Đèn LED là gì?

Lịch sử phát triển đèn LED

Những phát hiện sơ khai

Vào năm 1907, lần đầ tiên nhà bác học H. J. Round đã phát hiện ra hiện tượng chuyển hóa dòng điện thành ánh sáng tại phòng thí nghiệm Marconi thông qua việc kết nối một sợi dẫn với tinh thể Silic Cacbua. Tiếp sau đó, nhà nghiên cứu người Nga – Oleg Vladimirovich Losev đã đưa ra công bố trên tạp chí Khoa học tại Nga, Đức và Anh về việc lần đầu tiên chế tạo ra thiết bị chiếu sáng Led nhưng công trình nghiên cứu này lại không được ứng dụng và thực tiễn hóa trong mấy mươi năm liền. Mãi cho đến năm 1955, ông Rubin Braunstein thuộc Công ty Radio Corporation of America tiếp tục phát hiện hiện tượng có bức xạ hồng ngoại xảy ra trên hợp chất GaAs cùng với một số hợp chất khác, ông đã tiến hành thực nghiệm trên một số Diot bao gồm: GaSb, GaAs, Indium Phosphide, Sillicon Germanium trong điều kiện nhiệt độ phòng và 77 độ K. Cùng với đó, hiện tượng GaAs phát ra tia hồng ngoại khi có dòng điện đi qua cũng được một nhóm các nhà thí nghiệm người Hoa Kì là: Robert Biard và Gary Pittman công tác tại Texas Instruments phát hiện ra vào năm 1961 và được cấp bằng công nhận phát minh ra thiết bị chiếu sáng Led hồng ngoại.

Vào năm 1962, trong khi đang làm việc tại Genaral Electric Company, Nick Holonyak đã lần đầu tiên phát hiện ra Led có ánh sáng màu đỏ. Khi phát hiện ra hiện tượng này, ông đã báo cáo trong tường trình gửi đến tạp chí Applied Physics Letters 1/12/1962. Tiếp theo đó, vào năm 1976, George Carford, người sinh viên cùng ngành tốt nghiệp trước Nick Holonyak đã sáng chế ra đèn Led vàng lần đầu tiên với cải tiến nâng cao chất lượng độ sáng lên 10 lần cho đèn Led đỏ và đỏ cam. Đến năm 1976, Pearsall đã chế tạo thành công Led có công suất và hiệu suất chiếu sáng cao cho dòng cáp quang dưới sự hỗ trợ của hoạt động phát minh ra vật liệu bán dẫn có thể phát ra sóng điện từ phù hợp với cáp quang.

Quá trình thương mại hóa

Sau khi đã được nghiên cứu thành công và hoàn chỉnh, đèn Led lần đầu tiên được đưa ra thị trường và thương mại hóa sản phẩm với chức năng chính là dùng để thay thế cho các loại đèn truyền thống như: đèn chỉ thị được chế tạo bằng sợi dây tóc, đèn Neon và đèn màn hình bảy đoạn với các sản phẩm ty Mansanto nghiên cứu chế tạo và cung cấp. Đây là những sản phẩm đèn Led đỏ có thấu kính từ thiết bị đắt tiền trong các khu thí nghiệm, sáng chế, dần dần đến các thiết bị gia dụng như Tivi, Radio, máy tính, đồng hồ, điện thoại,…. Tuy nhiên, đến năm 1968, giá các loại đèn Led lúc này vô cùng cao, có giai đoạn lên đến 200 USD/một sản phẩm nhưng tính ứng dụng lại không cao nên vẫn chưa được đưa ra ứng dụng rộng rải. Mãi đến năm 1968, nhằm hạ giá thành và nâng cao tính ứng dụng cũng như phổ biến các loại đèn Led, Công ty Monsanto đã đi tiên phong trong việc sản xuất hàng loạt các loại đèn Led sử dụng Gali Asen Photpho và Hewett Packard cũng đưa ra trình làng mẫu sản phẩm đèn Led chế tạo từ nguyên liệu GaAsp do chính Công bằng nhựa được đính kèm trên từng chữ số với chức năng sử dụng trên màn hình máy tính nhưng ánh sáng chỉ đủ để làm chỉ thị nhưng đã giúp hạ giá thành các loại đèn Led lúc bấy giờ. Tiếp theo sau đó là đến đèn Led vàng và đèn Led cam cũng được nghiên cứu hạ giá thành và tiếp cận gần hơn với đông đảo công chúng. 1970 là năm mà đèn Led được xem là khi Công ty Fairchild Semiconductor đưa ra thị trường thương mại hóa thành công các loại đèn Led có giá 5 cent Mỹ/một sản phẩm. Để làm được điều này, Công ty Fairchild Semiconductor đã thực hiện sản xuất đèn Led bằng quy trình Plannar được nghiên cứu bởi Tiến Sĩ Jean Hoerni. Nhờ vào quá trình của sự kết hợp của công nghệ và quy trình Plannar cùng với cách thức đóng gói hiện đại đã giúp cho ông Thomas Brandt – quản lý của công ty có thể giảm thiểu tối đa giá thành sản xuất và các phương pháp chế tạo này vẫn còn được áp dụng trong quy trình sản xuất đèn Led cho đến tận ngày nay.

