Trên thị trường thiết bị chiếu sáng, đèn LED với công nghệ chiếu sáng hiện đại trở nên “không có đối thủ”. Vậy đèn LED là gì? Hãy cùng nhau tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đèn LED để biết vì sao loại bóng đèn này lại được ưa chuộng đến như vậy.
Đèn LED là gì? – Bạn đã biết cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của loại đèn cực phổ biến này chưa?
1. Đèn LED là gì?
Đèn LED là gì? Chúng ta đã quá quen thuộc với cụm từ “đèn LED” nhưng chưa chắc đã biết những ý nghĩa phía sau nó. Trên thực tế, “LED” là viết tắt của cụm từ “Light Emitting Diode” trong tiếng Anh – có nghĩa là điốt bức xạ ánh sáng hay điốt phát quang.
1.1. Bản chất của đèn LED
Bản chất của đèn LED là một điốt được tạo ra từ sự kết hợp giữa 2 khối bán dẫn: 1 khối bán dẫn loại P và 1 khối bán dẫn loại N. Trong đó, kênh P sẽ chứa lỗ trống điện tích dương , kênh N chứa điện tử điện tích âm.
1.2. Cấu tạo của đèn LED
Tiếp giáp P-N sẽ tạo ra một dòng điện truyền từ kênh P đến kênh N. Sự gặp gỡ của các điện tích dương và điện tích âm sẽ tạo ra các electron và sinh ra bức xạ ánh sáng. Màu sắc của ánh sáng sẽ phụ thuộc vào các chất bán dẫn khác nhau có trong đèn LED.
1.3. Các loại đèn LED
Như vậy, chúng ta đã hiểu đèn LED là gì và bản chất của loại bóng đèn này. Tùy theo dải công suất mà chúng ta có thể phân đèn LED ra làm 3 loại chính:
A. Đèn LED cỡ nhỏ
Đèn LED cỡ nhỏ được thiết kế cho nhu cầu chiếu sáng cục bộ. Loại đèn LED nhỏ này sử dụng dòng điện từ 2-20mA và điện áp từ 1,5-3V.
B. Đèn LED cỡ trung
Có nhiều kích cỡ đèn LED khác nhau cho khách hàng lựa chọn
Đèn LED cỡ trung thường được thấy trong đèn chiếu hậu, các biển báo giao thông,… Đèn LED loại này có cấu tạo bao gồm chip 4 chân và chân cắm và sử dụng dòng điện khoảng 100mA. Thiết kế này giúp dễ dàng hàn vào bảng mạch với nhiều LED khác nhau, đồng thời giúp tản nhiệt tốt hơn.
C. Đèn LED cỡ lớn
Đèn LED cỡ lớn hay còn gọi là HP LED thường được sử dụng trong các thiết bị chiếu sáng trong nhà, ngoài trời và các bóng đèn trang trí. HP LED có công suất rất lớn và mức độ tiêu thụ dòng điện lên đến vài Ampe. Do đó, để đèn không bị hỏng chúng ta cần kết hợp cùng với một bộ tỏa nhiệt loại tốt.
2. Cấu tạo của đèn LED
Đèn LED có cấu tạo như thế nào và gồm những bộ phận cụ thể nào? Dưới đây là cấu tạo đèn LED – một trong các thiết bị chiếu sáng hiệu quả, tiết kiệm nhất hiện nay.
2.1. Mạch in
Mạch in được sử dụng để gắn chip nối của đèn LED. Đây là bộ phận không thể thiếu và góp phần quyết định độ bền của bóng đèn. Mạch in của đèn LED thường được làm bằng nhôm hoặc gốm – những vật liệu có tốc độ tản nhiệt nhanh để nâng cao tuổi thọ của bóng đèn.
Cấu tạo mạch in của đèn LED
Ngoài ra, độ bền của đèn LED còn phụ thuộc rất lớn vào mối hàn giữa mạch in và chip LED. Trong một số trường hợp bóng đèn LED không phát sáng sau một thời gian sử dụng có thể là do mối hàn này bị hở hoặc bị đứt do oxi hóa.
