หลอดไฟ LED ความเป็นมาและความสำคัญ

หลอดไฟ LED

ความเป็นมาของหลอดไฟ

ปัจจุบันมีการใช้ หลอดไฟ LED กันมากขึ้น ทั้งด้านประสิทธิภาพและการอนุรักษ์พลังงานและสิ่งแวดล้อม แล้วหลอดไฟวิวัฒนาการกันมาอย่างไร
แต่ในอดีดมีแนวคิดการทำหลอดไฟมานานแล้ว จนเมื่อปี 1900 ได้มีการพัฒนาแนวคิดในการสร้าง หลอดไฟ ครั้งแรกในโลก โดย เซอร์ โจเซฟ สวอน แต่เนื่องจากเขาไม่ได้พัฒนาระบบไฟฟ้าสำหรับจ่ายให้ใช้ตามบ้านเรือน หลอดไฟของสวอนจึงเกิดความยุ่งยากในการซื้อเครื่องปั่นไฟและไม่ได้เป็นที่นิยมมากนัก

ต่อมา โทมัส เอดิสัน ได้ทำการสร้างหลอดไฟแบบไส้ขึ้นมา พร้อมกับระบบไฟฟ้าที่แจกจ่ายไปตามบ้านเรือนทำให้ได้สะดวกในการใช้และรับความนิยมเป็นอย่างมาก คนส่วนมากจึงคิดว่า เอดิสัน เป็นคนแรกของโลกในการคิดค้นหลอดไฟขึ้นมา เนื่องจากไส้หลอดที่ทำมาจากคาร์บอน มีความต้านทานต่ออุณภูมิสูงได้เพียงไม่นาน จึงมีอายุการใช้งานได้เพียง 13 ชม. เท่านั้น ในยุคแรกเริ่ม

วิลเลี่ยม เดวิส ได้คิดค้นไส้หลอดที่ทำจาก ทังสเตน สามารถทนความร้อนได้สูงถึง 3,419 องศา C´ ในขณะที่ไส้หลอดมีอุณหภูมิ 2,456 องศา C´ จึงทำไส้หลอดไม่ขาดง่ายอีกต่อไป แต่ปัญหาคือหลอดไฟจะมีความสว่างลดลง เนื่องมาจากอนุภาคของสสารหลุดไปเกาะบริเวณผิวของหลอดไฟทำให้แสงค่อยๆมัวลงในที่สุด

จอร์จ คลอสิค ได้สร้างหลอดนีออนขึ้นครั้งแรก ในปี 1934 โดยบรรจุปรอทไว้ด้านใน และฉาบฟอสฟอรัส หรือสารเรืองแสงไว้ภายในผิวของหลอดไฟด้านใน เมื่อปล่อยกระแสไฟฟ้าเข้าไปไอปรอทจะถูกกระตุ้นให้แผ่รังสี ความยาวคลื่น 254 nm ออกมา และกระทบกับฟอสฟอรัสหรือสารเรืองแสงที่ฉาบไว้บริเวณผิวด้านในหลอดไฟ และสารเรืองแส่งนี้ก็จะดูดซับรังสีของปรอทที่แผ่ออกมา ทำให้เกิดการแผ่พลังงานในรูปแบบของความยาวคลื่นและความถี่ เกิดเป็นแสงที่มีลักษณะขาวเปล่งออกมา เราเรียกหลอดไฟชนิดนี้ว่า หลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent) หรือหลอดนีออน การใช้งานจะต้องมีสตาร์ทเตอร์ (starter) และบาลาสท์ (Ballast) ประกอบการทำงานในระบบ

ในปี 1960 ได้มีการคิดค้นหลอดเมทัลฮาไลด์ ซึ่งใช้หลักการปล่อยประจุในก๊าซหลอดความดันสูง เป็นหลอดไฟที่มีประสิทธิภาพสูง ให้แสงสว่างมาก แต่ใช้พลังงานที่สูงมาก 100-3500W นิยมใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม หรือไฟถนนที่จุดติดตั้งมีความสูงประมาณ 6 เมตร เพื่อกระจายแสงได้ทั่วถึง และเนื่องจากหลอดเมทัลฮาไลด์กินไฟมากจึงมีการเปลี่ยนมาใช้หลอดไฟแบบใหม่เพื่อประหยัดพลังงานมากขึ้น

LED (Light Emitting Diode) หรือไดโอดเปล่งแสง เป็นสารกึ่งตัวนำ (semiconductor diode) เป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ 2 ขั้ว ออกแบบให้ควบคุมการไหลของประจุไฟฟ้าผ่านตัวนำแล้วทำให้แสงเปล่งออกมา แสงที่เปล่งออกมาจะอยู่ในช่วงสเป็กตรัมแคบๆในรูปแบบ อิเล็กโตรลูมิเนสเซนต์ (electroluminescence) ซึ่งเป็นช่วงแสงที่ตาเราจะมองเห็นได้ และสีของแสงจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของสารกึ่งตัวนำแต่ละชนิด

