1. LED คืออะไร?

LED ย่อมาจาก Light Emitting Diode หรือในภาษาไทยเรียกว่า ไดโอดเปล่งแสง เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ (Semiconductor) ที่แปลงพลังงานไฟฟ้าให้เป็นแสงสว่างโดยตรงโดยไม่ผ่านกระบวนการเผาไหม้หรือการสร้างความร้อนสูงเหมือนหลอดไส้แบบดั้งเดิม ทำให้หลอดไฟ LED มีประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูง อายุการใช้งานยาวนาน และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าหลอดไฟชนิดอื่น

 

2. จุดเริ่มต้นของ LED

ปรากฏการณ์การเปล่งแสงจากสารกึ่งตัวนำถูกค้นพบครั้งแรกในปี ค.ศ. 1907 โดย Henry Joseph Round นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ ซึ่งสังเกตเห็นการเปล่งแสงสีเหลืองจากผลึกซิลิกอนคาร์ไบด์ (Silicon Carbide) เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้า ต่อมาในปี ค.ศ. 1927 นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซีย Oleg Losev ได้พัฒนาต่อและตีพิมพ์รายงานทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ แต่ในสมัยนั้นยังไม่มีการนำไปใช้งานจริงในเชิงพาณิชย์

 

3. LED เชิงพาณิชย์ยุคแรก (ค.ศ. 1960s)

LED เชิงพาณิชย์ตัวแรกถูกพัฒนาในปี ค.ศ. 1962 โดย Nick Holonyak Jr. วิศวกรของบริษัท General Electric ซึ่งสามารถสร้าง LED ที่เปล่งแสงสีแดงที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าเป็นครั้งแรก จนได้รับการขนานนามว่าบิดาแห่ง LED ต่อมาในปี ค.ศ. 1972 M. George Craford ลูกศิษย์ของ Holonyak ได้คิดค้น LED สีเหลืองและพัฒนา LED สีแดงที่สว่างกว่าเดิมถึง 10 เท่า ในยุคแรกนี้ LED ใช้งานเฉพาะในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น จอแสดงผลเครื่องคิดเลข นาฬิกาดิจิทัล และแผงควบคุม

 

4. การค้นพบ LED สีน้ำเงิน จุดเปลี่ยนสำคัญ (ค.ศ. 1990s)

ความก้าวหน้าที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์ LED เกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1993 เมื่อ Shuji Nakamura นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่นจากบริษัท Nichia Corporation สามารถพัฒนา LED สีน้ำเงินความสว่างสูงจากวัสดุแกลเลียมไนไตรด์ (Gallium Nitride: GaN) ได้สำเร็จ การค้นพบนี้ถือเป็นการปฏิวัติวงการ เพราะเมื่อรวม LED สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงินเข้าด้วยกัน ทำให้สามารถสร้างแสงสีขาวได้ครบวงจร Shuji Nakamura พร้อมด้วย Isamu Akasaki และ Hiroshi Amano ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 2014 จากผลงานชิ้นนี้

 

5. LED สีขาวและการปฏิวัติวงการแสงสว่าง

หลังจากการค้นพบ LED สีน้ำเงิน นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาต่อโดยนำสารเรืองแสงฟอสเฟอร์ (Phosphor) มาเคลือบบน LED สีน้ำเงิน เพื่อแปลงแสงบางส่วนให้เป็นสีเหลือง และเมื่อแสงสีน้ำเงินรวมกับสีเหลือง ตาของมนุษย์จะรับรู้เป็นแสงสีขาว เทคนิคนี้ทำให้หลอดไฟ LED สีขาวผลิตได้จริงและมีราคาถูกพอที่จะใช้งานเชิงพาณิชย์ได้ในช่วงต้นทศวรรษ 2000

 

6. LED ในยุคปัจจุบัน

ปัจจุบัน LED ได้เข้ามาแทนที่หลอดไฟแบบเดิมแทบทุกประเภท ไม่ว่าจะเป็นหลอดไส้ (Incandescent) หลอดฟลูออเรสเซนต์ (Fluorescent) และหลอดประหยัดพลังงาน (CFL) LED สมัยใหม่มีประสิทธิภาพสูงถึง 100-200 ลูเมนต่อวัตต์ เทียบกับหลอดไส้ที่มีเพียง 10-15 ลูเมนต่อวัตต์ มีอายุการใช้งานนานกว่า 25,000-50,000 ชั่วโมง และไม่มีสารปรอทเหมือนหลอดฟลูออเรสเซนต์ นอกจากนี้ยังมีการพัฒนา Smart LED ที่สามารถควบคุมผ่านแอปพลิเคชันมือถือ ปรับสีและความสว่างได้ตามต้องการ ซึ่งกำลังได้รับความนิยมอย่างแพร่หลาย

 

7. ข้อดีของหลอดไฟ LED

ประหยัดพลังงานสูงถึง 80-90% เมื่อเทียบกับหลอดไส้แบบดั้งเดิม และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 25,000 ชั่วโมงขึ้นไป ไม่มีสารพิษ เช่น ปรอท จึงเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ทนทานต่อการสั่นสะเทือนและอุณหภูมิที่หลากหลาย และติดสว่างได้ทันทีโดยไม่ต้องอุ่นเครื่อง

 

แหล่งอ้างอิง

1. Schubert, E.F. (2006). Light-Emitting Diodes (2nd ed.). Cambridge University Press.

2. Holonyak, N. & Bevacqua, S.F. (1962). Coherent (Visible) Light Emission from Ga(As-P) Junctions. Applied Physics Letters, 1(4), 82-83.

3. Nakamura, S., Mukai, T., & Senoh, M. (1994). Candela-class high-brightness InGaN/AlGaN double-heterostructure blue-light-emitting diodes. Applied Physics Letters, 64(13), 1687-1689.

4. The Royal Swedish Academy of Sciences. (2014). The Nobel Prize in Physics 2014. NobelPrize.org. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2014/summary/

5. Department of Energy, U.S. (2023). LED Lighting. Energy.gov. https://www.energy.gov/energysaver/led-lighting

6. สถาบันไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์. (2565). เทคโนโลยีหลอดไฟ LED และแนวโน้มในอนาคต. กรุงเทพฯ: สำนักพิมพ์วิศวกรรมสถาน.

7. IEEE. (2020). History of LED Technology. IEEE Spectrum. https://spectrum.ieee.org