หลอด LED รับรางวัลโนเบล

วรากรณ์ สามโกเศศ
มหาวิทยาลัยธุรกิจบัณฑิตย์

หลอดไฟแบบเผาไหม้ที่คิดค้นขึ้นได้เมื่อ 136 ปีก่อนให้ความสว่างแก่มนุษย์ในศตวรรษที่ 20 แต่หลอดไฟ LED จะทำหน้าที่เดียวกันในศตวรรษที่ 21 และด้วยเหตุนี้ผู้ร่วมกันสร้างสรรค์หลอดไฟ LED ซึ่งเป็นคนญี่ปุ่น 3 คน จึงได้รับรางวัลโนเบลเมื่อเร็วๆ นี้

LED (Light-Emitting Diode) เป็นหลอดไฟที่ให้แสงสว่างโดยตรงจากกระแสไฟฟ้า ในขณะที่หลอดไฟแบบเผาไหม้ที่เรียกกว่า incandescent light ซึ่งคิดค้นโดย Thomas Edison ในปี ค.ศ. 1878 ให้แสงสว่างทางอ้อม กล่าวคือกระแสไฟฟ้าไปเผาไหม้ไส้และไส้เปล่งแสงสว่าง ดังนั้น สำหรับความสว่างเท่ากันจึงกินไฟฟ้ามากกว่าเมื่อเทียบกับหลอดไฟ LED

นักประวัติศาสตร์ปัจจุบันค้นพบว่ามีการประดิษฐ์หลอดไฟฟ้าแบบเผาไหม้ก่อน Edison ไม่น้อยกว่า 22 สิ่งประดิษฐ์ หากแต่ว่าสิ่งประดิษฐ์ของ Edison นั้นมีคุณภาพเหนือกว่าเพราะได้ทดลองไส้หลอดไฟฟ้าจากวัสดุนับร้อยๆ ชนิด จนในที่สุดก็ประสบความสำเร็จจากถ่านไม้ไผ่ ต่อมามีการพัฒนาปรับปรุงโดยนักประดิษฐ์จำนวนมากในสหรัฐอเมริกาและยุโรปในทศวรรษแรกของ ค.ศ. 1900 จนในที่สุด ทัวสเตนเป็นสารที่ใช้ได้ผลดีที่สุดในการเอามาทำไส้

ต่อมามีการต่อยอดโดยอัดก๊าซฮาโลเจนเข้าไปผสมกับไส้ในและได้แสงสว่างที่ขาวนวลเหมือนกลางวันเป็น white light แต่ถึงจะประหยัดไฟได้มากกว่าเดิมแต่ก็มีราคาแพงกว่าพอควร

ยังมีหลอดไฟประเภทสองที่เรียกว่าฟลูออเรสเซนต์หรือหลอดนีออน ใช้วิธีผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในหลอดบรรจุก๊าซเพื่อให้เกิดไอระเหยของปรอท ซึ่งผลิตรังสีอัลตราไวโอเลตให้ไปทำปฏิกิริยากับฟอสเฟอร์ซึ่งฉาบอยู่ในหลอดและเกิดแสงสว่างขึ้น

หลอดนีออนมีการต่อยอดเป็นหลอดที่เรียกว่า CFL (Compact Florescent Lamp) ซึ่งหน้าตาคล้ายหลอดไฟแบบเผาไหม้ แต่เป็นหลอดนีออนซึ่งเสียบเข้าไปในเต้าและใช้ได้เลยโดยไม่ต้องมีอุปกรณ์บัลลาสต์และสตาร์ตเตอร์ให้รุงรัง CFL มีหลอดแก้วเป็นไส้ขดไปมาภายในหรือเป็นขาอยู่ข้างใน ปัจจุบัน CFL เป็นที่นิยมในบ้านเรา

อย่างไรก็ดี หลอดประเภทที่สามที่กำลังจะเป็นหลอดไฟของศตวรรษที่ 21 คือ LED หลอดไฟชนิดนี้กำลังจะมาแทนที่ดังที่เกิดขึ้นแล้วในบางอาคารในบ้านเราและในประเทศพัฒนาแล้วอื่นๆ เพราะกินไฟน้อยมากและมีอายุทนทานมาก

หลอด LED สีแดงและเขียวมีผู้ประดิษฐ์ได้แล้วตั้งแต่ ค.ศ. 1960 แต่ยังไม่มีใครสามารถประดิษฐ์หลอด LED ที่ให้สีน้ำเงินซึ่งเมื่อผสมกับสองสีก่อนหน้าก็สามารถเกิดเป็นไฟสีขาวและสามารถเอามาใช้เป็นหลอดไฟในบ้านแทนหลอดไฟแบบเผาไหม้และไฟนีออนได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงกว่ามาก

ที่มาภาพ : http://www.glowtechindia.com/images/world.jpg
ที่มาภาพ : http://www.glowtechindia.com/images/world.jpg

ศาสตราจารย์ Isamu Akasaki (อายุ 85 ปีในปัจจุบัน) สามารถผลิตหลอด LED ที่ให้แสงไฟสีน้ำเงินได้ในปี 1981 ถึงแม้ว่าก่อนหน้านั้นโลกตะวันตกเชื่อว่าทำไม่ได้ก็ตามที แต่แสงที่ผลิตได้ก็อ่อนจนไม่สามารถเอาไปทำประโยชน์อะไรได้เนื่องจากเกร็ดละอองแก้วซึ่งใช้เป็นวัสดุหลักในการทำขั้วไฟในหลอดยังไม่ดีพอ ต่อมาเขาได้นักศึกษาปริญญาเอกชื่อ Hiroshi Amano (ปัจจุบันอายุ 54 ปี) มาทำงานทดลองใช้วัสดุนานาชนิดเพื่อผลิตละอองแก้วอย่างบากบั่นมานะ จนในที่สุด LED ก็สามารถผลิตแสงไฟสีฟ้าสว่างจ้าได้สำเร็จในปี 1985

