ในปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยี LED และข้อดีที่ไม่มีใครเทียบได้ของ หลอดไฟ LED , หลอดไฟ LED เป็นหลอดไฟรุ่นที่ 4 รองจากหลอดไส้, หลอดฟลูออเรสเซนต์, หลอดปล่อยก๊าซความเข้มสูง (HID) มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านแสงสว่าง, โคมไฟขนาดเล็กไปจนถึงโคมไฟตั้งโต๊ะ, ไฟฉาย, ไฟแสดงทางไฟฟ้าต่างๆ, ไฟสัญญาณ ฯลฯ
ใหญ่เท่ากับไฟภายในและภายนอก ไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์ - ไฟตกแต่ง - ไฟท่าเรือ - ไฟก่อสร้าง , ไฟสตูดิโอ, ไฟรถยนต์, โมดูลไฟหลังจอ LCD ฯลฯ ภายในต้นปี 2554 มูลค่า LED ความสว่างสูงทั่วโลกมีมูลค่าสูงถึง 10.6 พันล้านดอลลาร์
(I) ไฟ LED ทำงานอย่างไร
ชิป LED ใช้ไฟส่องสว่างทางแยก PN ของเซมิคอนดักเตอร์ ทางแยก pn ประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำเซมิคอนดักเตอร์ชนิด p และ n การก่อตัวลึกของทางแยก PN ทั้งสองด้านของอินเทอร์เฟซ ทางแยก pn ที่มีการนำไฟฟ้าทิศทางเดียว เมื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าที่ทางแยก PN พาหะส่วนใหญ่ของพื้นที่ P และ N จะแพร่กระจายไปยังอีกฝ่าย เนื่องจากการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนนั้นใหญ่กว่าการเคลื่อนที่ของรูมาก
คุณมีอิเล็กตรอนจำนวนมากกระจายเข้าสู่บริเวณ P และคุณมีการฉีดอิเล็กตรอนสองสามตัวเข้าไปในบริเวณ P อิเล็กตรอนเหล่านี้รวมกับรูในแถบเวเลนซ์ และเมื่อทำเช่นนั้น พวกมันจะปล่อยโฟตอนที่เปล่งแสงออกมา ซึ่งก็คือวิธีที่จุดเชื่อมต่อ PN หรือ LED เปล่งแสงออกมา
(2) ลักษณะของไฟ LED
- หลอดไฟ LED ขับเคลื่อนด้วยแหล่งจ่ายไฟ DC, แรงดันไฟฟ้าในการขับขี่ต่ำ, พลังงานขนาดเล็ก, การใช้พลังงานน้อยลง, การประหยัดพลังงาน
เนื่องจากส่วนที่เปล่งแสงของ LED เป็นชิปแยก PN ของเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งมีลักษณะของการส่งผ่านไกด์เดียวและการสกัดกั้นแบบย้อนกลับ หลอดไฟ LED จึงสามารถขับเคลื่อนด้วยแหล่งจ่ายไฟ DC เท่านั้น และแรงดันไฟฟ้าในการขับขี่ต่ำมาก แรงดันขับของลูกปัดเดี่ยวคือ 3.2V-3.4V และกำลังไฟน้อยมาก กระแสไฟไม่ควรเกิน 20m A
ปัจจุบันไฟ LED กำลังสูงมักใช้กับ 1W และ 3W และปัญหาการกระจายความร้อนจำเป็นต้องได้รับการแก้ไขสำหรับไฟ LED กำลังสูง ซึ่งสามารถรับได้โดยการรวมชิปหลายตัวเข้าด้วยกัน วิธีที่ใช้กันทั่วไปในการรับไฟ LED ทำงานที่มีกำลังสูงกว่าคือการเชื่อมต่อ LED แบบหลายลูกปัดแบบอนุกรมหรือแบบไฮบริด เพื่อให้คุณสามารถรับไฟทำงาน LED โดยพลการได้