Ngày nay, cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ hiện đại, ngành công nghiệp sản xuất và chế tạo đèn Led cũng đang ngày càng phát triển mạnh mẽ và mở rộng. Do nhu cầu sử dụng các thiết bị chiêu sáng Led mỗi lúc một cao hơn, các nhà sản xuất hiện nay đã và đang tiến hành nghiên cứu nâng cao công xuất của các loại đèn Led nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất, chất lượng sản phẩm. Hoạt động nghiên cứu và phát triển sản xuất sản phẩm đèn Led trắng nhằm thay thế cho các loại đèn dây tóc, đèn huỳnh quang có công suất không cao và tiêu tốn nhiều năng lượng điện đang được chú trọng đặc biệt. Các sản phẩm đèn Led được sản xuất và sử dụng rộng rải hiện nay thường có kích thước là: 5mm T1¾ và 3mm T1. Đồng thời, để đáp ứng cho nhu cầu sử dụng đèn Led công suất ngày một lớn hơn và nhu cầu tỏa nhiệt, các nhà sản xuất đã phát triển một số phương pháp đóng gói khác trước. Các loại đèn Led ngày nay được sản xuất có công suất cao thường có cấu trúc phức tạp hơn so với các loại đèn Led ngày trước nhưng về hình dáng bên ngoài thì không có mấy thay đổi.

Led xanh da trời và Led xanh trắng

Đèn Led có tia sáng màu xanh da trời được phát minh lần đầu tiên vào năm 1994 bởi kĩ sư Shuji Nakamura của Công ty Nichia Corporation bằng vật liệu InGaN. Lúc bấy giờ, hai phương pháp kĩ thuật nồng cốt được thực hiện là sử dụng GaN cấy lên lớp nền vật liệu Saphia cùng với lớp vật liệu bán dẫn P được chế tạo từ GaN do hai kĩ thuật viên Isamura Akasaki và H. Amano cùng nghiên cứu và phát triển ở Nagoya. Tiếp đó, vào năm 1995, ông Alberto Barbieri đã nghiên cứu và chế tạo thành công đèn Led tiếp xúc trong suốt có chức năng, hiệu suất và công suất cao gấp nhiều lần cách dùng Indi thiếc Dioxit tại phòng thí nghiệm thuộc Đại học Cardiff. Chính nhờ vào sự thành công trong việc chế tạo đèn Led xanh da trời và đèn Led trong suốt có hiệu suất cao đẫ tạo nền tảng của sự ra đời đèn Led xanh trắng Y3Al5O12:Ce, hợp chất nguyên liệu này còn có một tên gọi khác là YAG là lớp phủ có chức năng hòa trộn ánh sáng vàng với ánh sáng xanh da trời để cho ra ánh sáng trắng. Nhờ vào phát minh vĩ đại và mang đến nhiều lợi ích tích cực này mà Nakamura đã được trao giải thưởng công nghệ thiên niên kĩ vào năm 2006.

Có thể nói, sự phát triển của ngành nghiên cứu và sản xuất tất cả các loại đèn Led nói chung đã mang đến nhiều kết quả tích cực cho cho việc phát triển song song giữa các ngành công nghiệp điện bán dẫn với các ngành khoa học vật liệu và quang học. Chính vì thế, các chuyên gia đã đặt tên cho ngành công nghiệp này là định luật Haitz – tức là lấy tên của Tiến Sĩ Roland Haitz. Nói về khả năng hoạt động, khi nói đến hiệu suất cùng với công suất của tất cả các loại đèn Led ta có thể nói tất cả chúng đều được tăng gấp đôi lần sau ba năm tính từ năm 1960 và đồng thời tăng dần dưới dạng của hàm mũ. Đến năm 2001 và năm 2002, quy trình công nghệ cấy GaN lên vật liệu nền SiO2 đã được thực nghiệm và thành công. Sau đó, đến 1/2012, các loại đèn Led công suất lớn được chế tạo theo quy trình công nghệ này bắt đầu được thương mại hóa. Theo dự kiến của các nhà sản xuất, công nghệ sử dụng tấm đế SiO2 độ dày 6 inch để thay thế tấm Saphia 2 inch rất có thể sẽ làm giảm giá thành của các loại đèn Led đến 90%, giúp người tiêu dùng phần nào đó cắt giảm được một khoảng tiền lớn khi lựa chọn sử dụng.

