มนุษย์ได้ประดิษฐ์ตะเกียงเพื่อให้แสงสว่างมาตั้งแต่สมัยโบราณ ต่อมาได้พัฒนาเทคโนโลยีไปสู่การให้แสงสว่างในรูปเทียนไข จากนั้นมีความก้าวหน้าครั้งสำคัญเมื่อมีการประดิษฐ์หลอดไฟฟ้าแบบใช้ขดลวด หลอดนีออน และหลอดฟลูออเรสเซนต์ สำหรับในยุคปัจจุบัน โลกกำลังก้าวสู่เทคโนโลยีใหม่ คือ ไดโอดเรืองแสง(Light Emitting Diode - LED)

LED นับเป็นอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์แบบหนึ่งที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน และจะปล่อยแสงสว่างออกมา ความจริงแล้ว LED ไม่ใช่เรื่องใหม่แต่อย่างใด โดยนักวิทยาศาสตร์ได้สังเกตมาตั้งแต่ปี 2450 ว่าเซมิคอนดักเตอร์จะเปล่งแสงออกมาเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน อย่างไรก็ตามแสงที่เปล่งออกมามีปริมาณน้อยมาก จึงทำให้เทคโนโลยีนี้ไม่ได้รับความสนใจ

การนำเทคโนโลยี LED มาใช้ประโยชน์เชิงพาณิชย์ได้เริ่มต้นขึ้นเมื่อนาย Nick Holonyak นักวิจัยแห่งบริษัท GE ประสบผลสำเร็จเมื่อปี 2505 ในการประดิษฐ์ LED ที่สามารถเปล่งแสงสีแดงที่มีความสว่างออกมามากเพียงพอที่จะนำมาใช้ประโยชน์ได้ ทำให้ทั่วโลกเริ่มมีการตื่นตัววิจัยและพัฒนาในด้านนี้อย่างจริงจัง

อย่างไรก็ตาม LED ที่ได้จากการวิจัยและพัฒนาในช่วงนั้นยังเปล่งแสงสว่างน้อยมาก จึงไม่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในรูปให้แสงสว่างแต่อย่างใด ส่วนใหญ่นำไปใช้เป็นปุ่มสัญญาณแสงสีต่างๆ ในอุปกรณ์ไฟฟ้า เป็นต้นว่า หลอด LED ขนาดเล็กเท่าหัวเข็มหมุด ได้ติดตั้งในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อให้สัญญาณว่าเครื่องกำลังเปิดหรือปิด

เดิมแสงจาก LED จะเป็นสีต่างๆ ไม่ได้เป็นสีขาว จึงมีข้อจำกัดในการนำมาให้แสงสว่างแทนหลอดไฟ สำหรับบุคคลสำคัญที่สามารถแก้ไขปัญหานี้ คือ นาย Shuji Nakamura แห่งบริษัท Nichia Chemical ของญี่ปุ่น ได้ประสบผลสำเร็จในการประดิษฐ์ LED สีน้ำเงินที่มีความสว่างจ้า จากนั้นได้นำ LED สีน้ำเงินไปเคลือบด้วยสารเคลือบเรืองแสงสีเหลือง จะทำให้แสงจาก LED ที่ออกมากลายเป็นสีขาว สามารถนำไปใช้ในรูปให้แสงสว่าง โดยได้เริ่มวางตลาด LED สีขาว นับตั้งแต่ปี 2536 เป็นต้นมา

ปัจจุบันจากความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ ทำให้เทคโนโลยีของLED ก้าวหน้าอย่างรวดเร็วตามไปด้วย ได้มีการนำ LED มาใช้ประโยชน์แพร่หลายมากขึ้นเรื่อยๆ เช่น ในเครื่องคิดเลข สัญญาณจราจร ไฟท้ายรถยนต์ ป้ายสัญญาณต่างๆ ไฟฉาย ไฟให้สัญญาณของประภาคาร จอภาพยนตร์ขนาดใหญ่ ยิ่งไปกว่านั้น หน้าจอ LCD ของโทรศัพท์มือถือที่ เราใช้กันทั่วไป เกือบทั้งหมดจะให้แสงสว่างด้วย LED

