หลอดไฟ LED คืออะไร ? หลอด LED ทั้ง 2 แบบ มีความแตกต่างอย่างไร ?

หลอดไฟ LED คือ สารกึ่งตัวนำไฟฟ้า ที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน แล้วปล่อยแสงสว่างออกมาได้ทันที ทั้งนี้หลอด LED ที่เราคุ้นตา จะเป็นหลอดไฟขนาดเล็กหลากสีสัน เช่น สีแดง สีน้ำเงิน เป็นต้น เนื่องจากขึ้นอยู่กับวัสดุที่นำมาใช้ แต่ต่อมามีการปรับแก้ด้วยการนำหลอด LED สีน้ำเงินไปเคลือบเรืองแสงสีเหลือง จึงทำให้แสงจากหลอด LED ส่องออกมาเป็นสีขาว และสามารถใช้เป็นหลอดไฟส่องสว่างได้หลากหลายรูปแบบมากขึ้น ประหยัดพลังงาน เพราะให้แสงสว่างมาก แต่ใช้ไฟฟ้าน้อยลงกว่าหลอดไส้ทั่วไป 80-90%
หลอด LED เหมาะสำหรับหลอดไฟที่ต้องการให้เปิดปิดบ่อยครั้ง เนื่องสามารถเปิดปิดบ่อยๆ โดยไม่มีปัญหาแต่อย่างใด และเมื่อเปิดหลอดไฟ จะให้ความสว่างโดยทันทีนับว่าแตกต่างจากหลอดฟลูออเรสเซ็นต์ที่ หากเปิดปิดบ่อยครั้งจะเสียง่าย หรือหลอด HID ซึ่งเมื่อเปิดสวิชต์แล้ว จะใช้เวลาช่วงหนึ่งกว่าจะให้แสงสว่างออกมาแม้ปัจจุบันมีการนำ LED ไปใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ มากมาย

หลอดไฟ LED โดยทั่วไปสามารถจำแนกได้ 2 ประเภทใหญ่ ๆ คือ
1. แบบ Lamp Tpye เป็นแอลอีดีชนิดที่พบกันทั่วไปมีขายืนออกมาจากตัว Epoxy 2 ขาหรือมากกว่า โดยมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3mm. ขี่นไป โดยส่วนใหญ่ผู้ผลิตจะออกแบบให้ขับกระแสไฟได้ไม่เกิน 150 mA

2. แบบ Surface Mount Type (SMD) มีลักษณะ packet เป็นตัวบาง ๆ เวลาประกอบต้องใช้เครื่องมือชนิดพิเศษที่มีขนาดการขับกระแสไฟตั้งแต่ 20 mA – 1 mA สำหรับแอลอีดีแบบ SMD ถ้าขับกระแสไฟตั้งแต่ 300 mA ขึ้นไป จะเรียกว่า Power LED การใช้งานส่วนใหญ่จะใช้ภายในเนื่องจากสารเคลือบหลอด LED ส่วนใหญ่จะเป็นซิลิโคน ซึ่งละอองน้ำและความชื้นสามารถซึมผ่านได้

การระบายความร้อน

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

การต่อวงจร (ลงในรายละเอียดนิดนึง อ่านข้ามได้)

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

ประวัติความเป็นมาของ หลอดไฟ LED

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

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

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

ปัจจุบันจากความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ ทำให้เทคโนโลยีของ LED ก้าวหน้าอย่างรวดเร็วตามไปด้วย. LED ได้ถูกพัฒนาขึ้นเรื่อยๆ ทั้งในด้านสีของแสงที่เปล่งออกมา ไม่ว่าจะเป็นสีแดง ,สีเขียว ,สีส้ม หรือที่ผลิตได้ท้ายสุด และทำให้วงการแอลอีดีพัฒนาขึ้นอย่างรวดเร็วคือสีน้ำเงิน ซึ่งการเกิดขึ้นของแอลอีดีสีน้ำเงินนี้ ทำให้ครบแม่สี 3 สี คือ สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน และเกิดเป็นจุดเริ่มต้นของจอแอลอีดี และแอลอีดีในงานไฟประดับต่างๆ, ทั้งยังใช้ประโยชน์แพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ เช่น ในเครื่องคิดเลข สัญญาณจราจร ไฟท้ายรถยนต์ ป้ายสัญญาณต่างๆ ไฟฉาย ไฟให้สัญญาณของประภาคาร จอภาพยนตร์ขนาดใหญ่ ยิ่งไปกว่านั้น หน้าจอ LCD ของโทรศัพท์มือถือที่เราใช้กันทั่วไป เกือบทั้งหมดจะให้แสงสว่างด้วย LED

ข้อดีของแอลอีดี

• ประสิทธิภาพในการให้แสงสว่างดีกว่าหลอดไฟธรรมดาทั่วๆไป.
• ตัวหลอด LED เองเมื่อทำให้เกิดแสงขึ้นจะกินกระแสน้อยมากประมาณ 1-20mA
• มีอายุการใช้งานที่ยาวนาน ประมาณ 50,000 – 100,000 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับคุณภาพของแอลอีดี วงจรขับกระแส สภาพภูมิอากาศ ความชื้น และอุณหภูมิ ซึ่งก็มีอายุการใช้งานที่ยาวนานกว่าหลอดที่ให้แสงสว่างชนิดอื่นๆมาก
• ไม่มีรังสีอินฟาเรต รังสีอัลตราไวโอเรต ซึ่งเป็นอันตรายต่อผิวหนัง และดวงตา
• ทนทานต่อสภาวะอากาศ
• ทนทานต่อการสั่นสะเทือน
• มีหลากหลายสีให้เลือกใช้
• ไม่ปล่อยรังสี UV ซึ่งทำลายดวงตา และผิวพรรณ
• เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม  เช่น หลอดสามารถถอดเปลี่ยน ซ่อมได้เฉพาะจุด ที่เสียไม่จำเป็นต้องทิ้งทั้งชุดเหมือนหลอดไฟทั่วไป ไม่เพิ่มปริมาณขยะ
• หลอดไฟLED ไม่มีส่วนประกอบด้วยสารปรอท ทำให้เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
• หลอดLED สามารถเปิดใช้งานได้อย่างรวดเร็ว เปิดแล้วหลอดติดทันที ไม่ต้องรอกระพริบ หรือวอร์มหลอดก่อน
• สีสันจัดจ้าน หลอดLED ให้สีสันจัดจ้านชัดเจนมากกว่าหลอดไส้ ถ่ายรูปออกมาสีสันสดใส
• มีความทนทานสูง เพราะหลอด LED เป็นอุปกรณ์ Solid State ซึ่งไม่มีชิ้นส่วนใดที่เคลื่อนไหว ไม่มีส่วนใดที่เป็นกระจก ไม่มีไส้หลอดซึ่งอาจจะขาดได้ง่าย

ขอบคุณข้อมูลและภาพ : www.klcbright.com, www.diysiam.com
เรียบเรียงโดย : Tzarbikeshop.com
ติดตามข่าวสารเกี่ยวกับบิ๊กไบค์ได้ที่ : Tzarbikeshop – อะไหล่บิ๊กไบค์