ในฟากของเอกชน Shuji Nakamura (ปัจจุบันอายุ 60 ปี) แห่งบริษัทขนาดเล็กผลิตหลอดไฟฟ้าชื่อ Nichia Corp ก็สามารถฟันฝ่าอุปสรรคการดูถูกเยาะเย้ยว่าไม่ได้มีส่วนช่วยงานบริษัท สามารถนำสิ่งประดิษฐ์หลอด LED สีฟ้ามาผลิตเชิงพาณิชย์ได้สำเร็จโดยเป็นลำแสงสีขาวสว่างจ้าในปี 1990

ทั้งสามคนจึงได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ร่วมกันประจำปี 2014 ยิ่งเป็นที่ภาคภูมิใจแก่คนญี่ปุ่นเป็นอย่างมาก สามคนนี้ทำให้ญี่ปุ่นได้รับรางวัลโนเบลรวมทั้งสิ้น 22 รางวัล (10 ในฟิสิกส์ 2 ในสาขาแพทย์ 7 ด้านเคมี 2 ด้านวรรณกรรม และ 1 ด้านสันติภาพ)

ศาสตราจารย์ Akasaki สอนหนังสือและวิจัยที่ Meijo University (ไม่ใช่แม่โจ้ที่เชียงใหม่) และ Nagoya University เช่นเดียวกับศาสตราจารย์ Amano ส่วนคนที่สามคือ Nakamura ปัจจุบันสอนอยู่ที่ University of California, Santa Barbara โดยปัจจุบันแปลงสัญชาติเป็นอเมริกัน

ศาสตราจารย์ Nakamura เป็นสีสันของรางวัลนี้เพราะบอกว่าได้รางวัลมาเพราะ ‘ความโกรธ’ บริษัทนายจ้าง Nichia Corp เขาเห็นบริษัทได้กำไรจากความสำเร็จของเขานับพันๆ ล้านเยนในทศวรรษ 1990 ในขณะที่เขาได้รับเงินรางวัลเพียง 6 พันบาท (20,000 เยน) เขาจึงฟ้องเรียกร้องผลตอบแทนจนชนะได้เงินมา 250 ล้านบาท เมื่อไม่กี่ปีมานี้ ปัจจุบันก็ยังเป็นคดีความกันอยู่เพราะเขาถูกบริษัทฟ้องกลับ (ปัจจุบันอาจรีบถอนฟ้องแทบไม่ทันเพราะคงต้องการโหนรางวัลโนเบลนี้)

หลอดเผาไหม้มีอายุเพียงประมาณ 1,000 ชั่วโมง หลอดนีออนและ CFL ประมาณ 10,000 ชั่วโมง ส่วน LED นั้นคงทน 100,000 ชั่วโมง สำหรับการกินไฟนั้นน้อยกว่าหลอดเผาไหม้ประมาณ 6-7 เท่าตัว และน้อยกว่าหลอดนีออนและ CFL ประมาณกว่าเท่าตัว สำหรับราคานั้น LED เคยแพงกว่า CFL ประมาณ 4-5 เท่า แต่ปัจจุบันนั้นสัดส่วนนี้ลดลงเป็นลำดับเมื่อมีคนนิยมใช้หลอด LED มากขึ้น ในบ้านเราหลอด LED สามารถซื้อหาได้ในราคาต่ำกว่า 300 บาทในปัจจุบัน

จอสมาร์ทโฟน จอโทรทัศน์ชนิดแบน ไฟประดับตกแต่งร้าน ไฟที่สว่างจ้าหน้ารถยนต์บางยี่ห้อ ไฟบนเวที ไฟจราจร ไฟแสดงตัวเลขบนจอของเครื่องมือต่างๆ ไฟป้ายที่สว่างต่างๆ ฯลฯ ล้วนเป็นหลอด LED ทั้งสิ้น เพราะคงทน กินไฟน้อย และสว่างเป็นพิเศษ

ในบ้านเราการใช้หลอดไฟ LED เพื่อความสว่างในบ้านยังมีน้อยอยู่ แต่มั่นใจว่าจะมีมากขึ้นเป็นลำดับเมื่อราคาหลอดลดลง การใช้ก็สะดวกเพียงแต่เปลี่ยนหลอดเข้าไปในเต้าปกติเท่านั้น

นักฟิสิกส์ทั้งสามสร้างประโยชน์แก่ชาวโลกอย่างมหาศาลเพราะช่วยให้เกิดการประหยัดไฟฟ้า ประหยัดวัสดุ (จอโทรทัศน์ที่แบนได้ก็เพราะสามารถใช้หลอด LED แทนนีออน) ประหยัดพลังงานที่นำมาผลิตไฟฟ้าและวัสดุ ลดการใช้หลอดนีออนซึ่งมีผลกระทบทางด้านลบต่อสิ่งแวดล้อม ที่สำคัญยิ่งก็คือประหยัดเงินของครอบครัว (เมื่อหลอดไฟ LED มีราคาถูกเช่นเดียวกับหลอดเผาไหม้ก็จะเห็นชัดเจนขึ้น)

ความมุ่งมั่นบากบั่นมานะ ไม่ย่อท้อกับความผิดหวัง และความโกรธ สามารถผสมกันจนผลักดันให้เกิดสิ่งประดิษฐ์สำคัญต่อมนุษยชาติได้

หมายเหตุ : ตีพิพม์ครั้งแรกคอลัมน์ “อาหารสมอง” นสพ.กรุงเทพธุรกิจ ฉบับวันอังคารที่ 21 ต.ค. 2557