สำหรับในอนาคต จะนำแสงสว่างจาก LED ไปใช้ในเครื่องบิน โดยสายการบิน Qantas Airways ของออสเตรเลีย ได้เริ่มติดตั้งหลอด LED ไปใช้ในห้องโดยสารชั้น 1 โดยจะเปิดหลอด LED สีน้ำเงินเข้มในเวลาที่ผู้โดยสารพักผ่อนนอนหลับ ยิ่งไปกว่านั้น บริษัทโบอิ้งวางแผนจะติดตั้งหลอด LED เพื่อตกแต่งภายในห้องโดยสารของเครื่องบินโบอิ้ง 787 ที่มีฉายาว่า Dreamliner ที่กำหนดจะเปิดให้บริการในอนาคตอันใกล้

ขณะเดียวกันรัฐบาลประเทศต่างๆ ได้ส่งเสริมการใช้ประโยชน์จากLED เพื่อลดการใช้พลังงาน เป็นต้นว่า กระทรวงเศรษฐกิจของไต้หวันยังประกาศเมื่อเดือนเมษายน 2550 ว่าลงทุน 2,100 ล้านเหรียญไต้หวัน เพื่อจะเปลี่ยนไฟสัญญาณจราจรทั่วประเทศมาเป็นการใช้ LED ทั้งหมด ภายใน 3 ปี ยิ่งไปกว่านั้น ในอนาคตจะเปลี่ยนไฟที่ให้แสงสว่างแก่ถนนมาเป็น LED เช่นเดียวกัน

จากการนำไปประยุกต์ใช้อย่างแพร่หลาย ทำให้ปัจจุบันตลาด LED แบบที่มีแสงสว่างสูงได้เติบโตอย่างรวดเร็วจาก 122 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2538 เป็น 3,900 ล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2548 และคาดว่าในอนาคตเติบโตขึ้นในอัตราสูงถึงปีละ 25% โดยสัดส่วนมากกว่าครึ่งหนึ่ง คือ 52% ได้นำไปใช้ในการให้แสงสว่างแก่จออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบเคลื่อนที่ เช่น จอโทรศัพท์มือถือ จอของกล้องดิจิตอล ฯลฯ รองลงมา คือ ใช้ในป้ายและจอภาพขนาดใหญ่ 14% ใช้ในรถยนต์ 14%

ญี่ปุ่นครองตลาด LED มากเป็นอันดับ 1 ของโลก รองลงมา คือ ไต้หวัน โดยหากรวมปริมาณการผลิตของ 2 ประเทศ คือ ญี่ปุ่นและไต้หวัน จะมีส่วนแบ่งตลาดโลกรวมกันมากถึง 2 ใน 3 สำหรับผู้นำในธุรกิจ LED คือ บริษัท Nichia ของญี่ปุ่น บริษัท Toyoda Gosei ของญี่ปุ่น และบริษัท Cree ของสหรัฐฯ

สำหรับข้อดีของ LED มีหลายประการ

ประการแรก : LED ยังมีประสิทธิภาพการให้พลังงานแสงสว่างที่ระดับสูงถึง 70 ลูเมน/วัตต์ สูงกว่าหลอดไฟฟ้าแบบขดลวดที่มีประสิทธิภาพที่ระดับ 15 ลูเมน/วัตต์ แม้ประสิทธิภาพในการให้แสงสว่างของหลอด LED ในปัจจุบันจะต่ำกว่าหลอดไฟแบบฟลูออเรสเซ็นต์ซึ่งมีประสิทธิภาพสูงถึง 80 — 100 ลูเมน/วัตต์ อย่างไรก็ตาม แสงสว่างของหลอดไฟฟลูออเรสเซ็นต์จะแพร่ออกไปทุกทิศทาง ทำให้สูญเปล่าจำนวนมาก ขณะที่แสงสว่างของ LED จะส่องไป u3648 เฉพาะด้านหน้าเท่านั้น

