Nguyên lý hoạt động của một điốt phát quang (đèn LED)

Nguyên lý hoạt động của đèn LED vô cùng khác biệt so với những loại đèn khác.

Điốt phát quang, thường được gọi là đèn LED, là những anh hùng vô danh thực sự trong thế giới điện tử. Nó hoạt động dưới nhiều vai trò khác nhau trong tất cả các loại thiết bị. Chúng tạo thành các con số phát sáng trên đồng hồ kỹ thuật số, truyền thông tin; từ điều khiển từ xa, chiếu sáng đồng hồ và; cho bạn biết khi nào thiết bị điện tử của bạn được bật. Được kết hợp cùng nhau, chúng có thể tạo thành hình ảnh trên màn hình tivi; hoặc chiếu sáng biển quảng cáo, đèn giao thông…

Về cơ bản, đèn LED chỉ là những bóng đèn nhỏ, dễ dàng lắp đặt vào một mạch điện. Nhưng không giống bóng đèn sợi đốt, chúng không có dây tóc bóng đèn sử dụng ít điện năng hơn; và đặc biệt không bị nóng. Chúng chỉ được chiếu sáng bởi sự chuyển động của các electron trong vật liệu bán dẫn; và tuổi thọ của đèn LED rất cao. Nó có thể lên đến hàng chục nghìn giờ. Chính vì những ưu điểm này mà đèn LED là một trong những công nghệ phổ biến nhất được sử dụng để chiếu sáng cho TV LCD; và sử dụng nhiều trong công trình chiếu sáng hiện nay.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ xem xét công nghệ đằng sau những chiếc đèn LED, làm sáng tỏ nguyên lý hoạt động của đèn LED.

1. Cấu tạo của đèn LED siêu tiết kiệm điện năng?

Mọi thiết bị điện tử đều có cấu tạo và nguyên lý hoạt động riêng khác biệt, kể cả đèn LED siêu tiết kiệm điện cũng vậy. Không như những loại đèn thông thường, đèn LED được đánh giá có cấu tạo phức tạp hơn nhiều; nhưng thành phần cấu tạo nên nó vô cùng đơn giản, an toàn và thân thiện với người sử dụng.

1.1 Chip LED

Chip LED là thành phần được ví như trái tim của đèn LED, nó tạo ra ánh sáng. Đèn LED bao gồm hai loại vật liệu bán dẫn (loại p và loại n). Có thể nói để đèn LED chiếu sáng thì chip LED phải hoạt động, trong chip LED chứa 1 chíp bán dẫn có pha các tạp chất tạo ra tiếp giáp P-N. Kênh P chứa lỗ trống, kênh N chứa điện tử. Bắt đầu hoạt động dòng điện bên A-nốt (P) đến K-ốt (N) sẽ được các điện tử; lấp đầy chỗ trống sẽ sản sinh ra bức xạ ánh sáng. Tùy thuộc vào cấu tạo các chất bán dẫn mà Đèn LED; sẽ chiếu ra ánh sáng có màu sắc khắc nhau.

1.2 Mạch in của đèn LED

Chất lượng chất liệu mạch in, chất lượng của mối hàn giữa đèn LED với mạch in ảnh hưởng lớn; đến độ bền của đèn nhất là trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như ở Việt Nam, sẽ dễ bị oxi hóa; đứt mạch in, không tiếp xúc làm cho đèn không thể phát sáng; sau một thời gian sử dụng.

Hiện nay, thiết kế mạch in luôn được ưu tiên làm từ nhôm nguyên chất, hoặc một số chất khác như gốm. Mạch in với hiệu quả tản nhiệt tốt còn mang lại độ bền cho sản phẩm, chống cháy nổ cho thiết bị.

1.3 Bộ nguồn

Bộ nguồn cấp điện cho đèn LED phải đảm bảo cung cấp dòng điện; và điện áp ổn định phù hợp với loại đèn LED đang sử dụng. Bộ nguồn phải có tuổi thọ tương đương với tuổi thọ của chip Led. Với loại đèn có công suất nhỏ, bộ nguồn đơn giản chỉ là một nguồn áp kết; với một điện trở hạn dòng cho LED; nhưng đối với đèn LED công suất trung bình và lớn cần tạo một nguồn dòng riêng cho LED.

1.4 Vỏ đèn

Để đảm bảo chất lượng bên trong, cũng cần chú ý đến chất lượng của vỏ đèn, vỏ được chế tạo để có độ chống thấm nước; chống bụi bẩn cao, đồng thời đảm bảo khả năng tỏa nhiệt hiệu quả.

Vỏ đèn là chỉ tiêu đánh giá chỉ số bảo vệ IP của một đèn LED.

