Nguyên lý làm việc của đèn LED

LED (điốt phát quang) là một thiết bị bán dẫn ở trạng thái rắn có thể chuyển đổi năng lượng điện thành ánh sáng nhìn thấy được. Nó có thể chuyển đổi trực tiếp điện năng thành ánh sáng. Trái tim của đèn LED là một tấm wafer bán dẫn. Một đầu của tấm wafer được gắn vào giá đỡ, một đầu là điện cực âm và đầu còn lại được nối với điện cực dương của nguồn điện, sao cho toàn bộ tấm wafer được bao bọc bởi nhựa epoxy.

Chip bán dẫn bao gồm hai phần. Một phần là chất bán dẫn loại p, trong đó các lỗ trống chiếm ưu thế, và phần còn lại là chất bán dẫn loại n, chủ yếu là các electron. Nhưng khi hai chất bán dẫn được kết nối, một mối nối p-n được hình thành giữa chúng. Khi dòng điện tác dụng lên chip qua dây dẫn, các electron sẽ bị đẩy đến vùng p, nơi hợp chất của electron và lỗ trống, sau đó phát ra năng lượng dưới dạng photon. Đây là nguyên lý phát ra ánh sáng của đèn LED. Bước sóng của ánh sáng, tức là màu của ánh sáng, được xác định bởi vật liệu tạo thành tiếp giáp p-n.

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

Lúc đầu, đèn led được sử dụng làm nguồn sáng chỉ thị của các dụng cụ và đồng hồ đo. Sau đó, đèn LED với nhiều màu sắc ánh sáng khác nhau được sử dụng rộng rãi trong đèn tín hiệu giao thông và màn hình hiển thị diện tích lớn, mang lại lợi ích kinh tế và xã hội tốt. Lấy đèn tín hiệu giao thông màu đỏ 12 inch làm ví dụ. Tại Hoa Kỳ, đèn sợi đốt 140 watt với tuổi thọ cao và hiệu suất phát sáng thấp ban đầu được sử dụng làm nguồn sáng, tạo ra ánh sáng trắng 2000 lumen. Sau khi đi qua tấm lọc màu đỏ, lượng ánh sáng bị mất đi là 90%, chỉ còn lại 200 lumen ánh sáng đỏ. Trong chiếc đèn mới được thiết kế, Lumileds sử dụng 18 nguồn sáng LED đỏ, bao gồm cả mất mạch, tiêu thụ tổng cộng 14 watt để tạo ra hiệu ứng ánh sáng tương tự. Đèn tín hiệu ô tô cũng là một lĩnh vực ứng dụng nguồn sáng LED quan trọng.

Để chiếu sáng chung, con người cần nguồn sáng trắng nhiều hơn. Năm 1998, đèn LED trắng đã được phát triển thành công. Đèn LED được làm bằng chip Gan và garnet nhôm yttrium (YAG) được bọc lại với nhau. Chip Gan phát ra ánh sáng xanh dương P = 465nm, WD = 30nm), YAG phosphor chứa Ce3 + được tạo ra bằng quá trình thiêu kết ở nhiệt độ cao phát ra ánh sáng màu vàng sau khi bị kích thích bởi ánh sáng xanh này, với giá trị đỉnh của đèn LED 550n m. Nền LED màu xanh lam được lắp trong hốc phản xạ hình bát và được phủ một lớp nhựa mỏng trộn YAG, khoảng 200-500 nm. Một phần ánh sáng xanh do đế LED phát ra sẽ bị hấp thụ bởi phốt pho, và phần còn lại của ánh sáng xanh lam được trộn với ánh sáng vàng do phốt pho phát ra để thu được ánh sáng trắng.

Đối với đèn LED trắng InGaN / YAG, có thể thu được nhiều màu sắc khác nhau của ánh sáng trắng với nhiệt độ màu từ 3500-10000k bằng cách thay đổi thành phần hóa học của YAG phosphor và điều chỉnh độ dày của lớp phosphor. Phương pháp thu ánh sáng trắng qua đèn LED xanh này có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ và độ thuần thục kỹ thuật cao nên được sử dụng nhiều nhất.