ดังนั้น ประสิทธิภาพของ LED ที่ระดับ 70 ลูเมน/วัตต์ จึงนับมีมากกว่าหลอดฟลูออเรสเซ็นต์ที่ระดับ100 ลูเมน/วัตต์ ยิ่งไปกว่านั้น LED ก้าวหน้าเร็วมาก ทำให้มีแนวโน้มว่าจะมีประสิทธิภาพเหนือกว่าหลอดฟลูออเรสเซ็นต์ในอนาคตอันใกล้ เนื่องจากในช่วงที่ผ่านมาประสิทธิภาพของ LED เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจาก 5 ลูเมน/วัตต์ ในปี 2539 เป็น 50 ลูเมน/วัตต์ ในปี 2546 และเพิ่มขึ้นเป็น 70 วัตต์/ลูเมน

ในปี 2547 ล่าสุดบริษัท Nichia ได้ประกาศเมื่อปลายปี 2549 ว่าประสบผลสำเร็จในด้านวิจัยและพัฒนา LED ต้นแบบที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 150 ลูเมน/วัตต์

ประการที่ 2 : หลอดฟลูออเรสเซ็นต์จะมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากภายในบรรจุไอของปรอท ขณะที่หลอดไฟLED มีผลกระทบน้อยกว่า

ประการที่ 3 : สามารถควบคุมคุณภาพของแสงให้ปล่อยออกมาได้ ดังนั้น จึงนำไปใช้ประโยชน์ในการให้แสงสว่างในสถานที่สำคัญ เป็นต้นว่า พิพิธภัณฑ์ลูฟของกรุงปารีส ได้ใช้แสงจาก LED ในการให้แสงสว่างต่อภาพเขียนโมนาลิซ่า เนื่องจากสามารถควบคุมแสงสว่างจาก LED ไม่ให้มีส่วนผสมของแสงที่เป็นอันตรายต่อภาพเขียน เช่น แสงอินฟราเรด แสงอุลตราไวโอเลท ฯลฯ

ประการที่ 4 : จากการที่LED ปล่อยความร้อนออกมาน้อยมาก ทำให้อาคารลดการสูญเสียพลังงานไฟฟ้าในส่วนครื่องปรับอากาศ ทำให้ช่วยประหยัดพลังงานมากขึ้นไปอีก

ประการที่ 5 : อายุการใช้งานของหลอด LED ยาวนานถึง 100,000 ชั่วโมง หรือ 11 ปี เปรียบเทียบกับหลอดฟลูออเรสเซ็นต์ซึ่งมีอายุใช้งาน 30,000 ชั่วโมง หรือหลอดไฟฟ้าแบบขดลวดที่มีอายุใช้งานเพียง 1,000 — 2,000 ชั่วโมงเท่านั้น

ประการที่ 6 : หลอด LED ยังมีความทนทานต่อการสั่นสะเทือนมากกว่า จึงเหมาะสมสำหรับติดตั้งในเครื่องบินหรือรถยนต์ นอกจากนี้ หลอด LED ไม่เปราะบางเหมือนกับหลอดไฟฟ้าแบบขดลวดหรือหลอดฟลูออเรสเซ็นต์ บางครั้งแม้ถูกทุบตีอย่างแรง ก็ยังสามารถใช้งานได้

ประการที่ 7 : หลอด LED เหมาะสำหรับหลอดไฟที่ต้องการให้เปิดปิดบ่อยครั้ง เนื่องจากสามารถเปิดปิดบ่อยๆ โดยไม่มีปัญหาแต่อย่างใด และเมื่อเปิดหลอดไฟ จะให้ความสว่างโดยทันที นับว่าแตกต่างจากหลอดฟลูออเรสเซ็นต์ที่หากเปิดปิดบ่อยครั้งจะเสียง่าย หรือหลอด HID ซึ่งเมื่อเปิดสวิชต์แล้ว จะใช้เวลาช่วงหนึ่งกว่าจะให้แสงสว่างออกมา