Hoạt động của đèn LED

Về mặt điện tử

Xét về mặt hoạt động điện tử, các loại đèn Led có nguyên lí hoạt động khá giống với các loại Diot bán dẫn. Cụ thể, trong các đèn Led, khối bán dẫn thuộc loại Proton được thiết kế có chứa rất nhiều lỗ trống tự do mang các điện tích dương nên khi mang đi kết nối với các khối bán dẫn Notron chứa các electron tự do thì các lỗ trống này sẽ có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối Notron. Đồng thời trong lúc đó, khối Proton cũng sẽ nhận điện tích âm do khối Notron truyền sang dẫn đến hiện tượng khối Notron tích điện tích âm với nguyên nhân là do sự thiếu hụt khoảng trống và dư thừa lượng điện tích. Lúc này, khối Notron sẽ tích điện tích dương vì dư thừa khoảng trống và thiếu lượng điện tích. Ở hai đầu bên của bề mặt tiếp giáp, một số điện tích sẽ bị hút lại do thiếu khoảng trống, lúc đó theo nguyên lý dòng điện tích, chúng thường có xu hướng kết hợp lại với nhau để tạo thành điện tích trung hòa. Thông qua quá trình này điện tích sẽ được giải phóng dưới dạng năng lượng ánh sáng hoặc một vài bức xạ điện từ có bước sóng ở vị trí gần đó.
Phần lớn các loại nguyên liệu được sử dụng để chế tạo Led thường có chiết suất khá cao và khi ánh sáng chiếu ra sẽ có khả năng quay lại vào bên trong chứ không tỏa ra bên phía ngoài không khí. Vì vậy, công nghệ chiết xuất ánh sáng từ đèn Led cũng đang rất cần nghiên cứu, phát triển và ứng dụng trong thời gian hiện nay.

Chiết xuất đèn LED

Nói về mặt chiết xuất, phần lớn các chất bán dẫn như SiO2 sẽ có chiết suất rất cao khi chưa được tráng phủ, vấn đề này sẽ làm cản trở rất nhiều đối với sự di chuyển khỏi chất bán dẫn của các Photon và gây ảnh hưởng đến hiệu suất của đèn Led cũng như các tế bào quang điện. Thông thường, SiO2 sẽ có chiết suất là 3.96 tương đương 590nm, không khí là 1.0002926.

Trên thực tế, chỉ có những Photon vuông góc với bề mặt bán dẫn hoặc góc nghiên vài độ thì mới có thể có cơ hội thoát ra bên ngoài. Khi đó, những Photon này sẽ kết hợp tạo thành một chùm tia sáng dưới hình dạng nón. Thế nhưng, đối với những loại đèn Led vuông góc ở tất cả các bề mặt thì ánh sáng sẽ hoàn toàn không thể thoát ra phía bên ngoài và chuyển hóa thành nhiệt làm nóng chất bán dẫn.

Kiểu dáng hợp lý và tốt nhất cho việc thoát ra tối đa ánh sáng là dạng vi cầu cùng với đó có kích thước cực kì nhỏ từ 1 μm đến 1000 μm. Khi đó, ánh sáng được truyền ra từ điểm trung tâm sẽ phát ra một nguồn điện cực đụng đến điểm trung tâm. Phần lớn lượng ánh sáng đó sẽ vuông góc với bề mặt vi cầu và không có phản xạ. Ở bán cầu cũng có thể xảy ra hiện tượng tương tự nếu bề mặt lưng bán cầu hoàn toàn thẳng và đồng thời phản xạ với các tia phát đều quay về phía mặt lưng.

Lớp tráng phủ

Nói về lớp tráng phủ, phần lớn các loại đèn Led được sản xuất và bày bán trên thị trường hiện nay đều được tráng phủ bằng một lớp vỏ nhựa trong suốt hoặc vỏ nhựa màu bởi ba lý do cơ bản sau: Thứ nhất, giúp thuận tiện hơn trong việc kết nối đèn Led vào bảng mạch. Thứ hai, vì hệ thống dây dẫn bên trong đèn Led rất mỏng nên khi được tráng phủ sẽ được bảo vệ tốt hơn. Thứ ba, khi được tráng phủ, lớp nhựa sẽ có chức năng như một môi trường trung gian vì lớp vỏ nhựa có chiết suất thấp hơn rất nhiều so với chiếc suất của không khí. Tổng hợp cả ba điều này sẽ giúp nâng cao khả năng chiếu sáng của đèn Led vì lớp tráng phủ tương tự giống như một thấu kính phân kì cho ánh sáng có góc tới cao hơn góc hạn chế thoát ra ngoài của không khí.

