่งก่อให้เกิดผลประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสังคมที่ดี ยกตัวอย่างไฟจราจรสีแดงขนาด 12 นิ้ว ในสหรัฐอเมริกา หลอดไส้ 140 วัตต์ที่มีประสิทธิภาพการมองเห็นในสภาพแสงน้อยที่มีอายุการใช้งานยาวนานใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งให้แสงสีขาว 2,000 ลูเมน หลังจากผ่านฟิลเตอร์สีแดง แสงจะหายไป 90% เหลือแสงสีแดงเพียง 200 ลูเมน ในหลอดไฟที่ออกแบบใหม่ Lumileds ใช้แหล่งกำเนิดแสง LED สีแดง 18 แหล่ง ซึ่งใช้พลังงานทั้งหมด 14 วัตต์ รวมถึงการสูญเสียวงจรเพื่อสร้างเอฟเฟกต์แสงแบบเดียวกัน ไฟสัญญาณรถยนต์ยังเป็นส่วนสำคัญสำหรับการใช้งานแหล่งกำเนิดแสง LED

สำหรับแสงทั่วไป ผู้คนต้องการแหล่งกำเนิดแสงสีขาว ในปี 1998 ประสบความสำเร็จในการพัฒนา LED เปล่งแสงสีขาว LED ประเภทนี้ผลิตโดยการบรรจุชิป GaN และอะลูมิเนียมโกเมนอิตเทรียม (YAG) ชิป GaN ปล่อยแสงสีน้ำเงิน (γp=465nm, Wd=30nm) และฟอสเฟอร์ YAG ที่มี Ce3+ ซึ่งเกิดจากการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูงจะปล่อยแสงสีเหลืองหลังจากตื่นเต้นกับแสงสีน้ำเงิน โดยมีค่าสูงสุดที่ 550nหลอดไฟ LED m พื้นผิว LED สีฟ้าถูกติดตั้งในช่องสะท้อนแสงรูปชาม และหุ้มด้วยเรซินบาง ๆ ผสมกับ YAG ประมาณ 200-500 นาโนเมตร ส่วนหนึ่งของแสงสีน้ำเงินที่ปล่อยออกมาจากซับสเตรต LED จะถูกดูดซับโดยฟอสเฟอร์ และอีกส่วนหนึ่งของแสงสีน้ำเงินผสมกับแสงสีเหลืองที่ปล่อยออกมาจากฟอสเฟอร์เพื่อให้ได้แสงสีขาว

สำหรับไฟ LED สีขาว InGaN/YAG เมื่อเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของฟอสเฟอร์ YAG และปรับความหนาของชั้นฟอสเฟอร์ ทำให้ได้แสงสีขาวสีต่างๆ ที่มีอุณหภูมิสี 3,500-10,000K วิธีการรับแสงสีขาวผ่าน LED สีฟ้านี้มีโครงสร้างที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และมีความพร้อมทางเทคโนโลยีสูง ดังนั้นจึงเป็นวิธีที่ใช้กันมากที่สุด