แม้ปัจจุบันมีการนำLED ไปใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ มากมาย แต่กลับยังไม่ได้นำมาใช้แพร่หลายเพื่อให้แสงสว่างภายในบ้าน เนื่องจากมีข้อจำกัดสำคัญ คือ ยังไม่สามารถผลิต LED ที่เปล่งแสงสีขาวโดยแท้จริงได้ โดยปัจจุบันมี 2 วิธี ที่นำมาใช้เพื่อผลิต LED ที่เปล่งแสงสีขาวโดยทางอ้อม

วิธีแรก : นับเป็นวิธีการที่นิยมใช้มากที่สุดและง่ายที่สุด คิดค้นโดยบริษัท Nichia เมื่อปี 2539 คือ การเคลือบ LED สีน้ำเงินด้วยสารเรืองแสงสีเหลือง อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของวิธีการนี้ คือ ก่อให้เกิดการสูญเสียพลังงาน ทำให้ประสิทธิภาพในการให้แสงสว่างลดลง

วิธีที่ 2 : นับเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพการใช้พลังงานสูงกว่า คือ การนำแสงสีแดง เขียว และน้ำเงิน มาผสมกันให้พอเหมาะเพื่อให้เป็นสีขาว ซึ่งมีข้อดี คือ นอกจากผสมกันเป็นสีขาวแล้ว ยังสามารถผสมสีออกมาเป็นสีต่างๆ ได้ตามต้องการ อย่างไรก็ตาม ข้อเสียของวิธีการนี้ คือ มีความยุ่งยากและมีค่าใช้จ่ายสูงในการบำรุงรักษาเนื่องจากจะต้องมีหลอด LED จำนวนมาก

สำหรับข้อจำกัดอีกประการหนึ่ง คือ ราคาหลอด LED สีขาวยังแพงกว่าหลอดฟลูออเรสเซนต์อยู่มาก อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันการวิจัยและพัฒนาเกี่ยวกับ LED ได้ก้าวหน้าอย่างรวดเร็วดังนั้น ผู้เชี่ยวชาญได้คาดหมายว่าภายในปี 2553 ต้นทุน LED สีขาวจะใกล้เคียงกับหลอดฟลูออเรสเซนต์ ซึ่งจะทำให้ตลาด LED ขยายตัวอย่างรวดเร็ว

อนึ่ง ความจริงแล้วไม่จำเป็นที่จะต้องลดต้นทุนการผลิต LED ให้มาอยู่ที่ระดับเดียวกันกับหลอดฟลูออเรสเซนต์แต่อย่างใด แม้ราคาหลอด LED จะแพงกว่า แต่การติดตั้งอุปกรณ์ LED จะง่ายกว่าการติดตั้งหลอดฟลูออเรสเซนต์ซึ่งต้องมีอุปกรณ์เสริมจำนวนมาก ดังนั้น หากราคา LED สูงกว่าราคาหลอดฟลูออเรสเซนต์ไม่มากนักแล้ว ต้นทุนรวมในการติดตั้งหลอด LED จะต่ำกว่า

จากข้อจำกัดในการผลิต LED สีขาวดังกล่าวข้างต้น ทำให้รัฐบาลประเทศต่างๆ สนับสนุนการวิจัยและพัฒนาเพื่อทำลายข้อจำกัดนี้ เป็นต้นว่า รัฐบาลสหรัฐฯ ได้สนับสนุนเงินในด้านวิจัยและพัฒนาในโครงการ Next Generation Lighting Initiative โดยมีเป้าหมายเพื่อให้ประสิทธิภาพของLED สีขาวเพิ่มเป็น 3 เท่า ภายในปี 2568 ซึ่งหากประสบผลสำเร็จและมีการนำ LED มาให้แสงสว่างอย่างแพร่หลายแล้ว จะทำให้ทั่วโลกประหยัดพลังงานไฟฟ้าจำนวนมากมาย

ยุทธศักดิ์ คณาสวัสดิ์