Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bóng đèn LED

Bóng đèn led là thiết bị chiếu sáng mang công nghệ LED, trong đó từ khóa “LED” được viết tắt từ cụm tiếng Anh Light-Emitting-Diode nghĩa là đi ốt phát quang. Các đi ốt này được chứa trong con chip bán dẫn, các điện tử trong chíp sẽ hoạt động khi có nguồn điện chạy qua lấp đầy chỗ trống sinh ra các bức xa ánh sáng.

1. Cấu tạo của bóng đèn LED
Phần tử phát sáng LED   - LED cỡ nhỏ: tiêu thụ dòng điện từ 2mA đến 20mA điện áp đặt trên chip từ 1.5V đến 3V, chúng được thiết kế đơn chiếc phục vụ cho mục đích hiển thị trạng thái của máy, chiếu sáng cục bộ.
- LED cỡ trung: được thiết kế có chân cắm để hàn vào mạch in hoặc thành chip 4 chân để giúp tản nhiệt tốt, chúng được ghép thành bản mạch với nhiều LED nối tiếp hoặc song song. Loại đèn LED này thường sử dụng làm các biển báo, đèn chiếu hậu ô tô, đèn chiếu sáng khẩn cấp, chúng tiêu thụ dòng điện cỡ 100mA
- LED công suất lớn hay HPLED: tiêu thụ dòng điện vài trăm mA đến vài Ampe, do tiêu thụ dòng điện lớn nên loại này nhất thiết phải gắn với một bộ tỏa nhiệt tốt, nếu không HPLED sẽ hỏng sau vài giây. Hiệu suất của HPLED rất cao, có thể lên đến 105lm/W. Ứng dụng của HPLED là để thay loại đèn chiếu sáng trong nhà, ngoài trời.
Bản thân công nghệ LED cho phép nó phát sáng đến 100.000 giờ nhưng có các yếu tố ảnh hưởng đến tuổi thọ bộ đèn như:

Mạch in của bóng đèn
Chất lượng mạch in, chất lượng mối hàn giữa LED với mạch in ảnh hưởng đến lớn đến độ bền của đèn, trong điều kiện khí hậu nhiệt đới như Việt nam, nếu chất lượng của mạch in và mối hàn không tốt dễ gây oxi-hóa đứt mạch in, không tiếp xúc làm cho đèn không thể phát sáng sau một thời gian sử dụng. Trong thực tế người ta có thể sử dụng mạch in thường, hoặc bằng nhôm, gốm cho phép tản nhiệt nhanh cho loại LED công suất trung bình và lớn.

Bộ nguồn
Bộ nguồn cấp điện cho đèn LED phải đảm bảo cung cấp dòng điện và điện áp ổn định phù hợp lới loại LED đang sử dụng các linh kiện chế tạo bộ nguồn phải có tuổi thọ sử dụng tương đương với tuổi thọ của LED.

Bộ phận tản nhiệt
Phần tản nhiệt cho đèn LED được thiết kế nhằm đưa phần tinh thể phát sáng xuống nhiệt độ thấp nhanh nhất, bộ phận này đặc biệt quan trọng khi thiết kế đèn LED công suất lớn, nếu bộ phận tản nhiệt này có kết cấu không phù hợp thì phần tử LED sẽ nhanh bị già, hiệu suất phát sáng giảm đi đáng kể.

Vỏ
Để đảm bảo cho đèn hoạt động ổn định và bền, vỏ đèn được chế tạo để có độ chống thấm nước cao, đồng thời đảm bảo khả năng tỏa nhiệt nhanh chóng.

2. Nguyên lý hoạt động của bóng đèn LED
   

Bóng đèn LED dựa trên công nghệ bán dẫn. Hoạt động của bóng đèn LED giống với nhiều loại điốt bán dẫn. Khối bán dẫn loại P chứa nhiều loại 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 khuyếch 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 hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hường 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).

Mức năng lượng, màu sắc của LED phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn. Do đó, tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác nhau, tức màu sắc của LED sẽ khác nhau.
LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao. Do đó LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra.

Màu sắc của ánh sáng LED do chất liệu của liên kết bán dẫn PN quyết định. Khi khoảng trống giữa liên kết PN với các chất liệu khác nhau, khoảng trống càng lớn, năng lượng do điện tử và lỗ trống kết hợp với nhau tạo ra năng lượng ánh sáng càng lớn. Năng lượng dưới sạng ánh sáng cũng chính là màu của ánh sáng mà mắt thường thấy được, ánh sáng màu xanh dương, màu tím mang năng lượng nhiều nhất, màu đỏ màu cam mang năng lượng ít nhất, các nhà sản xuất ứng dụng các chất liệu cho liên kết PN khác nhau sẽ nhận được các Led có màu sắc khác nhau.

LED có ba loại màu phổ biến là: màu đỏ, màu xanh lá, xanh dương, tạo thành 3 màu cơ bản (RGB), thường sử dụng chip 1 màu hoặc nhiều chip có màu khác nhau để sản xuất LED .
Ánh sáng màu trắng của LED được hình thành theo hai nguyên tắc sau:
+ Nguyên tắc 1: ứng dụng 3 màu cơ bản RGB để hợp thành, 3 chip với 3 màu RGB sẽ được tích hợp trong cùng một bóng đèn LED , màu đỏ 21%, màu xanh lá 69% và màu xanh dương 10%.
+ Nguyên tắc 2: sử dụng bột huỳnh quang (phốt pho) để tạo màu trắng cho ánh sáng. Bạn có thể phủ lên bề mặt chip màu xanh dương lớp Phốt Pho NdYAG (màu vàng) để tạo thành màu trắng hoặc dùng phốt pho YAN phủ lên tinh thể màu xanh dương inGaN có bước sóng 460nm, lớp phốt pho cùng với ánh sáng xanh dương phát ra kết hợp tạo ra ánh sáng vàng này và ánh sáng xanh dương tạo ra ánh sáng trắng mà mắt thường thấy được, đây là kỹ thuật hiện nay được ứng dụng nhiều nhất để tạo ra ánh sáng màu trắng của LED.

Chi tiết đèn LED ENA Vietnam xem tại danh mục sản phẩm, chúng tôi có đầy đủ tất cả các sản phẩm đèn LED chiếu sáng từ 3W đến 36W. ENA sẽ là đối tác đáng tin cậy của Quý đại lý, Quý khách hàng.

Có thể bạn nên biết:
So sánh công nghệ đèn LED: COB và SMD
Các khái niệm và thuật ngữ trong chiếu sáng