Hiệu suất và các thông số hoạt động

Vào năm 1999, kĩ sư Philips Lumileds lần đầu tiên cho ra mắt công chúng dòng sản phẩm đèn Led có khả năng hoạt động liên tục với công suất và có bộ phận tản nhiệt bằng kim loại. Đến năm 2002, Lumileds ra mắt Led 5W có hiệu suất phát sáng giao động từ 18-22 lumen/W. Năm 2003, Led xanh da trời đây là lần đầu tiên được công ty Cree phân phối phát ra 24 m/W với dòng điện là 20mA. Năm 2006, công ty này tiếp tục cho ra Led trắng có hiệu suất 131lm/W dòng điện là 20mA. Tiếp đó, vào năm 2012, Công ty Cree sản xuất thành công Led trắng hiệu suất 254lm/W và phổ biến cho đến tận ngày nay.

Tuổi thọ

Tất cả các loại đèn Led hiện đại nói chung đều rất bền khi dòng tiêu thụ tương đối nhỏ và nhiệt độ ở mức thấp. Một số dòng đèn Led được sản xuất năm 1970-1980 vẫn còn cho tới nay. Tuổi thọ thông thường tuổi thọ của đền led sẽ dao động trong khoảng 25.000 giờ đến 100.000 giờ. Tuy nhiên, khi sử dụng nhiệt độ cao và dòng tiêu thụ lớn thì tuổi thọ trung bình của đèn sẽ bị ảnh hưởng.

Màu sắc và vật liệu

Led xanh da trời và Led tia cực tím

Được sản xuất từ nguyên liệu gồm: hợp chất nitrít có chứa AlGaN và AlGaInN, có khả năng phát ra bước sóng ngắn hơn tia cực tím. Các Led cực tím và xanh da trời đang ngày càng phổ biến trên thị trường. Led có bước sóng gần tia cực tím bước sóng từ 375–395 nm vì thế độ nhạy sáng của vi sinh vật gần bằng với phổ hấp thụ của ADN, đỉnh ở gần 260 nm, các LED cực tím từ 250–270 nm sẽ trở thành thiết bị khử trùng trong tương lai. Các phát hiện mới đây cho biết Led cực tím kiểu A (365 nm) đã trở thành thiết bị khử trùng hiệu quả. Led tia cực tím có bước sóng ngắn hơn tia cực tím đã được nghiên cứu thành công trong phòng thí nghiệm dùng aluminium nitride (210 nm),boron nitride (215 nm.

Tính chất đèn LED

Phụ thuộc vào định mức năng lượng được tỏa ra ít hay nhiều mà bước sóng của ánh sáng đèn Led phát ra sẽ không giống nhau hay màu sắc của đèn Led sẽ khác nhau. Giới hạn năng lượng và màu sắc của Led sẽ hoàn toàn nó phụ thuộc vào cấu trúc và năng lượng của chất bán dẫn đó là các thành phần nguyên tử.

Ứng dụng của đèn LED

Khi mới có mặt trên thị trường, một số lượng rất ít các sản phẩm đèn chiếu sáng sử dụng công nghệ Led được đưa vào sử dụng trong các lĩnh vực gồm: phần hỗ trợ hiển thị thuộc các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông, điện lạnh, điện cơ,…. Sau này, khi đã hoàn thiện hơn và được nâng cao về mặt cấu tạo cũng như chức năng, các loại đèn Led phát ra tia hồng ngoại bắt đầu được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa cho đồ điện tử gia dụng. Ngoài ra, các loại đèn Led còn được sử dụng nhằm cung cấp ánh sáng bổ sung cho hoạt động nông nghiệp, đặc biệt là các loài cây trồng đang vào giai đoạn nảy mầm và ra hoa. Trong những năm gần đây, ngành sản xuất đèn công nghệ Led Việt Nam đã có nhiều bước tiến nổi bật trong hoạt động đưa vào cung ứng cho thị trường dân dụng và điện công nghiệp phổ biến. Nhất là đối với điện dân dụng. Còn trong ngành điện công nghiệp do mức giá thành còn khá cao nên đèn Led hiện nay vẫn chưa được sử dụng rộng rải lắm, phần lớn chỉ được sử dụng trong các nhà máy cồng nghệ cao hoặc các tập đoàn lớn nhằm tiết kiệm lượng chi phí tiêu thụ điện năng. Trong thời gian sắp tới, các đơn vị sản xuất đang tiến hành đẩy mạnh nghiên cứu để hạ giá thành các sản phẩm đèn Led công nghiệp đến mức thấp nhất nhằm phổ biến loại thiết bị thông minh này.

 Địa chỉ:

• P.903, Tầng 9, Tòa nhà Diamond Plaza, 34 Lê Duẩn, Phường Bến Nghé, Quận 1, Thành phố Hồ Chí Minh
• Số 32/29, Khu phố Bình Phước B, Phường Bình Chuẩn, TP. Thuận An, Tỉnh Bình Dương

 Điện thoại: 0938599267

 Email: [email protected]

 Website: giadinhlighting.com