Nguyên lý hoạt động của đèn LED

LED là một thiết bị bán dẫn ở trạng thái rắn có thể chuyển đổi năng lượng điện thành ánh sáng khả kiến. Nó có thể trực tiếp chuyển đổi điện thành ánh sáng. Trái tim của đèn LED là một con chip bán dẫn. Một đầu của chip được gắn vào giá đỡ, một đầu là cực âm và đầu còn lại được nối với cực dương của nguồn điện, sao cho toàn bộ chip được bao bọc bằng nhựa epoxy.

Chip bán dẫn bao gồm hai phần. Một phần là chất bán dẫn loại P, trong đó lỗ trống chiếm ưu thế và đầu còn lại là chất bán dẫn loại N, trong đó các electron chiếm ưu thế. Nhưng khi hai chất bán dẫn này được kết nối với nhau, một điểm nối P-N sẽ được hình thành giữa chúng. Khi dòng điện tác dụng lên chip qua dây dẫn, các electron sẽ bị đẩy về vùng P, tại đây các electron sẽ kết hợp lại với các lỗ trống, sau đó phát ra năng lượng dưới dạng photon. Đây là nguyên tắc củađèn LEDkhí thải. Bước sóng của ánh sáng, tức là màu sắc của ánh sáng, được xác định bởi vật liệu tạo nên điểm nối P-N.

LED có thể trực tiếp phát ra ánh sáng đỏ, vàng, xanh dương, xanh lá cây, xanh lá cây, cam, tím và trắng.

Lúc đầu, đèn LED được sử dụng làm nguồn sáng chỉ thị của dụng cụ và máy đo. Sau đó, nhiều loại đèn LED có màu sáng khác nhau được sử dụng rộng rãi trong đèn giao thông và màn hình diện tích lớn, mang lại lợi ích kinh tế và xã hội tốt. Lấy đèn tín hiệu giao thông màu đỏ 12 inch làm ví dụ. Tại Hoa Kỳ, đèn sợi đốt 140 watt có tuổi thọ cao và hiệu suất phát sáng thấp ban đầu được sử dụng làm nguồn sáng, tạo ra 2000 lumen ánh sáng trắng. Sau khi đi qua bộ lọc màu đỏ, độ mất ánh sáng là 90%, chỉ để lại 200 lumen ánh sáng đỏ. Trong đèn được thiết kế mới, Lumileds sử dụng 18 nguồn sáng LED màu đỏ, bao gồm cả mạch mất mát. Tổng công suất tiêu thụ là 14 watt, có thể tạo ra hiệu ứng phát sáng tương tự. Đèn tín hiệu ô tô cũng là một lĩnh vực quan trọng của ứng dụng nguồn sáng LED.

Đối với chiếu sáng chung, mọi người cần nhiều nguồn ánh sáng trắng hơn. Năm 1998, đèn LED trắng được phát triển thành công. Đèn LED này được chế tạo bằng cách đóng gói chip GaN và ngọc hồng lựu yttrium nhôm (YAG) lại với nhau. Chip GaN phát ra ánh sáng xanh （ λ P=465nm, Wd=30nm), photpho YAG chứa Ce3+ thiêu kết ở nhiệt độ cao phát ra ánh sáng vàng sau khi bị kích thích bởi ánh sáng xanh này, với giá trị cực đại là đèn LED 550n m. Đế LED màu xanh được lắp đặt trong khoang phản xạ hình bát, phủ một lớp nhựa mỏng trộn YAG, khoảng 200-500nm. Ánh sáng xanh từ đế LED được hấp thụ một phần bởi phốt pho và phần còn lại của ánh sáng xanh được trộn với ánh sáng vàng từ phốt pho để thu được ánh sáng trắng.

Đối với đèn LED trắng InGaN/YAG, 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 nhiều loại đèn trắng khác nhau với nhiệt độ màu 3500-10000K. Phương pháp thu được ánh sáng trắng thông qua đèn LED xanh lam này có ưu điểm là cấu trúc đơn giản, chi phí thấp và độ chín công nghệ cao nên được sử dụng rộng rãi.