2.2. Chip LED
Con chip chính là trái tim và là bộ phận đặc trưng cấu tạo nên những bóng đèn LED. Trong chip LED sẽ có các chất giúp tạo ra tiếp giáp P-N để sinh ra bức xạ ánh sáng với những màu sắc khác nhau. Thành phần tạp chất chính là yếu tố quyết định màu sắc của đèn LED. Nếu muốn đèn LED hoạt động tốt thì chip LED – hay phần tử phát sáng LED phải đang trong tình trạng hoạt động tốt.
2.3. Bộ nguồn
Bộ nguồn là thiết bị nối giữa đèn LED với nguồn điện, cáp nguồn cần được lựa chọn có tuổi thọ tương đồng với tuổi thọ của bóng đèn. Bộ nguồn sẽ cung cấp nguồn điện cũng như đảm bảo sự ổn định về điện áp, tránh tình trạng đèn bị chập điện và cháy bóng.
A. Bộ nguồn đèn LED
Đối với các loại đèn LED công suất thấp, bộ nguồn thường bao gồm 1 nguồn áp kết hợp với 1 điện trở. Tuy nhiên, các loại đèn LED công suất cao, bạn cần tạo một nguồn dòng để đảm bảo đèn LED hoạt động ổn định. Bên cạnh đó, nên lựa chọn các linh kiện cao cấp để chế tạo bộ nguồn nhằm đảm bảo thời gian hoạt động tương đương với đèn LED – thiết bị có độ bền khá cao.
B. Bộ phận tản nhiệt
Không phải tất cả các loại đèn LED đều cần bộ phận tản nhiệt, tuy nhiên, đây là phần không thể thiếu trong cấu tạo đèn LED siêu sáng có công suất lớn. Với những đèn LED công suất cao, phần tản nhiệt sẽ giúp hạ nhiệt độ của các tinh thể phát sáng nhanh nhất, giúp đèn LED không bị hỏng vì quá nóng. Nếu không có bộ phận tản nhiệt, những bóng đèn LED công suất lớn sẽ có hiện tượng “già bóng”, làm giảm hiệu suất và khả năng phát sáng.
2.5. Vỏ đèn
Vỏ đèn đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc bảo vệ bóng đèn LED. Lớp vỏ thường được cấu tạo bởi các vật liệu có độ chắc chắn và độ bền cao như: nhựa cao cấp, hợp kim nhôm,… giúp hạn chế hư hỏng do các lực tác động bên ngoài. Ngoài ra, để tăng cường khả năng bảo vệ, các bóng đèn LED sử dụng ngoài trời còn được trang bị thêm các công nghệ chống bụi, chống nước, chế độ tản nhiệt chuyên dụng,…
Vỏ vừa có chức năng bảo vệ, lại vừa nâng cao tính thẩm mỹ của đèn LED
Bên cạnh chức năng bảo vệ, vỏ đèn còn là bộ phận quyết định tính thẩm mỹ của thiết bị chiếu sáng này. Những công trình thiết kế hiện đại không chỉ yêu cầu về công năng sử dụng mà còn phải đáp ứng nhu cầu về hình thức và phong cách bố trí. Chính vì vậy, các nhà sản xuất rất chú trọng thiết kế vỏ đèn với nhiều mẫu mã, màu sắc, kích thước rất phong phú, đáp ứng nhu cầu đa dạng của khách hàng.
Trên đây là các bộ phận cấu tạo đèn LED chiếu sáng cơ bản nhất. Rõ ràng chúng ta thấy cấu tạo đèn LED không quá phức tạp, tuy nhiên mỗi bộ phận cần đáp ứng những tiêu chí khắt khe về kỹ thuật để mang lại hiệu quả chiếu sáng tốt và độ bền cao nhất.
3. Nguyên lý hoạt động của đèn LED
Chúng ta đã tìm hiểu được đèn LED là gì, có cấu tạo như thế nào. Dựa trên đặc điểm và cấu tạo, bạn đã hiểu được nguyên lý hoạt động của đèn LED chưa? Hãy cùng tìm hiểu qua những thông tin sau nhé!
>> Tim hiểu thêm: Ưu nhược điểm của đèn Led khi so sánh với đèn truyền thống
Nguyên lý tạo ra ánh sáng
Hoạt động của đèn LED sẽ dựa trên công nghệ bán dẫn thông qua việc sử dụng chip LED để phát sáng. Như chúng ta đã phân tích ở trên, đèn LED có cấu tạo gồm 1 khối bán dẫn trung tâm và 2 cực âm – dương được tách ra từ 2 khối bán dẫn này.
