Sự phát triển của công nghệ chiếu sáng đã mang đến một loại đèn chiếu sáng ưu việt về khả năng chiếu sáng và cực kì tiết kiệm. Vậy cấu tạo chip LED như thế nào? Chúng có nguyên lý phát sáng và ưu điểm gì?
Nội dung bài viết
LED là gì?
LED là viết tắt của cụm từ Light Emitting Diode ( tiếng Việt: diot phát quang). Một cách dễ hiểu, đèn LED phát sáng bằng các diot được đốt nóng giữa 2 điện cực âm và dương. LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n.
Nguyên lý phát sáng của diot phát quang
Hoạt động của chip LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn.
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 khuếch tán sang khối n. Cùng lúc 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 của 2 bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại 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).
Hầu hết các vật liệu làm LED có chiết suất rất cao, tức là hầu hết ánh sáng phát ra sẽ quay ngược vào bên trong thay vì phát ra ngoài không khí. Do đó công nghệ trích xuất ánh sáng từ LED cũng rất quan trọng, cần rất nhiều sự nghiên cứu và phát triển.
Lớp phủ bên ngoài Chip LED
Rất nhiều LED được bọc bằng 1 vỏ nhựa màu hoặc trong suốt vì 3 mục đích:
+ Hàn LED vào bảng mạch sẽ dễ hơn.
+ Dây dẫn bên trong LED rất mỏng sẽ được bảo vệ tốt hơn.
+ Lớp nhựa sẽ đóng vai trò như là môi trường trung gian. Chiết suất của vỏ nhựa sẽ thấp hơn chiết suất bán dẫn nhưng cao hơn không khí
Lý do thứ ba sẽ gia tăng khả năng phát sáng của LED vì nó sẽ như 1 thấu kính phân kỳ, cho phép ánh sáng có góc tới cao hơn góc tới hạn có thể lọt ra ngoài không khí.
Tuổi thọ của LED
Bán dẫn nói chung và LED nói riêng rất bền khi dòng tiêu thụ nhỏ và ở nhiệt độ thấp. Nhiều LED sản xuất năm 1970-1980 vẫn còn cho tới ngày nay. Tuổi thọ thường là 25.000 cho đến 100.000 giờ nhưng nhiệt độ cao và dòng tiêu thụ cao thì tuổi thọ sẽ giảm nhanh chóng.
Đèn LED rất hiếm khi hỏng đột ngột mà sự hư hỏng của nó là suy giảm độ sáng của diot phát sáng. Qua thời gian, quang thông của đèn LED giảm dần đến một lúc nào đó không sử dụng được nữa thì chúng ta định nghĩa nó hỏng. Tuy nhiên mặc dù hỏng nhưng mạch đèn của nó vẫn hoạt động bình thường, chỉ chip LED là không đủ sáng. Chúng ta hay gọi L70 và L50, nghĩa là thời gian để hiệu suất chiếu sáng còn 70% và 50%.
Yếu tố trực tiếp ảnh hưởng đến tuổi thọ của đèn LED đó chính là nhiệt độ. Hầu hết các loại đèn có nhiệt độ lý tưởng là 20-25 độ C để hoạt động ổn định nhất. Với nhiệt độ quá cao và quá thấp sẽ ảnh hưởng đến tuổi thọ của đèn LED và khiến chúng hoạt động không ổn định.
Đèn LED khi chiếu sáng ở kho lạnh, chúng thường có độ sáng sáng hơn. Tuy nhiên vì chúng không tỏa nhiệt nên không dùng được ở những khu vực có tuyết rơi dày. Đôi khi để sử dụng người ta phải thiết kế thêm một mạch điện làm nóng bên ngoài giúp nó làm tan tuyết.
Các loại chip LED phổ biến hiện nay
Hiện nay trên thị trường phổ biến hai loại chip LED: SMD và COB
Chip LED COB ( Chip on Board): với nhiều chip nhỏ gắn trên bảng mạch, thường số lượng từ 9 trở lên. Là công nghệ đóng gói chip LED khắc phục nhược điểm của LED SMD và tạo nền tảng cho bước tiến mới.
Chip COB có độ chói cao hơn, công suất lớn hơn nên thường phù hợp cho môi trường yêu cầu ánh sáng cao như nhà xưởng sản xuất,…
Chip SMD (Surface Mounted Diode): sử dụng nguồn sáng độc lập để tạo ra nguồn sáng chung cho đèn led. Chính vì thế mà nếu trong thiết kế không đảm bảo thì sẽ xảy ra hiện tượng bóng chồng lên nhau.
Chúng có tuổi thọ cao hơn nhờ khoảng cách giữa các điốt rộng, tỏa nhiệt dễ dàng và nhanh chóng.
Chip SMD không quá chói, phù hợp cho chiếu sáng nhà, văn phòng,…
Kết luận:
Đèn LED chiếu sáng chính là xu thế tương lai cho mọi không gian. Các bạn hãy lựa chọn cho mình sản phẩm LED phù hợp nhất để đảm bảo hiệu quả chiếu sáng mà tiết kiệm điện năng.
Tham khảo: Wikipedia
Bạn có thể quan tâm: