LED คืออะไร
LED คืออะไร?
คำนิยามของ LED
ไดโอดอิสระแสง (LED) เป็นอุปกรณ์กึ่งตัวนำที่ปล่อยแสงเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน มันใช้เทคโนโลยีเก่าที่ใช้ฟอสฟอรัสอาร์เซไนด์แกลเลียม (GaAsP), ฟอสฟอรัสแกลเลียม (GaP), และอะลูมิเนียมอาร์เซไนด์แกลเลียม (AlGaAs) LEDs สร้างแสงที่มองเห็นได้ผ่านผลของการปล่อยแสงโดยการส่งกระแสตรงผ่านคริสตัลที่ถูกทำให้มีความบริสุทธิ์ (doped crystal) ที่มีจุดเชื่อมต่อ PN
การทำให้มีความบริสุทธิ์ (doping) หมายถึงการเพิ่มธาตุจากคอลัมน์ III และ V ของตารางธาตุ เมื่อได้รับพลังงานจากการส่งกระแสตรงที่มีแรงดันบวก (IF) จุดเชื่อมต่อ p-n จะปล่อยแสงที่มีความยาวคลื่นขึ้นอยู่กับช่องว่างพลังงานของพื้นที่ทำงาน (Eg)
การทำงานของไดโอดอิสระแสง (LED)
เมื่อมีการส่งกระแสตรง IF ผ่านจุดเชื่อมต่อ p-n ของไดโอด อิเล็กตรอนจำนวนน้อยจะถูกฉีดเข้าไปในพื้นที่ p และอิเล็กตรอนจำนวนน้อยที่สมควรจะถูกฉีดเข้าไปในพื้นที่ n การปล่อยโฟตอนเกิดขึ้นเนื่องจากการรวมตัวของอิเล็กตรอนและหลุมในพื้นที่ p
การเปลี่ยนแปลงพลังงานของอิเล็กตรอนระหว่างช่องว่างพลังงาน ซึ่งเรียกว่าการรวมตัวแบบรังสี สร้างโฟตอน (คือ แสง) ในขณะที่การเปลี่ยนแปลงพลังงานแบบไม่รังสี ซึ่งเรียกว่าการรวมตัวแบบไม่รังสี สร้างโฟโนน (คือ ความร้อน) ประสิทธิภาพการส่องสว่างของ LED แบบ AlInGaP และ InGaN สำหรับความยาวคลื่นสูงสุดที่แตกต่างกันแสดงไว้ในตารางด้านล่าง
ประสิทธิภาพของ LED ได้รับผลกระทบจากการสร้างแสงที่จุดเชื่อมต่อและการสูญเสียจากการดูดซับใหม่เมื่อแสงออกจากคริสตัล เนื่องจากดัชนีหักเหสูงของสารกึ่งตัวนำส่วนใหญ่ แสงจำนวนมากสะท้อนกลับเข้าไปในคริสตัล ลดความเข้มของแสงก่อนที่จะหลุดออกไป ประสิทธิภาพที่แสดงในแง่ของพลังงานที่สามารถวัดได้ทางกายภาพเรียกว่าประสิทธิภาพภายนอก
ปรากฏการณ์ของการปล่อยแสงโดยการส่งกระแสไฟฟ้าถูกสังเกตพบในปี 1923 ในจุดเชื่อมต่อที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ แต่มันไม่สามารถใช้งานได้ในเวลานั้นเนื่องจากประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นแสงต่ำ แต่ในปัจจุบันประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นอย่างมากและ LED ถูกใช้ไม่เพียงแค่ในสัญญาณ ตัวชี้ สัญญาณ และจอแสดงผล แต่ยังรวมถึงการใช้งานในการส่องสว่างภายในและบนถนน
สีของ LED