1.5 Bộ tản nhiệt

Mặc dù không phát ra nhiệt nhiều như bóng đèn sợi đốt, nhưng bộ tản nhiệt là phần không thể thiếu; trong cấu tạo đèn LED. Phần tản nhiệt được thiết kế nhằm đưa phần tinh thể; phát sáng xuống nhiệt độ thấp nhanh chóng, bộ phận này vô cùng cần thiết với đèn có công suất lớn. 

Do nhiệt độ tản vào không khí từ bề mặt kim loại nên tản nhiệt có diện tích tiếp xúc với không khí càng lớn thì hiệu năng càng cao. Áp dụng vào thực tế, khi lựa chọn tản nhiệt, nên để mắt đến những loại có nhiều lá kim loại và kích thước mỗi lá càng lớn càng tốt. Một số loại tản nhiệt còn sử dụng các lá gấp khúc.

2. Nguyên lý hoạt động của một điốt phát quang (đèn LED)

LED hoạt động dựa trên công nghệ bán dẫn. Nguyên lý hoạt động của nó giống với nhiều loại điốt bán dẫn khác. Trong khối bán dẫn có hai cực loại p và loại n. Trong đó khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương; nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuyếch tán sang khối n. Đồng thời khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử); trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).

Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút; và khi chúng ở gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng; (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó).

Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED)hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn; LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5V đến 3V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao. Do đó LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra.

3. Ưu điểm sử dụng đèn LED chiếu sáng

LED là một giải pháp chiếu sáng được công nhận tiết kiệm điện năng với khả năng chiếu sáng vượt trội. Ngày nay, các nhà khoa học vẫn tiếp tục nghiên cứu để ứng dụng đèn LED vào nhiều lĩnh vực khác nhau. Dự đoán đèn LED sẽ dần thay thế hoàn toàn những loại đèn truyền thống; để trở thành lựa chọn chiếu sáng hoàn hảo trong tương lai bởi đèn LED hội tụ nhiều ưu điểm như sau:

• Khả năng chiếu sáng và cường độ ánh sáng lớn. Đèn LED tạo ra sản lượng lumen cao, đảm bảo chất lượng; ánh sáng và chỉ số hoàn màu ánh sáng.
• Tiết kiệm năng lượng: Ánh sáng LED có khả năng tiết kiệm điện năng gấp 5 lần so với các nguồn sáng khác như đèn huỳnh quang, đèn sợi đốt.
• Nhiệt bức xạ thấp: Vì đèn LED hoàn toàn không phát ra bức xạ hồng ngoại, chúng có thể được lắp đặt trong các khu vực nhạy cảm với nhiệt độ, gần người và vật liệu, kể cả trong những không gian nhỏ hẹp.
• Phạm vi màu ánh sáng rộng: Với nhiều nhiệt độ màu khác nhau sẽ cho ra màu ánh sáng tương ứng khác nhau. Với không gian hiện đại, lựa chọn màu ánh sáng thích hợp sẽ làm nổi bật không gian sống của gia chủ.
• Tuổi thọ của đèn cao: Được tính từ lúc bắt đầu sử dụng đến khi khả năng chiếu sáng của đèn LED; giảm xuống dưới 70% đó là tuổi thọ của đèn LED. Giảm thiểu chi phí thay thế đèn trong thời gian dài.
• Yêu cầu điện áp thấp: Hệ thống chiếu sáng LED cung cấp;và cài đặt sử dụng đơn giản, linh hoạt, phù hợp mọi môi trường điện áp.
• Ánh sáng an toàn, không gây hại trong quá trình sử dụng: Cấu tạo của đèn LED; không chứa những chất độc hại, ánh sáng hoàn toàn tự nhiên mang lại sự dễ chịu trong quá trình sử dụng.
• Nhiều sản phẩm sử dụng trong nhà, ngoài trời: Đèn LED có nhiều loại sản phẩm với mẫu mã, cấu tạo; đặc biệt với chỉ số bảo vệ IP phù hợp từng hoàn cảnh sử dụng. Không cần lo lắng che chắn đối với những sản phẩm đèn sử dụng chiếu sáng ngoài trời.
• Điều khiển dễ dàng – Với sự phát triển nhanh chóng công nghệ chiếu sáng, đèn LED cảm biến; được sử dụng phổ biến với khả năng tự động bật tắt dựa trên sự chuyển động, ánh sáng, âm thanh…

Fawookidi có nhà máy sản xuất đèn LED đi đầu với công nghệ Hàn Quốc sử dụng chip LED chất lượng cao; từ nhiều thương hiệu lớn trên thế giới. Chúng tôi còn tư vấn giải pháp chiếu sáng, lắp đặt miễn phí để giúp khách hàng có những lựa chọn thích hợp. 

Nhanh tay liên hệ hotline 090.160.2828 để được báo giá những sản phẩm chất lượng tốt nhất với giá thành phải chăng.