หลักการทำงานของหลอดไฟ LED

LED (light emitting diode) เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบโซลิดสเตตที่สามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นแสงที่มองเห็นได้ สามารถแปลงไฟฟ้าเป็นไฟได้โดยตรง หัวใจของ LED คือเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ ปลายด้านหนึ่งของแผ่นเวเฟอร์ติดกับโครงยึด ปลายด้านหนึ่งเป็นขั้วลบ และปลายอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับขั้วไฟฟ้าบวกของแหล่งจ่ายไฟ เพื่อให้แผ่นเวเฟอร์ทั้งหมดถูกห่อหุ้มด้วยอีพอกซีเรซิน

ชิปเซมิคอนดักเตอร์ประกอบด้วยสองส่วน ส่วนหนึ่งคือเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p ซึ่งมีรูอยู่เหนือ ส่วนอีกส่วนคือเซมิคอนดักเตอร์ชนิด n ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอิเล็กตรอน แต่เมื่อเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์ทั้งสองจะเกิดจุดเชื่อมต่อ p-n ระหว่างกัน เมื่อกระแสไปกระทำบนชิปผ่านเส้นลวด อิเล็กตรอนจะถูกผลักไปยังบริเวณ p โดยที่อิเล็กตรอนและรูเป็นสารประกอบ แล้วปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอน นี่คือหลักการของการปล่อยแสง LED ความยาวคลื่นของแสง กล่าวคือ สีของแสง ถูกกำหนดโดยวัสดุที่สร้างทางแยก p-n

LED สามารถเปล่งแสงสีแดง สีเหลือง สีฟ้า สีเขียว สีเขียว สีส้ม สีม่วง และสีขาวได้โดยตรง

ในตอนแรก LED ถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงบ่งชี้ของเครื่องมือและเมตร ต่อมา LED ของแสงสีต่างๆ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสัญญาณไฟจราจรและหน้าจอแสดงผลในพื้นที่ขนาดใหญ่ ส่งผลดีต่อเศรษฐกิจและสังคม นำสัญญาณไฟจราจรสีแดงขนาด 12 นิ้ว มาเป็นตัวอย่าง ในสหรัฐอเมริกา หลอดไส้ 140 วัตต์ที่มีอายุการใช้งานยาวนานและประสิทธิภาพการส่องสว่างต่ำ แต่เดิมใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสง ซึ่งผลิตแสงสีขาวได้ 2,000 ลูเมน หลังจากผ่านฟิลเตอร์สีแดง แสงจะสูญเสียไป 90% เหลือแสงสีแดงเพียง 200 ลูเมนส์ ในโคมไฟที่ออกแบบใหม่ Lumileds ใช้แหล่งกำเนิดแสง LED สีแดง 18 แหล่ง ซึ่งรวมถึงการสูญเสียวงจร ซึ่งกินไฟทั้งหมด 14 วัตต์เพื่อสร้างเอฟเฟกต์แสงแบบเดียวกัน ไฟสัญญาณรถยนต์ยังเป็นส่วนสำคัญของแอพพลิเคชั่นแหล่งกำเนิดแสง LED

สำหรับแสงทั่วไป ผู้คนต้องการแหล่งกำเนิดแสงสีขาวมากกว่า ในปี 1998 LED สีขาวได้รับการพัฒนาอย่างประสบความสำเร็จ LED ทำจากชิปแกนและโกเมนอลูมิเนียมอิตเทรียม (YAG) ที่ห่อหุ้มไว้ด้วยกัน ชิป Gan ปล่อยแสงสีน้ำเงิน（ λ P = 465nm, WD = 30nm), สารเรืองแสง YAG ที่มี Ce3 + ซึ่งเกิดจากการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูงจะปล่อยแสงสีเหลืองหลังจากตื่นเต้นด้วยแสงสีน้ำเงินนี้ โดยมีค่าสูงสุดของหลอด LED 550n เมตร พื้นผิว LED สีน้ำเงินถูกติดตั้งในช่องสะท้อนแสงรูปชามและเคลือบด้วยชั้นบาง ๆ ของเรซินผสมกับ YAG ประมาณ 200-500 นาโนเมตร ส่วนหนึ่งของแสงสีน้ำเงินที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิว LED จะถูกดูดซับโดยสารเรืองแสง และส่วนอื่น ๆ ของแสงสีน้ำเงินจะผสมกับแสงสีเหลืองที่ปล่อยออกมาจากสารเรืองแสงเพื่อให้ได้แสงสีขาว

สำหรับ LED สีขาว InGaN / YAG สามารถรับแสงสีขาวหลากสีที่มีอุณหภูมิสี 3500-10000k ได้โดยการเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของสารเรืองแสง YAG และปรับความหนาของชั้นสารเรืองแสง วิธีการรับแสงสีขาวผ่าน LED สีน้ำเงินนี้มีข้อดีของโครงสร้างที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และวุฒิภาวะทางเทคนิคสูง ดังนั้นจึงใช้มากที่สุด