ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา อุตสาหกรรมแสงสว่างได้เห็นการปฏิวัติอันเนื่องมาจาก Light Emitting Diodes หรือ LED มีความทนทาน ประหยัดพลังงาน และปรับเปลี่ยนได้เพียงพอที่จะใช้ในสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย รวมถึงที่พักอาศัย รถยนต์ สัญญาณไฟจราจร และอุปกรณ์ไฟฟ้า กระบวนการเรืองแสงที่ขับเคลื่อน LED ถือเป็นหัวใจสำคัญของเทคโนโลยี บทความนี้จะกล่าวถึงพื้นฐานของกระบวนการเรืองแสงของไฟ LED และวิธีสร้างแสง
เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านไฟ LED โซลิดสเตต พวกมันจะผลิตแสง ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำ เช่น ซิลิคอนคาร์ไบด์ แกลเลียมอาร์เซไนด์ หรือแกลเลียมไนไตรด์ เมื่อขับเคลื่อนด้วยกระแสไฟฟ้า ลักษณะพิเศษของวัสดุเหล่านี้จะทำให้สามารถผลิตแสงได้ โฟตอนซึ่งเป็นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าชุดเล็กๆ ที่มนุษย์รับรู้ได้ว่าเป็นแสงที่มองเห็นได้ ถูกสร้างขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการเรืองแสงของ LED
โครงสร้างของ LED ค่อนข้างตรงไปตรงมา ทางแยกแยกบริเวณประเภท p (พาหะประจุบวก) และชนิด n (พาหะประจุลบ) ที่ประกอบกันเป็นโครงสร้างนี้ อิเล็กตรอนและรู (ขาดอิเล็กตรอน) อาจเดินทางข้ามทางแยกเมื่อมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าข้ามจุดนั้นเนื่องจากทำให้เกิดสนามไฟฟ้า อิเล็กตรอนจะผสมกับรูขณะที่พวกมันเปลี่ยนจากประเภท n ไปเป็นบริเวณประเภท p และปล่อยพลังงานออกมาในรูปของโฟตอน
LED มีกลไกการเรืองแสงสองประเภทที่แตกต่างกัน: แบบกระตุ้นและแบบที่เกิดขึ้นเอง เมื่ออิเล็กตรอนในแถบการนำไฟฟ้าของบริเวณประเภท n รวมตัวอีกครั้งโดยมีรูในแถบเวเลนซ์ของบริเวณประเภท p พลังงานจะถูกปล่อยออกมาในรูปของโฟตอน ซึ่งส่งผลให้เกิดการส่องสว่างได้เอง เนื่องจากมันเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและไม่มีการกระตุ้นจากภายนอก ปรากฏการณ์นี้จึงเรียกว่าการปล่อยก๊าซธรรมชาติ
ในทางตรงกันข้าม สิ่งเร้าภายนอกเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้เกิดการเรืองแสงที่ถูกกระตุ้น มันเกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนในแถบการนำไฟฟ้าถูกกระตุ้นให้ย้ายไปยังระดับพลังงานที่สูงขึ้นโดยโฟตอนภายนอก เช่น อนุภาคแสงหรือกระแสไฟฟ้า เราเรียกกระบวนการนี้ว่าความตื่นเต้น อิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นจะปล่อยพลังงานในรูปของโฟตอนเมื่อถึงระดับพลังงานเริ่มต้น เนื่องจากมันถูกกระตุ้นโดยโฟตอนภายนอก ปรากฏการณ์นี้จึงเรียกว่าการปล่อยแบบกระตุ้น
