Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của Đèn Led Dễ hiểu hiểu nhất

Chắc hẳn mọi người hiện nay đều không xa lạ gì đối với đèn Led nữa đúng không ạ. Trong thời đại 4.0 hiện nay thì đèn Led lại phát triển càng thêm mạnh mẽ, bởi ánh sáng thân thiện với mắt con người, không gây hại, tiết kiệm điện năng. Vậy chúng ta cùng tìm hiểu xem Led là gì và được cấu tạo như thế nào nhé.

“LED (viết tắt của Light Emitting Diode hay điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N.

Lúc đầu LED nó được sử dụng làm đèn báo nhưng sau này được dùng rộng rãi làm đèn chiếu sáng trong nhà, ngoài trời, trang trí…
Hình ảnh điện Cực Led được bảo vệ bằng 1 lớp vỏ nhựa

⇒ Ký Hiệu của đèn Led:

Ký hiệu trên cho ta thấy các cực cathode, anode và hướng của ánh sáng phát đi.

Chip led được gắn lại với nhau nhằm nâng cao khả năng phát ánh sáng. Ba loại tổ hợp phổ biến hiện này là : DIP, SMD và COB.

Trong ứng dụng làm thiết bị chiếu sáng, các chip LED được lắp ráp với nhau thành một nguồn phát ánh sáng nằm bên trong các sản phẩm có hình dạng như: bóng tròn, tuýp dài, hình nến, hình cầu, downligt… được gọi là đèn led.

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của đèn LED:

Mối nối PN chính là phần cơ bản nhất của đèn led. Cấu tạo của đèn led có 1 cực dương (cathode) và một cực âm (anode) ngăn cách nhau bởi một tinh thể vật liệu bán dẫn. Vật liệu bán dẫn được thêm tạp chất để tạo ra các mối nối PN. Toàn bộ được lắp trong một vỏ nhựa có tác dụng như một thấu kính để hướng ánh sáng phát ra ngoài.

Khi có điện áp đặt lên các điện cực, dòng điện sẽ đi từ anode (mặt P) sang cathode (mặt N). Khi 1 electron gặp 1 lỗ trống ở chỗ mối nối PN nó bị rơi vào trạng thái năng lượng thấp. Sự khác biệt năng lượng giữa hai trạng thái chính là đặc tính của mối nối PN. Năng lượng thừa của electron sẽ phát ra thành một photon. Khoảng cách năng lượng càng cao thì độ dài sóng của ánh sáng phát ra càng ngắn.

Tính năng và đặc điểm của đèn LED

– Đèn led có tuổi thọ và hiệu suất lớn hơn nhiều lần đèn sợi đốt và hiệu quả hơn so với hầu hết các loại đèn huỳnh quang. Một số chip có khả năng phát ra hơn 300 lumen / watt . Năm 2015, thị trường LED đạt 2 tỷ USD và dự kiến có thể đạt mức 26 tỷ USD vào năm 2023. Theo thống kê trong năm 2016, các thiết bị chiếu sáng ứng dụng công nghệ led mới chỉ chiếm 10% thị phần so với các công nghệ chiếu sáng khác.

– Không giống như hầu hết các bóng đèn huỳnh quang (huỳnh quang compact hoặc đèn CFL), LED phát sáng hoàn toàn mà không cần thời gian khởi động. Do vậy tuổi thọ của chúng cao hơn đèn huỳnh quang. Chi phí ban đầu để mua đèn led thường cao hơn loại sợi đốt hay huỳnh quang, tuy nhiên xét về mức độ tiết kiệm điện năng và tuổi thọ thì chúng được đánh giá tiết kiệm chi phí hơn.

– Hiện nay hầu hết các sản phẩm được thiết kế theo đui tiêu chuẩn có thể thay thế trực tiếp cho bóng đèn sợi đốt hoặc huỳnh quang. Trên bao bì thường ghi rõ lumen, công suất watt, nhiệt độ màu, phạm vi nhiệt độ hoạt động. Chúng không phát ra ánh sáng theo mọi hướng, và các đặc tính hướng của chúng ảnh hưởng đến việc thiết kế, mặc dù ngày nay đã có không ít những thiết kế có góc chiếu sáng 360 độ.

– Giống như hầu hết các thiết bị chiếu sáng khác, led bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao, mặc dù chúng phát ra rất ít nhiệt khi hoạt động. Nhưng phần nhiệt độ này cũng đủ để gây ra những tổn hại như giảm lumen, giảm tuổi thọ. Do đó, trong thiết kế thường có thêm bộ phận tản nhiệt, làm mát. Tuổi thọ của đèn led phụ thuộc lớn vào chất lượng của bộ tản nhiệt.

– Để hoạt động, chip led đòi hỏi phải chuyển đổi dòng điện từ xoay chiều sang dòng điện một chiều bằng một thiết bị biến áp và chuyển đổi gọi là driver. Đèn led đi kèm một driver chất lượng có thể đảm bảo tuổi thọ dài cho và cung cấp các tính năng điều khiển ánh sáng. Nó có thể được đặt bên trong bóng đèn (loại tích hợp) hoặc được đặt bên ngoài (loại độc lập). Tùy theo ứng dụng chiếu sáng mà được áp dụng driver khác nhau (có thể lấy ví dụ: Như trình driver ngoài trời cho ánh sáng đường phố, driver điểm cho chiếu sáng trong nhà và driver tuyến tính cho các đèn quảng cáo).

Ưu điểm	Nhược điểm
– Phát ra nhiều quang thông ánh sáng hơn các loại khác với cùng mức công suất. – Kích thước nhỏ gọn hơn so với các loại đèn khác – Có thể bật và tắt nhiều lần mà không ảnh hưởng tới tuổi thọ – Có thể kết hợp với dimmer. – Có tuổi thọ rất dài. – Chiếu sáng theo hướng	– Giá khởi điểm cao – Ảnh hưởng bởi nhiệt độ – Rất nhạy với điện áp – Chất lượng ánh sáng

Các loại đèn led

LED xuyên lỗ (through hole led)

Loại này có nhiều hình dạng và kích cỡ, phổ biến nhất là led 3mm, 5mm và 8mm với nhiều màu sắc khác nhau đỏ, lục, vàng, xanh lá, trắng…

LED SMD

LED SMD có thể gắn dễ dàng trên PCB. Loại này thường được phân biệt bằng kích thước. Ví dụ LED SMD phổ biến nhất là 3528 và 5050.

LED 2 màu

Như tên gọi của nó loại LED này có thể phát ra 2 màu. Loại này thường có 3 chân, trong đó 2 chân là cực anode, chân còn lại là cực cathode. Màu sắc sẽ được kích hoạt tùy thuộc vào cấu hình của chân.

LED RGB

LED RGB có 3 led trên 1 chip đơn. Bằng kỹ thuật điều biến độ rộng xung (Pulse Width Modulation – PWM) có thể kiểm soát led RGB cho ra một dải màu sắc.