 นิก โฮโลยัก (Nick Holonyak Jr.) บริษัทเจเนรัลอิเล็กทริก (General Electric Company) พัฒนาไดโอดเปล่งแสงสีแดงขึ้นเป็นครั้งแรกเมื่อปี 1962 เป็นจุดเริ่มต้นของหลอดไฟ LED ในปัจจุบัน

จอร์จ คราฟอร์ด (George Craford) ได้คิดค้น LED สีเหลือง สำเร็จ และพัฒนาความสว่างของแสงสีแดงให้มีความสว่างจ้ามากขึ้น อีกทั้งยังพัฒนาให้เป็นสีแดงอมส้ม ในเวลาต่อมา

อิซามุ คาซากิ Isamu Akasaki ,ฮิโรชิ มาโนะ, Hiroshi Amano, ชูจิ นากามุระ, Shuji Nakamura นักวิทยาศาสตร์ ชาวญี่ปุ่น ได้พัฒนาให้หลอด LED เปล่งแสงสีน้ำเงินจ้าสำเร็จในปี 1990 ต่อมาได้พัฒนาแสงสีน้ำเงิน พร้อมกับการผสมสี RGB เป็นแหล่งกำเนิดแสงรูปแบบใหม่นั่นคือ แสงสีขาว พวกเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 2014 และมีการนำมาใช้ในการสร้างหลอดไฟ LED ที่ให้แสงสีขาวของอุตสาหกรรมไฟส่องสว่างใน และอุตสาหกรรมอื่นๆในปัจจุบัน

หลอดไฟ LED
วิวัฒนาการหลอดไฟ LED Red,LED Yellow,LED Blue

ส่วนประกอบของหลอดไฟ LED

หลอดไฟ LED ที่ขายตามท้องตลาดจะประกอบไปด้วยส่วนประกอบ 3 ส่วนคือ
LED module = มีทั้งแบบเม็ดเดียวหรือหลายเม็ดบรรจุในแผง ซึ่งแต่ละเม็ด LED จะประกอบด้วย Chip ของสารกึ่งตัวนำ ตัวฐาน และขาจะต่อเข้ากับวงจรทั้งหมดในแผง หุ้มด้วย epoxy resin มีลักษณะโปร่งใสเหมือนเลนส์ เพื่อป้องกันตัว LED และกำหนดทิศทางการกระจายแสง ใน Chip ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด P และ N จะเป็นตัวกำหนดความยาวคลื่นของแสงที่ปล่อยออกมาในรูปแบบแสงสว่าง “อิเล็กโตรลูมิเนสเซนต์
Driver = ทำหน้าที่เปลี่ยนระดับกระแสไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดก่อนเข้าสู่หลอด LED เพื่อความคุมความเข้มของแสง โดยเปลี่ยนจากไฟกระแสสลับให้เป็นไฟกระแสตรง แล้วจึงจ่ายเข้าไปยังหลอด LED
Heat Sink = ระบายความร้อนจากหลอด LED ซึ่งคุณภาพของการระบายความร้อนขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุที่ทำ Sink เช่น ทองแดง ทองคำ อะลูมิเนียม เป็นต้น

หลักการทำงานเบื้องต้นของหลอดไฟ LED

เมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าสลับ AC ผ่านชุด Driver จะเปลี่ยนเป็นไฟกระแสตรง DC ก่อนจ่ายเข้าไปยัง Chip ของหลอด LED ซึ่งประกอบไปด้วยสารกึ่งตัวนำขั้วประจุบวกชนิด P (Positively changed material) และสารกึ่งตัวนำขั้วประจุลบชนิด N (Negatively changed material)  และรอยต่อ Junction

เมื่อปล่อยกระแสไฟฟ้าผ่านหลอด LED ตัวนำขั้วแอโนด (Anode) จะไปดันประจุบวก และขั้วแคโทด (Cathode) จะไปดันประจุลบ ให้มาชนกันระหว่างรอยต่อของสารกึ่งตัวนำ P,N เกิดการคายพลังงานในรูปแบบแสงสว่างที่เรียกว่า “อิเล็กโตรลูมิเนสเซนต์” เกิดเป็นแสงสว่างบริเวณด้านหน้าของตัวหลอด LED