สีของอุปกรณ์ LED แสดงในแง่ของความยาวคลื่นหลักที่ปล่อยออกมา λd (ในหน่วยนาโนเมตร) LED แบบ AlInGaP สร้างสีแดง (626 ถึง 630 nm), สีแดง-ส้ม (615 ถึง 621 nm), สีส้ม (605 nm), และสีอำพัน (590 ถึง 592 nm) LED แบบ InGaN สร้างสีเขียว (525 nm), สีเขียวแก่ (498 ถึง 505 nm), และสีน้ำเงิน (470 nm) สีและความต่างศักย์ในทิศทางเดียวกันของ LED แบบ AlInGaP ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อ p-n ของ LED
เมื่ออุณหภูมิของจุดเชื่อมต่อ p-n ของ LED เพิ่มขึ้น ความเข้มของแสงจะลดลง ความยาวคลื่นหลักจะเคลื่อนไปยังความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น และความต่างศักย์ในทิศทางเดียวกันจะลดลง การเปลี่ยนแปลงของความเข้มของแสงของ LED แบบ InGaN กับอุณหภูมิแวดล้อมในการทำงานมีขนาดเล็ก (ประมาณ 10%) จาก -20°C ถึง 80°C อย่างไรก็ตาม ความยาวคลื่นหลักของ LED แบบ InGaN ขึ้นอยู่กับกระแสขับเคลื่อนของ LED เมื่อกระแสขับเคลื่อนของ LED เพิ่มขึ้น ความยาวคลื่นหลักจะเคลื่อนไปยังความยาวคลื่นที่สั้นลง
หากคุณกำลังมองหาการใช้ LED สีต่างๆ สำหรับโครงการอิเล็กทรอนิกส์ ชุดเริ่มต้น Arduino ที่ดีที่สุดจะรวม LED สีต่างๆ ไว้มากมาย
การปรับความสว่าง
LED สามารถปรับความสว่างให้เหลือ 10% ของความสว่างที่กำหนดโดยการลดกระแสขับเคลื่อน LED ทั่วไปจะปรับความสว่างโดยใช้เทคนิคการปรับความกว้างของพัลส์ (Pulse Width Modulation)
ความน่าเชื่อถือ
อุณหภูมิจุดเชื่อมต่อสูงสุด (TJMAX) เป็นสิ่งสำคัญสำหรับอายุการใช้งานของ LED การเกินอุณหภูมินี้มักจะทำให้อุปกรณ์ที่ถูกหุ้มเสียหาย อายุการใช้งานของ LED วัดโดยเวลาเฉลี่ยระหว่างการล้มเหลว (MTBF) โดยการทดสอบ LED จำนวนมากที่กระแสและอุณหภูมิมาตรฐานจนกว่าครึ่งหนึ่งจะล้มเหลว
LED สีขาว
LED สีขาวกำลังถูกผลิตโดยใช้วิธีการสองวิธี: ในวิธีแรก ชิป LED สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินถูกรวมไว้ในแพ็คเกจเดียวกันเพื่อสร้างแสงสีขาว ในวิธีที่สอง ใช้ฟอสฟอร์เรสเซนซ์ ฟลูออเรสเซนซ์ในฟอสฟอร์ที่ถูกหุ้มด้วยอีพ็อกซี่รอบ ๆ ชิป LED จะถูกกระตุ้นโดยพลังงานความยาวคลื่นสั้นจากอุปกรณ์ LED แบบ InGaN
ประสิทธิภาพการส่องสว่าง
ประสิทธิภาพการส่องสว่างของ LED นิยามว่าเป็นพลังงานแสงที่ปล่อยออก (ในหน่วยลูเมน) ต่อพลังงานไฟฟ้าที่ใช้ (ในหน่วยวัตต์) LED สีน้ำเงินมีประสิทธิภาพภายในที่ระบุอยู่ที่ประมาณ 75 lm/W; LED สีแดง ประมาณ 155 lm/W; และ LED สีอำพัน 500 lm/W โดยพิจารณาถึงการสูญเสียจากการดูดซับภายใน ประสิทธิภาพการส่องสว่างอยู่ที่ประมาณ 20 ถึง 25 lm/W สำหรับ LED สีอำพันและสีเขียว นิยามนี้ของประสิทธิภาพเรียกว่าประสิทธิภาพภายนอก และคล้ายคลึงกับนิยามของประสิทธิภาพที่ใช้สำหรับแหล่งกำเนิดแสงประเภทอื่นๆ