Hai cực âm – dương (P và N) của đèn LED đóng vai trò là cầu nối của dòng điện. Dòng điện từ nguồn sẽ bị thu hút bởi mặt tiếp giáp P-N, từ đó tiến lại gần nhau và tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá trình này sẽ tạo ra các bức xạ điện từ và sau đó giải phóng năng lượng, giúp bóng đèn phát sáng. Trong quá trình đó, lớp vỏ nhựa bao quanh khối bán dẫn sẽ đóng vai trò định hướng ánh sáng phát ra (tương tự như một lăng kính).
Theo nguyên lý này, ánh sáng của đèn LED được tạo ra nhờ sự tương tác trong khối bán dẫn theo nguyên tắc vật lý. Chính vì vậy, đèn LED rất tiết kiệm điện năng và trở thành thiết bị chiếu sáng được ưa chuộng nhất hiện nay.
Nguyên lý quyết định màu sắc ánh sáng của đèn LED
Chúng ta thường thấy các bóng đèn LED có màu sắc khác nhau, vô cùng đa dạng và đẹp mắt. Vậy điều gì giúp tạo ra những dãy ánh sáng đa màu như vậy?
– Yếu tố quyết định màu sắc ánh sáng đèn LED
Yếu tố nào quyết định ánh sáng của đèn LED?
Yếu tố quyết định màu sắc của đèn LED chính là các loại tạp chất (hay chất bán dẫn) có trong bóng đèn. Thành phần và liều lượng tạp chất sẽ quyết định màu sắc của ánh sáng. Như vậy, các nhà sản xuất sẽ vận dụng nguyên tắc này để tạo ra các bóng đèn LED có màu sắc khác nhau.
– Làm sao để tạo ra các màu sắc khác nhau của đèn LED
Cụ thể, ánh sáng của đèn LED mà chúng ta nhìn thấy bằng mắt thường sẽ do mức năng lượng ánh sáng quyết định. Năng lượng ánh sáng này được tạo ra do sự kết hợp giữa lỗ trống P và điện tử N. Nếu khoảng cách giữa 2 yếu tố này càng lớn thì năng lượng càng cao.
Những màu sắc ánh sáng có năng lượng cao nhất là: tím, xanh dương,… và những màu sắc có năng lượng thấp nhất là: đỏ, cam,… Thông thường, nhà sản xuất sẽ tạo ra đèn LED với các gam màu cơ bản như: xanh, đỏ,… và kết hợp nhiều chip màu khác nhau để tạo nên các sản phẩm đèn LED nhiều màu.
– Ánh sáng trắng – sự kết hợp đặc biệt của nguyên lý đèn LED
Nhiều người nhầm tưởng ánh sáng trắng là màu sắc nguyên bản của đèn LED nhưng thực tế điều này không đúng. Để tạo ra ánh sáng trắng, các nhà sản xuất sẽ kết hợp giữa các màu cơ bản như xanh lá, đỏ, xanh dương lại với nhau. 3 con chip khác màu sẽ được sử dụng với tỷ lệ thông thường là: 69% màu xanh lá, 21% màu đỏ và 10% màu xanh dương để tạo ra ánh sáng trắng.
Để tạo ra ánh sáng trắng, phải kết hợp các chip LED màu cơ bản với nhau
Ngoài ra, một phương pháp khác để có được màu trắng của đèn LED là sử dụng phốt pho (bột huỳnh quang). Cụ thể, các nhà sản xuất sẽ áp dụng một số phương pháp như:
- Phủ một lớp phốt pho Nd YAG có màu vàng lên chip LED màu xanh dương
- Phủ một lớp phốt pho YAN bước sóng 555nM lên chip LED lên tinh thể xanh dương bước sóng 460nM, sau đó dùng thấu kính để kết hợp màu vàng và xanh dương tạo ra màu sắc của ánh sáng trắng.
>> Tìm hiểu thêm: Ứng dụng công nghệ đèn Led vào trong đời sống
Trên đây là những thông tin giúp giải đáp các thắc mắc: đèn LED là gì, cấu tạo và hoạt động như thế nào? Hy vọng những thông tin trên sẽ giúp bạn hiểu được quy trình tạo ra được những bóng đèn đầy màu sắc, bền bỉ và cực kỳ tiết kiệm điện này.
