Nguyên lý đèn LED

LED (Điốt phát sáng)là một thiết bị bán dẫn ở trạng thái rắn có thể chuyển đổi năng lượng điện thành ánh sáng khả kiến. Nó có thể trực tiếp chuyển đổi điện thành ánh sáng. Trái tim của đèn LED là một con chip bán dẫn. Một đầu của chip được gắn vào một giá đỡ, một đầu là điện cực âm, đầu còn lại được nối với điện cực dương của nguồn điện, sao cho toàn bộ chip được bọc trong nhựa epoxy.

Tấm bán dẫn bao gồm hai phần. Một phần là chất bán dẫn loại P, trong đó lỗ trống chiếm ưu thế và phần còn lại là chất bán dẫn loại N, trong đó các electron chủ yếu hiện diện. Nhưng khi hai chất bán dẫn này được kết nối với nhau, một điểm nối P-N sẽ được hình thành giữa chúng. Khi dòng điện tác dụng lên wafer qua dây dẫn, các electron sẽ bị đẩy về vùng P, tại đây các electron sẽ kết hợp lại với các lỗ trống và khi đó năng lượng sẽ được phát ra dưới dạng photon. Đây là nguyên lý phát ra ánh sáng LED. Bước sóng của ánh sáng, tức là màu sắc của ánh sáng, được xác định bởi vật liệu tạo nên điểm nối P-N.

Đèn LED có thể phát ra trực tiếp ánh sáng đỏ, vàng, xanh lam, xanh lục, lục lam, cam, tím và trắng.

Ban đầu, đèn LED được sử dụng làm nguồn sáng chỉ thị cho các thiết bị đo. Sau này, đèn LED với nhiều màu sắc ánh sáng khác nhau được sử dụng rộng rãi trong đèn giao thông và màn hình hiển thị diện tích lớn, mang lại lợi ích kinh tế và xã hội tốt. Lấy đèn giao thông màu đỏ 12 inch làm ví dụ. Tại Hoa Kỳ, đèn sợi đốt 140 watt có tuổi thọ cao, hiệu suất hình ảnh thấp được sử dụng làm nguồn sáng, tạo ra 2.000 lumen ánh sáng trắng. Sau khi đi qua bộ lọc màu đỏ, 90% ánh sáng bị mất đi, chỉ còn lại 200 lumen ánh sáng đỏ. Trong loại đèn được thiết kế mới, Lumileds sử dụng 18 nguồn sáng LED màu đỏ, tiêu thụ tổng cộng 14 watt điện năng bao gồm cả tổn hao mạch để tạo ra hiệu ứng ánh sáng tương tự. Đèn tín hiệu ô tô cũng là một lĩnh vực quan trọng đối với các ứng dụng nguồn sáng LED.

Đối với chiếu sáng chung, mọi người cần nguồn ánh sáng trắng. Năm 1998, đèn LED phát ra ánh sáng trắng được phát triển thành công. Loại đèn LED này được chế tạo bằng cách đóng gói chip GaN và ngọc hồng lựu yttrium nhôm (YAG). Chip GaN phát ra ánh sáng xanh (λp=465nm, Wd=30nm) và photpho YAG chứa Ce3+ được tạo ra bằng quá trình thiêu kết ở nhiệt độ cao sẽ phát ra ánh sáng vàng sau khi bị kích thích bởi ánh sáng xanh, với giá trị cực đại là đèn 550nLED m. Đế LED màu xanh được lắp đặt trong hốc phản chiếu hình bát và phủ một lớp nhựa mỏng trộn YAG, khoảng 200-500nm. Một phần ánh sáng xanh phát ra từ chất nền LED được hấp thụ bởi phốt pho và phần còn lại của ánh sáng xanh được trộn với ánh sáng vàng do phốt pho phát ra để thu được ánh sáng trắng.

Đối với đèn LED trắng InGaN/YAG, bằng cách thay đổi thành phần hóa học của phốt pho YAG và điều chỉnh độ dày của lớp phốt pho, có thể thu được ánh sáng trắng có nhiều màu sắc khác nhau với nhiệt độ màu 3500-10000K. Phương pháp thu được ánh sáng trắng thông qua đèn LED xanh lam này có cấu trúc đơn giản, chi phí thấp và độ thuần thục công nghệ cao nên được sử dụng nhiều nhất.