Hiện nay đèn LED phổ biến do hiệu quả của nó và nhiều người tin rằng đó là một công nghệ ‘mới’. Các đèn LED như chúng ta biết nó đã được khoảng hơn 50 năm. Sự phát triển gần đây của đèn LED trắng là những gì đã đưa nó vào mắt công chúng như là một sự thay thế cho các nguồn ánh sáng trắng khác.
Tóm Tắt
Diode phát sáng (LED) là gì?
Một Diode phát sáng (LED) là một trong những phát minh mới nhất và được sử dụng rộng rãi. Từ điện thoại di động của bạn đến các bảng trưng bày quảng cáo lớn, nhiều ứng dụng của những bóng đèn led trang trí này có thể được chứng kiến gần như ở mọi nơi. Ngày nay, sự phổ biến và ứng dụng của họ ngày càng tăng nhanh chóng do một số đặc tính nổi bật mà họ có.
Cụ thể, đèn LED có kích thước rất nhỏ và tiêu thụ rất ít năng lượng. Các màu sắc rực rỡ, đẹp, rực rỡ liên quan đến đèn LED có thể khá đẹp, nhưng bạn có thực sự biết các hiệu ứng này thực sự được tạo ra như thế nào hay đúng hơn là các bóng đèn LED hoạt động như thế nào?
Biểu tượng diode phát sáng (LED)
Biểu tượng của đèn LED tương tự như diode nối tiếp thông thường, ngoại trừ việc nó có mũi tên chỉ cách xa diode cho biết ánh sáng được phát ra bởi diode.
Đèn LED có nhiều màu khác nhau. Màu sắc phổ biến nhất của đèn LED là cam, vàng, xanh lá cây và đỏ.
Biểu tượng sơ đồ của đèn LED không đại diện cho màu của ánh sáng. Biểu tượng sơ đồ là giống nhau cho tất cả các màu sắc của đèn LED. Do đó, không thể xác định màu của đèn LED bằng cách nhìn thấy biểu tượng của đèn LED.
Như là hiển nhiên từ tên của nó, LED (Light Emitting Diode) về cơ bản là một thiết bị phát ra ánh sáng nhỏ đi kèm với các thành phần điện tử bán dẫn “hoạt động”. Nó khá giống với diode thông thường, với sự khác biệt lớn duy nhất là khả năng phát ra ánh sáng trong các màu khác nhau. Hai đầu cực (cực dương và cực âm) của đèn LED khi được kết nối với nguồn điện áp ở cực phân cực, có thể tạo ra các đèn có màu khác nhau, theo chất bán dẫn được sử dụng bên trong nó.
Làm thế nào để đèn LED phát ra ánh sáng?
Đèn LED là nguồn ánh sáng bán dẫn kết hợp một chất bán dẫn loại P (nồng độ lỗ lớn hơn) với chất bán dẫn loại N (nồng độ electron lớn hơn). Áp dụng một điện áp chuyển tiếp đủ sẽ làm cho các điện tử và lỗ trống tái kết hợp tại điểm nối PN, giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng.
So với các loại đèn thông thường thì đèn led có lượng nhiệt tỏa ra ít hơn. Do đó năng lượng tiêu hao cho quá trình sử dụng là không đáng kể để có thể đem lại công suất tốt nhất về ánh sáng.
Đèn LED là nguồn ánh sáng bán dẫn kết hợp một chất bán dẫn loại P (nồng độ lỗ lớn hơn) với chất bán dẫn loại N (nồng độ electron lớn hơn).
Các loại đèn LED
Có hai loại đèn LED, loại đèn (có đầu) và loại chip (gắn trên mặt). Người dùng có thể chọn loại lý tưởng dựa trên yêu cầu thiết lập.
Bước sóng và màu
Màu LED (bước sóng phát xạ) sẽ thay đổi tùy thuộc vào vật liệu được sử dụng. Điều này làm cho nó có thể tùy chỉnh màu sắc để đáp ứng các thông số bước sóng nhất định cần thiết cho các ứng dụng sử dụng bóng đèn truyền thống làm nguồn sáng (tiêu chuẩn tồn tại), chẳng hạn như đèn giao thông và đèn ô tô.
Hai thông số kỹ thuật cho bước sóng được sử dụng để chỉ ra màu sắc: λP (bước sóng đỉnh) và λD (bước sóng ưu thế), với λD tương ứng với màu sắc thực sự được nhìn thấy bởi mắt người.
Nguyên tắc hoạt động của đèn Led:
Một Diode phát sáng (LED) là một thiết bị bán dẫn quang phát ra ánh sáng khi điện áp được áp dụng. Nói cách khác, LED là một thiết bị bán dẫn quang học chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng ánh sáng.
Khi Light Emitting Diode (LED) chuyển tiếp thành kiến, các electron tự do trong băng dẫn sẽ kết hợp lại với các lỗ trong dải hóa trị và giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng.
Quá trình phát ra ánh sáng để phản ứng với dòng điện mạnh hoặc dòng điện được gọi là phát quang điện.
Một diode tiếp giáp pn bình thường cho phép dòng điện chỉ theo một hướng. Nó cho phép dòng điện khi chuyển tiếp thành kiến và không cho phép dòng điện khi nghịch đảo ngược. Do đó, diode tiếp điểm pn bình thường chỉ hoạt động trong điều kiện thiên vị về phía trước.
Giống như điốt tiếp giáp pn bình thường, đèn LED cũng chỉ hoạt động trong điều kiện thiên vị về phía trước. Để tạo một đèn LED, vật liệu loại n phải được kết nối với đầu cực âm của pin và vật liệu loại p phải được kết nối với cực dương của pin. Nói cách khác, vật liệu loại n phải được tích điện âm và vật liệu loại p phải được tích điện dương.