ประโยชน์ของ หลอดไฟ LED

  • หลอดไฟ LED ประหยัดรายจ่ายได้ถึง 50% หากใช้ในระยะยาว
  • ประหยัดพลังงานและรักษาสิ่งแวดล้อมสิ่งแวดล้อม ในเรื่องความร้อน และสารเคมี เช่น ปรอท และสารเรืองแสง ที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม
  • อายุการใช้งานสูงทนทานและคุ้มค่าในการลงทุนระยะยาวในอนาคต เปรียบเทียบอายุการใช้งานทางอุดมคติ ดังต่อไปนี้หลอดไฟ LED 100,000 ชั่วโมง Fluorescent 10,000 ชั่วโมง หลอดไส้ 1,000 ชั่วโมง
  • ระบายความร้อนได้ดี เพราะมีอุณหภูมิที่ต่ำกว่าหลอดไฟชนิดอื่นและมี Sink ช่วยในการระบายความร้อนได้ดีกว่า
  • สามารถเปิด – ปิด ทำงานได้ทันที ไม่ต้องรอเวลาหลอดไฟกระพริบที่ต้องใช้ Ballast และ Starter
  • หลอดไฟ LED ใช้พลังงานที่ต่ำกว่าหลอดไฟชนิดอื่นๆ สามารถติดตั้งร่วมกับระบบ solar cell ,หรือระบบไฟฟ้าสำรองทำให้สามารถใช้งานได้นานมากกว่าปกติ และสามารถแก้ไขข้อจำกัดในการติดตั้งบนเขาหรือในเขตที่ไม่มีไฟฟ้าใช้ ร่วมกับระบบ solar cell

อายุการทำงานของหลอดไฟ

อายุการใช้งานสูง ทนทานและคุ้มค่าต่อการลงทุนระยะยาวในอนาคต เปรียบเทียบอายุการใช้งาน ของหลอดไฟที่นิยมใช้กัน ดังต่อไปนี้

  • หลอดไฟ LED อายุการใช้งานสูงสุดประมาณ 50,000 ชั่วโมง
  • Fluorescent อายุการใช้งานสูงสุดประมาณ 5,000 – 25,000 ชั่วโมง
  • หลอดเมทัลฮาไลด์ อายุการใช้งานสูงสุดประมาณ 10,000 – 20,000 ชั่วโมง
  • หลอดแสงจันทร์ อายุการใช้งานสูงสุดประมาณ 10,000 – 20,000 ชั่วโมง
  • หลอดตะเกียบประหยัดไฟ อายุการใช้งานสูงสุดประมาณ 8,000 ชั่วโมง
  • หลอดฮาโลเจน อายุการใช้งานสูงสุดประมาณ 1500 – 5000 ชั่วโมง
  • หลอดจำปาแก้วใส/แก้วฝ้า/หลอดปิงปอง/Luster  อายุการใช้งานสูงสุดประมาณ 1,000 ชั่วโมง
  • หลอดไส้ อายุการใช้งานสูงสุดประมาณ 1,000 – 2,000 ชั่วโมง

**ข้อมูลอ้างอิงแบรนด์ชั้นนำของโลก ด้วยนวัตกรรมล่าสุดในขณะนี้

ความนิยมของหลอดไฟในปัจจุบัน

เนื่องจากกระแสการอนุรักษ์พลังงานและสิ่งแวดล้อมในมาตรฐาน ISO 14001 และการจัดการพลังงานตามมาตรฐานสากล ISO 50001 โรงงานต่างๆได้หันมาใช้หลอดไฟ LED ด้วยทางเลือกที่ว่าสามารถประหยัดพลังงานจากเดิมได้ถึง 50% ทำให้เริ่มมีการเปลี่ยนมาใช้หลอดไฟ LED มากขึ้นในปัจจุบัน การคิดค้นแหล่งกำเนิดแสงใหม่นี้จึงมีความสำคัญต่อมนุษย์ในแง่ของการประหยัดพลังงานและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ปฎิวัติวงการวิทยาศาสตร์ ไม่เพียงแต่ใช้เป็นหลอดไฟแสงสว่างเท่านั้นแต่รวมถึงอุตสาหกรรมอื่นๆด้วย หลอดไฟ LED จึงถือกำเนิดขึ้นมาด้วยคุณสมบัติที่ดีกว่าหลอดไฟแบบเดิม แต่ราคาก็ยังสูงกว่าเมื่อเทียบกับหลอดชนิดอื่นๆ แต่หากเทียบกับประสิทธิภาพและความคงทน รวมถึงข้อดีต่างๆแล้วก็คุ้มค่าสำหรับการใช้งาน ไลท์ฟาร์ม เราคือผู้นำนวัตกรรมและเทคโนโลยี LED โดยเรามุ่งเน้น มาตรฐาน และความจริงใจ สำคัญที่สุด

light-bulb
light-bulb,ISO 14001 ,ISO 14001
This entry was posted in ไม่มีหมวดหมู่. Bookmark the permalink.