เนื่องจากคุณสมบัติเหล่านี้ หลอดไฟ LED จึงใช้พลังงานน้อยมาก ยกตัวอย่างการใช้พลังงานของโคมไฟถนน โดยเปรียบเทียบหลอดไฟโซเดียมความดันสูง โคมไฟถนน LED และโคมไฟถนน LED พลังงานแสงอาทิตย์
หากแหล่งจ่ายไฟรายวันคือ 10 ชั่วโมง โดยโคมไฟถนนพลังงานแสงอาทิตย์คือ 2 ชั่วโมงบวกกับพลังงานแสงอาทิตย์ 8 ชั่วโมง การใช้พลังงานต่อปีของหลอดทั้งสามดวงคือ 54750KW/h, 21900KW/h และ 4380KW/h ตามลำดับ ปริมาณการใช้ไฟฟ้าต่อปีของ LED อยู่ที่ประมาณ 40% ของปริมาณการใช้ไฟฟ้าของหลอดโซเดียมความดันสูง และปริมาณการใช้ไฟฟ้าของโคมไฟถนน LED พลังงานแสงอาทิตย์ต่อปีมีเพียงประมาณ 8% ของปริมาณการใช้ไฟฟ้าของหลอดโซเดียมความดันสูง
ในทางตรงกันข้าม การใช้อย่างหลังเป็นไฟถนนจะช่วยประหยัดพลังงานและประหยัดค่าไฟฟ้าได้อย่างมาก ขณะนี้โคมไฟถนน LED ขนาดใหญ่กำลังสูงและระบบไฟถนน LED พลังงานแสงอาทิตย์ได้ถูกนำไปใช้ในประเทศของเราแล้ว
- LED เม็ดเดี่ยวมีขนาดเล็ก อายุการใช้งานยาวนาน และสามารถให้แสงอัจฉริยะได้
ขนาด LED มีขนาดเล็ก บรรจุภัณฑ์เรซินแทนที่จะเป็นแก้ว ไม่เสียหายง่าย ยืดหยุ่นและสะดวกในการใช้งาน หลอดไฟ LED อายุการใช้งานในห้องปฏิบัติการสูงถึง 100,000 ชั่วโมง การใช้งานปกติสูงถึง 5000000 ชั่วโมงข้างต้น และตราบใดที่อยู่ในช่วงกระแสไฟที่กำหนด จ่ายไฟสลับบ่อยครั้งหรือผ่านระบบควบคุมเพื่อปรับกระแส ไม่มีผลกระทบต่ออายุการใช้งาน LED
เนื่องจากสามารถควบคุมกระแสการทำงานของแหล่งกำเนิดแสง LED ได้ ดังนั้นด้วยการออกแบบวงจร ความสว่างของหลอดไฟที่ทำขึ้นยังสามารถควบคุมได้ สามารถรับรู้การควบคุมแสงอัจฉริยะ ตามลักษณะข้างต้นสามารถทำเป็นไฟตกแต่ง LED ที่หลากหลาย รูปแบบไดนามิก ฯลฯ สำหรับไฟ LED ท่าเรือ ตามความสว่างที่แตกต่างกันที่ต้องการในเวลาที่ต่างกันภายใต้สถานะการทำงาน สามารถตั้งค่าให้ปรับความสว่างในเวลาที่ต่างกัน ซึ่งไม่เพียงแต่สามารถประหยัดพลังงานได้ดีขึ้น แต่ยังไม่ส่งผลกระทบต่อชีวิตของมัน
เมื่อเทียบกับไฟทำงานอื่นๆ ลดอัตราการเปลี่ยนได้อย่างมาก ลดต้นทุนการบำรุงรักษา รวมถึงการติดตั้งและบำรุงรักษาง่าย
- ไม่มีการสั่นไหว ไม่มีแสงอัลตราไวโอเลต รังสีความร้อนต่ำมาก ไม่เป็นอันตรายต่อดวงตามนุษย์
หลอดไฟ LED ใช้สำหรับให้แสงสว่างภายในอาคารและสถานที่ทำงานและสถานศึกษา ซึ่งสามารถปกป้องดวงตาได้ ไฟ LED ขาวดำ, ทิศทางที่แข็งแกร่ง, การตอบสนองที่รวดเร็ว เหมาะอย่างยิ่งสำหรับไฟทำงาน, โคมไฟรถยนต์, ไฟท่าเรือ, โคมไฟเวทีและอื่นๆ
(3) การใช้ไฟ LED
