หลักการผลิตภัณฑ์ของหลอดไฟ LED

LED (ไดโอดเปล่งแสง) เป็นไดโอดเปล่งแสง เป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบโซลิดสเตตที่สามารถแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นแสงที่มองเห็นได้ สามารถแปลงไฟฟ้าเป็นแสงได้โดยตรง หัวใจหลักของ LED คือชิปเซมิคอนดักเตอร์ ปลายด้านหนึ่งของชิปติดอยู่กับตัวยึด ปลายด้านหนึ่งเป็นขั้วลบ และปลายอีกด้านหนึ่งเชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟ ทำให้ชิปทั้งหมดถูกหุ้มด้วยเรซินอีพ็อกซี่

ชิปเซมิคอนดักเตอร์ประกอบด้วยสองส่วน ส่วนหนึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด P ซึ่งมีโฮลเป็นตัวนำหลัก และอีกส่วนหนึ่งเป็นเซมิคอนดักเตอร์ชนิด N ซึ่งมีอิเล็กตรอนเป็นตัวนำหลัก แต่เมื่อเชื่อมต่อเซมิคอนดักเตอร์ทั้งสองเข้าด้วยกัน จะเกิดรอยต่อ PN ขึ้นระหว่างทั้งสอง เมื่อกระแสไฟฟ้าผ่านชิปผ่านสาย อิเล็กตรอนจะถูกผลักไปยังบริเวณ P ซึ่งอิเล็กตรอนจะรวมตัวกับโฮลอีกครั้ง แล้วปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอน นี่คือหลักการของการเปล่งแสง LED ความยาวคลื่นของแสง หรือที่เรียกว่าสีของแสง ถูกกำหนดโดยวัสดุที่ก่อให้เกิดรอยต่อ PN

LED สามารถเปล่งแสงสีแดง เหลือง น้ำเงิน เขียว ส้ม ม่วง และขาวได้โดยตรง

ในช่วงแรก LED ถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงของเครื่องมือวัดและมิเตอร์ ต่อมา LED สีอ่อนต่างๆ ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในสัญญาณไฟจราจรและจอแสดงผลขนาดใหญ่ ซึ่งก่อให้เกิดประโยชน์ทางเศรษฐกิจและสังคมที่ดี ยกตัวอย่างเช่น ไฟสัญญาณจราจรสีแดงขนาด 12 นิ้ว ในสหรัฐอเมริกา เดิมทีใช้หลอดไส้ขนาด 140 วัตต์ ซึ่งมีอายุการใช้งานยาวนานและประสิทธิภาพการส่องสว่างต่ำ เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ให้แสงสีขาว 2,000 ลูเมน หลังจากผ่านฟิลเตอร์สีแดงแล้ว แสงจะสูญเสียไป 90% เหลือเพียง 200 ลูเมน ในหลอดไฟที่ออกแบบใหม่ Lumileds ใช้แหล่งกำเนิดแสง LED สีแดง 18 แหล่งกำเนิดแสง รวมถึงการสูญเสียวงจร ใช้พลังงานรวม 14 วัตต์ ซึ่งให้แสงที่ส่องสว่างเท่ากัน ไฟสัญญาณรถยนต์ก็เป็นอีกสาขาหนึ่งของการประยุกต์ใช้แหล่งกำเนิดแสง LED

สำหรับแสงสว่างทั่วไป ผู้คนต้องการแหล่งกำเนิดแสงสีขาวมากขึ้น ในปี พ.ศ. 2541 ได้มีการพัฒนาหลอด LED สีขาวขึ้นอย่างประสบความสำเร็จ หลอด LED นี้ผลิตขึ้นโดยการรวมชิป GaN และอิตเทรียมอะลูมิเนียมการ์เนต (YAG) เข้าด้วยกัน ชิป GaN เปล่งแสงสีน้ำเงิน (λ P = 465nm, Wd = 30nm) ฟอสเฟอร์ YAG ที่มี Ce3+ เผาที่อุณหภูมิสูงจะเปล่งแสงสีเหลืองหลังจากถูกกระตุ้นด้วยแสงสีน้ำเงินนี้ โดยมีค่าสูงสุดที่ 550n m ของหลอด LED แผ่นรองรับ LED สีน้ำเงินติดตั้งอยู่ในช่องสะท้อนแสงรูปชาม เคลือบด้วยเรซินบางๆ ผสมกับ YAG ประมาณ 200-500nm แสงสีน้ำเงินจากแผ่นรองรับ LED จะถูกดูดซับบางส่วนโดยฟอสเฟอร์ และแสงสีน้ำเงินอีกส่วนหนึ่งจะถูกผสมกับแสงสีเหลืองจากฟอสเฟอร์เพื่อให้ได้แสงสีขาว

สำหรับหลอด LED สีขาว InGaN/YAG การเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของสารเรืองแสง YAG และการปรับความหนาของชั้นสารเรืองแสง ทำให้ได้แสงสีขาวหลากหลายชนิดที่มีอุณหภูมิสี 3500-10000K วิธีการรับแสงสีขาวผ่านหลอด LED สีน้ำเงินนี้มีโครงสร้างที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ และเทคโนโลยีขั้นสูง จึงเป็นที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย