Đèn LED là gì ? Ứng dụng của đèn LED

1. Đèn LED là gì ?

LED là từ viết tắt của Light Emitting Diode hay điốt phát quang là một linh kiện điện tử dựa trên chuyển tiếp p-n. LED có cấu trúc cơ bản của một điốt. Cấu trúc cơ bản của LED gồm hai lớp bán dẫn p, n ghép với nhau qua lớp tiếp xúc công nghệ. Hoạt động của LED dựa trên hoạt động của chuyển tiếp p-n.

Hiện tượng phát quang: Các điện tử ở lân cận cực tiểu vùng dẫn sau một thời gian tồn tại ở đây có thể chuyển mức xuống trạng thái trống trong vùng hóa trị, tái hợp với lỗ trống và phát ra một photon.

Đối với một chất bán dẫn, đây là quá trình tái hợp bức xạ tự phát, không phụ thuộc vào mật độ phổ năng lượng của bức xạ điện từ bên ngoài.

Xét chuyển tiếp p-n ở trạng thái không phân cực tại cả vùng nghèo và vùng trung hòa. Do hệ đã thiết lập trạng thái cân bằng,do đó số điện tử tái hợp bằng số điện tử phát xạ. Mật độ dòng photon phát ra rất nhỏ, phần lớn bị hấp thụ do đó không có hiện tượng phát quang.

Xét chuyển tiếp p-n ở trạng thái phân cực thuận. Tại vùng nghèo do hiện tượng khuếch tán và phun hạt dẫn. Nồng độ hạt dẫn dư ( điện tử và lỗ trống) tại vùng nghèo tăng đột ngột,để thiết lập lại cân bằng các điện tử và lỗ trống tái hợp theo cơ chế tái hợp tự phát và phát ra các photon. Do tác dụng của điện áp thuận đặt vào lớp chuyển tiếp,vùng nghèo luôn luôn ở trạng thái thừa hạt dẫn, do đó mật độ dòng photon phát ra từ vùng nghèo luôn được duy trì tạo thành chùm sáng thoát ra khỏi lớp chuyển tiếp.

Trong trường hợp chuyển tiếp p-n ở trạng thái phân cực ngược. Dòng ngược là dòng của hạt dẫn thiểu số rất nhỏ dẫn tới mật độ dòng photon phát ra quá nhỏ, phần lớn bị hấp thụ trở lại do đó không có ánh sáng phát ra.

Như vậy, điện áp thuận đặt vào LED sẽ tạo ra hiện tượng phun hạt dẫn qua lớp chuyển tiếp, qua đó làm tăng đột ngột nồng độ hạt dẫn dư, sự tăng nồng độ hạt dẫn dư làm xuất hiện sự tái hợp bức xạ để trở về trạng thái cân bằng. Đó chính là cơ chế hoạt động của LED.

2. Những Ưu Điểm của đèn LED chiếu sáng

– Sản lượng ánh sáng – Năm 2002, sản lượng ánh sáng từ đèn LED đã ở mức 20 lm/W. Đèn ngày hôm nay các thiết bị đèn LED thương mại có hiệu suất lên 150 lm/W. Và theo báo cáo các bóng đèn thử nghiệm đã cho ra sản lượng ánh sáng lên đến 208 lm/W. Hiệu suất đạt được đã vượt xa ánh sáng được sản xuất bởi bóng đèn sợi đốt (15 lumen / watt) hoặc đèn huỳnh quang (80-95 Lumens trên mỗi watt). Với hiệu suất cao hơn, đồng nghĩa với mức tiêu thụ điện năng thấp hơn, như vậy thì khả năng hoàn vốn khi sử dụng đèn LED so với các bóng đèn truyền thống trên là chỉ trong khoảng trên dưới 1 năm tùy theo thời lượng sử dụng.

– Tuổi thọ – Đèn LED có tuổi thọ từ 30.000 đến 100.000 giờ. Hầu hết các đèn LED thương mại có tuổi thọ từ 30.000 đến 50.000 giờ. Điều này có nghĩa là khi sử dụng đèn LED, bạn có thể sử dụng chúng kéo dài từ 10 đến 30 năm, tùy thuộc vào số giờ hoạt động mỗi ngày. Tuổi thọ cao làm giảm chi phí bảo trì và làm cho những bóng đèn này đặc biệt phù hợp với các vị trí khó tiếp cận, như đèn nhà xưởng hay đèn đường, là những nơi có chi phí bảo trì đáng kể.

– Đặc tính hoạt động – LED hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn, không nhạy cảm với nhiệt độ thấp và không bị ảnh hưởng khi bị bắt tắt thường xuyên. Điều này làm cho chúng an toàn hơn, hiệu quả hơn trong môi trường lạnh (đèn ngoài trời, đèn tủ lạnh và đèn kho lạnh) và tốt hơn cho các ứng dụng đòi hỏi phải thường xuyên chuyển mạch và tắt đèn. Những bóng đèn không bị ảnh hưởng bởi rung động khiến chúng trở thành lựa chọn tốt nhất cho những chỗ như cầu.

– Chống sốc – Các thành phần hoạt động của đèn LED được cách ly với bề mặt bên ngoài với một lớp cách điện chất lượng cao. Các điện cực được và gói đèn LED và cách thành phần điện tử đều nằm trong vỏ bọc an toàn. Một lớp vật liệu giữa LED và tản nhiệt đảm bảo rằng không có dòng điện nào có thể rò rỉ vào tản nhiệt.

– Chống rung – Nếu bạn nhìn vào hình ảnh của đèn LED ở đầu trang, bạn sẽ nhận thấy rằng các điện cực được bọc trong lớp nhựa acrylic trong suốt. Không có dây tóc bóng đèn do đó, đèn LED có khả năng chống rung động. Nhiều người sử dụng ôtô, xe gắn máy và các thiết bị đi lại đã chuyển qua sử dụng đèn LED vì ưu điểm này.

Ứng dụng nổi bật của đèn LED trong cuộc sống hiện nay

2.1 Ứng dụng trong chiếu sáng và trang trí

Tuy chi phí lắp đặt ban đầu có phần cao hơn các loại đèn khác nhưng với khả năng tiết kiệm điện cực tốt và độ bền cực cao sẽ bù đắp rất nhanh, do đó rất nhiều khu trung tâm thương mại lớn đã chuyển sáng sử dụng đèn LED để chiếu sáng và trang trí.

2.2 Ứng dụng đèn LED trong y học

– Trẻ hóa da bằng đèn LED: Đèn chiếu LED được sử dụng với một bước sóng phù hợp ánh sáng màu vàng (bước sóng 590 nm), với cường độ thấp tạo ra một chuỗi tia sáng phát theo xung, được lập trình đặc biệt nhằm tác động kích thích quá trình trẻ hóa tự nhiên của da, theo công nghệ điều biến quang để điều biến tăng hoặc giảm hoạt động của các tế bào sống. Khi chiếu vào da, các LED được lập trình sẵn này sẽ tác động kích thích cơ thể tăng sinh collagen và elastin bên dưới.

– Trị vàng da bằng đèn LED: Vàng da sơ sinh – một trong những căn bệnh phổ biến ở trẻ sơ sinh. Đèn LED cung cấp đủ ánh sáng cần thiết để loại bỏ lượng sắc tố vàng cam trong máu ở bệnh nhân bị dư thừa sắc tố vàng cam – căn bệnh có thể dẫn đến các tổn thương nghiêm trọng về não thậm chí tử vong. Liệu pháp dùng đèn chiếu vàng da là một trong những biện pháp đơn giản và an toàn nhất để điều trị căn bệnh này.

Điều trị mụn trứng cá bằng kỹ thuật LED: Đèn LED với bước sóng phù hợp, tạo ra một chuỗi tia sáng phát ra cường độ thấp, được lập trình đặc biệt nhằm tác động sâu xuống trung bì da, kích thích tăng sinh collagen và elastin, thúc đẩy quá trình chống viêm da, làm lành da và điều tiết làm giảm nhờn da.

2.3. Ứng dụng đèn LED trong các ngành nông nghiệp

Đặc tính của cây trồng là chỉ hấp thụ một dải phổ ánh sáng nhất định, không phải hấp thụ toàn dải ánh sáng như ánh sáng trắng. Do đó lá cây sẽ có màu, vì dải ánh sáng mà lá cây không hấp thụ sẽ phản xạ trở lại môi trường. LED có đặc điểm là phát ra dải sáng hẹp nên tùy theo loại cây trồng cần hấp thụ dải sáng nào sẽ dùng loại bóng LED có dải sáng thích hợp để giảm chi phí tiêu thụ năng lượng và giảm chi phí đầu tư, tăng hiệu suất canh tác tránh lãng phí, thích hợp cho việc canh tác trong nhà kính, và các sản phẩm nông nghiệp chất lượng cao.

Hệ thống chiếu sáng cung cấp ánh sáng cho cây quan hợp sử dụng ánh sáng nhân tạo để cây sinh trưởng nên điện năng tiêu thụ là rất lớn. Tuy nhiên, nhờ chiếu sáng bằng đèn LED, hệ thống sẽ sử dụng 1 lượng điện năng tối thiểu.

2.4. Ứng dụng LED trong nghành công nghiệp quảng cáo

Các bảng hiệu quảng cáo đã có sự phát triển với sự đa dạng về chủng loại cũng như phong cách. Nổi bật trong số đó là sự xuất hiện của đèn LED được các nhà quảng cáo rất “trọng dụng”.