เนื่องจากข้อดีที่ไม่มีใครเทียบได้ของหลอดไฟ LED ไฟ LED ทำงานจึงมีการพัฒนาที่ความเร็วที่รวดเร็วมากและค่อยๆ เข้ามาแทนที่ไฟทำงานอื่นๆ
ขณะนี้ไฟ LED ทำงานถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขาแสงทำงานต่างๆ เนื่องจากขนาดที่เล็กและการใช้งานที่ยืดหยุ่น LED จึงสามารถจัดเรียงเป็นรูปทรงต่างๆ และควบคุมโดยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ จึงสามารถแสดงรูปแบบคงที่และไดนามิก เช่น ข้อความ รูปภาพ ภาพเคลื่อนไหว ภาพยนตร์ และโทรทัศน์
ในพิธีเปิดการแข่งขันกีฬาโอลิมปิกปี 2008 ที่กรุงปักกิ่ง ไฟ LED แสดงให้เห็นถึงเสน่ห์และข้อดีอันไม่มีที่สิ้นสุด LED ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการจัดแสดงในที่สาธารณะ เช่น ไฟสัญญาณต่างๆ, ไฟภูมิทัศน์, การตกแต่งถนนสี่เหลี่ยม, การตกแต่งความบันเทิงสาธารณะ, ไฟเวที, ไฟอาคาร ฯลฯ
ในจอแสดงผลคริสตัลเหลว ไฟ LED ถูกใช้เป็นแสงพื้นหลังสำหรับหน้าจอแสดงผล เช่น คอมพิวเตอร์ โทรทัศน์ และโทรศัพท์มือถือ บนถนนที่มีการจราจร LED ถูกนำมาใช้เพื่อควบคุมไฟถนนประหยัดพลังงาน ไฟอุโมงค์ ไฟสะพานลอย ไฟสัญญาณจราจร และอื่นๆ
ในส่วนของไฟรถยนต์ ปัจจุบันไฟเบรก ไฟบอกตำแหน่ง ไฟเลี้ยว ไฟตัดหมอกหลัง ไฟถอยหลัง และไฟอื่นๆ ของรถยนต์หลายคันได้เริ่มใช้แหล่งกำเนิดแสง LED แล้ว
ในฐานะที่เป็น ไฟก่อสร้าง ด้วยการปรับปรุงเทคโนโลยี LED อย่างต่อเนื่อง ปัญหาทางเทคนิคยังคงได้รับการแก้ไข และการเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องของหลอดไฟ LED กำลังสูง, LED ในระบบแสงสว่างภายในอาคาร, หลอดไฟรถยนต์, สตูดิโอ, ไฟรับชม และการใช้งานด้านอื่น ๆ จะได้รับความนิยมมากขึ้น
(4) ปัญหาทางเทคนิคบางประการที่ต้องเผชิญกับไฟ LED
- เทคโนโลยี LED กำลังสูง
LED มีปัญหาคอขวดด้านประสิทธิภาพและปัญหาการกระจายความร้อน เช่น ความเสียหายจากการปล่อยไฟฟ้าสถิตและค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อน ดังนั้นจึงมีกำลังไฟไม่มากและมีความสว่างต่ำ
ปัจจุบันชิป LED กำลังสูงที่ใช้กันทั่วไปซึ่งมีประสิทธิภาพค่อนข้างเสถียรคือ 1W และ 3W พลังงาน LED สามารถปรับปรุงได้ด้วยชิปในตัว แต่เทคโนโลยีในปัจจุบันยังไม่สุกงอม ส่วนใหญ่จำเป็นต้องแก้ปัญหาการกระจายความร้อน นอกจากนี้ยังสามารถใช้หลอดไฟ LED กำลังสูงผ่านซีรีย์ LED หลายลูกปัดแบบขนานหรือแบบไฮบริด
สองอันหลังมีประสิทธิภาพน้อยกว่าและใช้งานน้อยกว่า ซีรีย์ LED แบบหลายลูกปัดเป็นแอปพลิเคชั่นหลักของหลอดไฟ LED ในด้านแสงสว่าง