Việc xây dựng đèn LED tương tự như diode nối tiếp thông thường, ngoại trừ gallium, phốt pho và vật liệu asen được sử dụng để xây dựng thay vì vật liệu silicon hoặc germanium.
Trong các điốt tiếp giáp pn bình thường, silicon được sử dụng rộng rãi nhất vì nó ít nhạy cảm với nhiệt độ. Ngoài ra, nó cho phép dòng điện hiệu quả mà không có bất kỳ thiệt hại nào. Trong một số trường hợp, germanium được sử dụng để xây dựng điốt.
Tuy nhiên, các điốt silic hoặc germanium không phát ra năng lượng dưới dạng ánh sáng. Thay vào đó, chúng phát ra năng lượng dưới dạng nhiệt. Do đó, silicon hoặc germanium không được sử dụng để xây dựng đèn LED.
Các lớp LED
Một Light Emitting Diode (LED) bao gồm ba lớp: p-type bán dẫn , n-type bán dẫn và lớp cạn kiệt. Chất bán dẫn loại p và chất bán dẫn loại n được phân cách bởi một vùng suy giảm hoặc lớp cạn kiệt.
– Chất bán dẫn loại P
Khi các tạp chất hóa trị ba được thêm vào chất bán dẫn nội tại hoặc tinh khiết, một chất bán dẫn loại p được hình thành.
Trong chất bán dẫn loại p, các lỗ là các chất mang điện tích lớn nhất và các electron tự do là các chất mang điện tích thiểu số. Do đó, các lỗ mang hầu hết dòng điện trong chất bán dẫn loại p.
– Bộ bán dẫn loại N
Khi các tạp chất pentavalent được thêm vào chất bán dẫn nội tại, một chất bán dẫn loại n được hình thành.
Trong chất bán dẫn loại n, các electron tự do là các hạt mang điện tích lớn và các lỗ hổng là các sóng mang điện tích thiểu số. Do đó, các electron tự do mang theo hầu hết dòng điện trong chất bán dẫn loại n.
Bằng cách thêm một tạp chất, được gọi là doping, các nguyên tử phụ được giới thiệu, làm xáo trộn hiệu quả sự cân bằng của vật liệu.
Những tạp chất này dưới dạng nguyên tử bổ sung có thể cung cấp các electron tự do (N-type) vào hệ thống hoặc hút một số electron đã tồn tại từ các nguyên tử (P-Type) tạo ra “lỗ hổng” trong quỹ đạo nguyên tử. Theo cả hai cách, vật liệu được dẫn điện hơn. Do đó trong ảnh hưởng của dòng điện trong loại vật liệu N, các electron có thể di chuyển từ cực dương (dương) đến cực âm (âm) và ngược lại trong loại vật liệu P. Do tính chất của chất bán dẫn, dòng điện sẽ không bao giờ di chuyển theo hướng ngược lại trong các trường hợp tương ứng.
Giải thích:
Từ lời giải thích trên, rõ ràng là cường độ ánh sáng phát ra từ nguồn (LED trong trường hợp này) sẽ phụ thuộc vào mức năng lượng của photon phát ra, do đó sẽ phụ thuộc vào năng lượng được giải phóng bởi các electron nhảy vào giữa quỹ đạo nguyên tử của vật liệu bán dẫn.
Chúng ta biết rằng để làm cho một electron bắn từ quỹ đạo thấp hơn đến quỹ đạo cao hơn mức năng lượng của nó là cần thiết để được nâng lên. Ngược lại, nếu các electron được tạo ra từ mức cao hơn đến các obitan thấp hơn, thì năng lượng logic phải được giải phóng trong quá trình này.
Trong đèn LED, các hiện tượng trên được khai thác tốt. Đáp lại kiểu doping của loại P, các electron trong LED di chuyển bằng cách rơi từ quỹ đạo cao hơn xuống các obitan thấp hơn giải phóng năng lượng dưới dạng photon tức là ánh sáng. Các quỹ đạo này xa hơn nhau, cường độ của ánh sáng phát ra càng lớn.
Các bước sóng khác nhau liên quan đến quá trình xác định các màu khác nhau được tạo ra từ các đèn LED. Do đó, ánh sáng phát ra bởi thiết bị phụ thuộc vào loại vật liệu bán dẫn được sử dụng.
Ưu điểm của đèn LED:
1 . Điện áp và dòng điện rất thấp đủ để điều khiển đèn LED.
2. Tổng sản lượng điện tiêu thụ sẽ nhỏ hơn 150 milliwatts.
3. Thời gian đáp ứng rất ít – chỉ khoảng 10 nano giây.
4. Các thiết bị không cần bất kỳ sưởi ấm và thời gian làm nóng lên.
5. Thu nhỏ được kích thước và do đó nhẹ.
6. Có một xây dựng gồ ghề và do đó có thể chịu được sốc và rung động.
7. Đèn LED hiện nay có sản xuất có tuổi thọ trên 20 năm.
8. Đèn Led có thể ứng dụng cho thiết kế Led năng lượng mặt trời để tiết kiệm năng lượng.
Nhược điểm:
1. Nếu dư thừa điện áp hoặc dòng điện có thể làm hỏng thiết bị.
2. Led có băng thông rộng hơn so với tia laser.
3. Nhiệt độ phụ thuộc công suất đầu ra bức xạ và bước sóng phát sáng.
4. Đèn LED cần nhiều năng lượng hơn để hoạt động so với các điốt tiếp giáp pn hơn.
Nguồn: college