LED สร้างแสงโดยการผสมผสานระหว่างกระบวนการเรืองแสงแบบเหนี่ยวนำและที่เกิดขึ้นเอง จุดเชื่อมต่อ pn ของ LED ทำหน้าที่เป็นจุดรวมตัวของอิเล็กตรอนและรู ซึ่งช่วยให้สามารถเปล่งแสงได้เอง ความน่าจะเป็นของการรวมตัวกันใหม่และการปล่อยก๊าซธรรมชาติจะเพิ่มขึ้นเมื่อมีการจ่ายแรงดันไฟฟ้าให้กับ LED เนื่องจากทำให้เกิดอคติไปข้างหน้าซึ่งทำให้อิเล็กตรอนและรูไหลผ่านจุดเชื่อมต่อได้อย่างอิสระ
นอกจากนี้ LED ยังผลิตแสงภายในช่วงความยาวคลื่นที่กำหนด ด้วยการเลือกใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์อย่างระมัดระวังและเติมสารเจือปน ก็สามารถบรรลุผลสำเร็จได้ อะตอมแปลกปลอมจำนวนเล็กน้อยถูกเติมลงในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ในระหว่างกระบวนการเติมสาร ทำให้ลักษณะทางไฟฟ้าและทางแสงของวัสดุเปลี่ยนไป ช่องว่างพลังงานระหว่างแถบวาเลนซ์และแถบการนำไฟฟ้า ซึ่งจะส่งผลต่อความยาวคลื่นของแสงที่ปล่อยออกมานั้น จะถูกกำหนดโดยชนิดและความเข้มข้นของสิ่งเจือปน
เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีแสงสว่างก่อนหน้านี้ กระบวนการเรืองแสงของ LED ให้ประโยชน์หลายประการ ความจริงที่ว่า LED ใช้พลังงานน้อยมากถือเป็นหนึ่งในคุณประโยชน์ที่ใหญ่ที่สุด พวกมันสูญเสียพลังงานน้อยมากในรูปของความร้อนและเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าส่วนใหญ่ให้เป็นแสง สิ่งนี้แตกต่างกับหลอดไส้ซึ่งผลิตพลังงานไฟฟ้าเพียง 10% เป็นแสงและมากถึง 90% เป็นความร้อน
อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นของเทคโนโลยี LED เป็นประโยชน์เพิ่มเติม ตรงกันข้ามกับหลอดไส้ซึ่งมีอายุการใช้งานเพียง 1,000–2,000 ชั่วโมง ไฟ LED อาจใช้งานได้นานสูงสุด 50,000 ชั่วโมง หรือมากกว่าห้าปีในการใช้งานต่อเนื่อง นี่หมายความว่า LED ต้องการการบำรุงรักษาและการเปลี่ยนน้อยลง ซึ่งท้ายที่สุดจะช่วยประหยัดเงินให้กับทั้งผู้บริโภคและบริษัท
นอกจากนี้ LED ยังสามารถปรับเปลี่ยนได้มากและมีประโยชน์ใช้สอยมากมาย ใช้ในการส่องสว่างภายในบ้าน สัญญาณไฟจราจร ไฟถนน จอคอมพิวเตอร์ และโทรทัศน์ นอกจากนี้ ขนาดที่เล็กและประสิทธิภาพการใช้พลังงานยังทำให้มีประโยชน์ในอุปกรณ์ทางการแพทย์และไฟรถยนต์อีกด้วย
โดยสรุป กลไกการส่องสว่างอันน่าทึ่งของไฟ LED ทำให้เป็นตัวเลือกการจัดแสงที่สมบูรณ์แบบสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย LED ให้แสงที่ประหยัดพลังงาน ทนทาน และปรับเปลี่ยนได้ โดยผสมผสานกระบวนการเรืองแสงที่เกิดขึ้นเองและกระตุ้น เราสามารถเข้าใจหลักฟิสิกส์ที่อยู่เบื้องหลังเทคโนโลยีล้ำสมัยนี้และศักยภาพในการปฏิวัติระบบแสงสว่างในอนาคตโดยการทำความเข้าใจพื้นฐานของกระบวนการเรืองแสง
https://www.benweilighting.com/professional-lighting/sensor-led-tube-light/motion-sensor-detector-led-light.html