แต่ซีรีส์เม็ดเดี่ยวมีส้นรองเท้าแบบ Achilles หากลูกปัดหนึ่งเสียหาย เส้นทางทั้งหมดจะถูกปิดกั้น นี่เป็นปัญหาคอขวดที่สำคัญซึ่งจำกัดการใช้หลอดไฟ LED กำลังสูงในด้านแสงสว่าง
เพื่อปรับปรุงพลังของหลอดไฟ LED สิ่งหนึ่งคือการปรับปรุงพลังงานจากชิป อีกอย่างคือเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบวงจรเพื่อปรับปรุงพลังงาน
- เทคโนโลยีการกระจายความร้อน
อุณหภูมิเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อ LED การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิจะเร่งการลดแสงของ LED และอุณหภูมิที่โหนดชิปส่งผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานของ LED ดังนั้น LED และความสามารถในการกระจายความร้อนจึงถูกจำกัดด้วยความแข็งแกร่งของพลังงาน LED
ความร้อนภายใน LED เกิดขึ้นเมื่อชิป LED และแผงวงจรพิมพ์ทำงาน สำหรับ LED กำลังต่ำ ความร้อนสามารถกระจายไปได้โดยการนำและการพาความร้อนตามธรรมชาติ แต่สำหรับ LED กำลังสูง จำเป็นต้องคำนึงถึงการกระจายความร้อนต่างๆ
ในการออกแบบการกระจายความร้อน มักจะพิจารณาการกระจายความร้อนของแพ็คเกจ LED แผงวงจร และการเพิ่มส่วนประกอบการกระจายความร้อน ด้วยการห่อหุ้มซิลิโคนการนำความร้อนที่ดี แผงวงจรพิมพ์ พร้อมชั้นฉนวนกันความร้อน ฐานโลหะ ฯลฯ สำหรับกำลังไฟสูง ไฟท่าเรือ LED เพื่อแก้ปัญหาการกระจายความร้อน นอกเหนือจากโครงสร้างการกระจายความร้อนที่ดีของ LED แล้ว ควรใช้เปลือกของไฟท่าเรือเป็นช่องกระจายความร้อน
เปลือกได้รับการออกแบบให้เป็นพื้นผิวการกระจายความร้อนด้านบนด้านข้างและครีบกระจายความร้อนเพื่ออำนวยความสะดวกในการพาอากาศ หรือเปลือกได้รับการออกแบบให้เป็นการกระจายความร้อนแบบพาความร้อนแบบรูอากาศ พัดลมช่วยระบายความร้อนด้วยอากาศและการระบายความร้อนด้วยน้ำของเส้นเลือดฝอย และวิธีการอื่น ๆ ยังอยู่ในขั้นตอนการทดสอบ ไฟตัดหมอกหน้า LED ของรถยนต์ ไฟหน้าและโคมไฟอื่น ๆ ในการออกแบบแผงวงจรอลูมิเนียม วงเล็บ ฯลฯ เพื่อเร่งการกระจายความร้อน
ในการออกแบบโครงสร้างของหลอดไฟ LED บางคนหยิบยกการกระจายความร้อนของหม้อน้ำท่อความร้อนในโคมไฟ เพื่อปรับปรุงผลการกระจายความร้อน การออกแบบโคมไฟต้องพิจารณาปัจจัยหลายประการ เช่น การจัดเรียงและการจัดเรียงหม้อน้ำของตัวโคมไฟเพื่อพิจารณาระยะห่าง ทิศทาง การรักษาพื้นผิว ฯลฯ บนเปลือกโลหะของโคมไฟและโคมไฟ การเคลือบการกระจายความร้อน
ปัจจุบันการพัฒนาของอุตสาหกรรม LED มุ่งเน้นไปที่ผลิตภัณฑ์ที่มีพลังงานสูง ความสว่างสูง ขนาดเล็ก โดยใช้โซ่ตรวนการกระจายความร้อนแบบเซรามิกเป็นวิธีการกระจายความร้อนของเมล็ด LED
