Nguyên tắc làm việc của đèn LED

Đèn LED (diode phát sáng), một diode phát sáng, là một thiết bị bán dẫn trạng thái rắn có thể chuyển đổi năng lượng điện thành ánh sáng nhìn thấy. Nó có thể trực tiếp chuyển đổi điện thành ánh sáng. Trái tim của LED là một con chip bán dẫn. Một đầu của chip được gắn vào một khung, một đầu là cực âm và đầu kia được kết nối với cực dương của nguồn điện, do đó toàn bộ chip được gói gọn bằng nhựa epoxy. Chip bán dẫn bao gồm hai phần, một phần là một chất bán dẫn loại P, trong đó các lỗ chiếm ưu thế, và đầu kia là một chất bán dẫn loại N, chủ yếu là các electron. Nhưng khi hai chất bán dẫn này được kết nối, một điểm nối P-N được hình thành giữa chúng. Khi dòng điện hoạt động trên chip qua dây, các electron sẽ được đẩy đến khu vực P, nơi các electron và lỗ hổng kết hợp lại, và sau đó chúng sẽ phát ra năng lượng dưới dạng photon. Đây là nguyên tắc phát xạ ánh sáng LED. Bước sóng của ánh sáng, nghĩa là màu sắc của ánh sáng, được xác định bởi vật liệu tạo thành đường nối P-n.

Ban đầu, đèn LED được sử dụng làm nguồn ánh sáng chỉ số cho các dụng cụ và mét. Sau đó, đèn LED có nhiều màu sáng khác nhau được sử dụng rộng rãi trong đèn giao thông và màn hình hiển thị khu vực lớn, tạo ra lợi ích kinh tế và xã hội tốt. Lấy đèn giao thông màu đỏ 12 inch làm ví dụ. Ở Hoa Kỳ, một đèn sợi đốt 140 watt có hiệu quả thấp, có hiệu quả thấp ban đầu được sử dụng làm nguồn sáng, tạo ra 2.000 lumens ánh sáng trắng. Sau khi đi qua bộ lọc màu đỏ, 90% ánh sáng bị mất, chỉ để lại 200 lumens ánh sáng đỏ. Trong đèn mới được thiết kế, Lumileds sử dụng 18 nguồn đèn LED màu đỏ, bao gồm tổn thất mạch và tiêu thụ tổng cộng 14 watt năng lượng để tạo ra hiệu ứng ánh sáng tương tự. Đèn tín hiệu xe hơi cũng là một lĩnh vực quan trọng của ứng dụng nguồn đèn LED.

Đối với ánh sáng nói chung, mọi người cần nguồn sáng trắng nhiều hơn. Năm 1998, đèn LED ánh sáng trắng đã được phát triển thành công. Đèn LED này được thực hiện bằng cách đóng gói các chip GaN và garnet nhôm yttri (YAG) với nhau. Chip GaN phát ra ánh sáng màu xanh (λ = 465nm, wd = 30nm) và phốt pho YAG chứa CE3+ được thực hiện bởi sự thiêu kết nhiệt độ cao bị kích thích bởi ánh sáng màu xanh này và phát ra ánh sáng màu vàng với giá trị cực đại là 550nm. Chất nền đèn LED màu xanh được lắp đặt trong khoang phản xạ hình bát và được phủ một lớp nhựa mỏng trộn với YAG, khoảng 200-500nm. Một phần của ánh sáng màu xanh phát ra từ chất nền LED được hấp thụ bởi phốt pho, và phần khác của ánh sáng xanh được trộn với ánh sáng màu vàng phát ra từ phốt pho để thu được ánh sáng trắng. Đối với đèn LED INGAN/YAG trắng, bằng cách thay đổi thành phần hóa học của phốt pho YAG và điều chỉnh độ dày của lớp phốt pho, có thể thu được các màu khác nhau của ánh sáng trắng với nhiệt độ màu 3500-100k. Phương pháp thu được ánh sáng trắng thông qua đèn LED màu xanh rất đơn giản về cấu trúc, chi phí thấp và rất trưởng thành trong công nghệ, vì vậy nó được sử dụng rộng rãi nhất.