1. Khái niệm đèn LED

LED được viết tắt từ Light-Emitting-Diode, có nghĩa là điốt phát quang. Về bản chất LED là một điốt, nó chứa một chíp bán dẫn có pha các tạp chất để tạo ra một tiếp giáp P-N, kênh P chứa lỗ trống, kênh N chứa điện tử, dòng điện truyền từ A-nốt( kênh P) đến K-tốt (kênh N). Khi điện tử lấp đầy chỗ trống nó sinh ra bức xạ ánh sáng nhìn thấy.

2. Sự ra đời của đèn Led

Năm 1907, nhà khoa học người Anh H.J. Round đã phát minh ra điốt bán dẫn phát sáng đầu tiên. Tiếp đó nhà khoa học Nga Oleg Vladimirovich Losev đã tạo ra chiếc đèn LED đầu tiên. Tuy nhiên thành tựu này đã nhanh chóng rơi vào quên lãng khi mà nó không được biết đến rộng rãi.

Phải đến tận năm 1961, hai nhà khoa học Mỹ là Robert Biard và Gary Pittman, làm việc tại Texas cũng phát hiện GaAs phát ra tia hồng ngoại khi có dòng điện tác động tới nó. Ngay sau đó 2 ông đã được cấp bằng sáng chế ra đèn LED hồng ngoại.

Năm 1962, chiếc đèn LED phát ra ánh sáng đỏ đầu tiên được nghiên cứu bởi Nick Holonyak Jr. Tiếp đến năm 1972, M. George Craford là người đã phát minh ra bóng đèn led có màu vàng đầu tiên có cường độ sáng gấp 10 lần ánh sáng của bóng led màu đỏ và màu cam.

Năm 1993, chiếc đèn LED xanh da trời đầu tiên được làm từ InGaN là phát minh của nhà khoa học Shuji Nakamura làm việc cho công ty Nichia Corporation. Sau đó, người ta lấy ánh sáng vàng trộn với ánh sáng xanh da trời và phủ thêm một lớp hợp chất có tên là YAG để cho ra đời ánh sáng trắng.

Phải hơn 10 năm sau thì Nakamura mới được được trao giải thưởng công nghệ thiên nhiên kỷ cho phát minh đèn led ánh sáng xanh này.

3.  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đèn Led

3.1. Cấu tạo của đèn LED

Đèn Led bao gồm 5 bộ phận chính như sau:

Thứ nhất: Phần tử phát sáng Chip Led

Bản chất của LED là một điốt, nó chứa một chíp bán dẫn có pha các tạp chất để tạo ra một tiếp giáp P-N, kênh P chứa lỗ trống, kênh N chứa điện tử, dòng điện truyền từ A-nốt( kênh P) đến K-tốt (kênh N), khi điện tử lấp đầy chỗ trống nó sinh ra bức xạ ánh sáng, các bước sóng phát ra có màu khác nhau tùy thuộc vào tạp chất trong chíp bán dẫn. LED phân thành ba loại chính theo dải công suất: cỡ nhỏ, cỡ trung bình, cỡ lớn.

 

Thứ 2: Mạch bộ đèn Led

Chip led sẽ không thể phát huy được hết những ưu điểm của mình nếu như mạch in của đèn led không được đảm bảo chất lượng.

• Chất lượng của mạch in ảnh hưởng đến mối hàn giữa LED với mạch in và ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng của bộ đèn. Nếu mạch in chất lượng không đảm bảo và mối hàn không tốt dễ gây ra oxi hóa đứt mạch in. Điều này sẽ làm cho đèn không thể phát sáng được sau một thời gian sử dụng.
• Trong thực tế chất liệu của mạch in thường làm bằng nhôm hoặc gốm. Đối với điều kiện khí hậu của Việt Nam đặc trưng là nhiệt đới độ ẩm cao. Nên sự lựa chọn chất liệu mạch in làm bằng gốm hoặc nhôm là sự lựa chọn hoàn hảo nhất cho sản phẩm đèn LED.

Thứ 3: Nguồn đèn Led

• Bộ nguồn cấp điện cho đèn LED phải đảm bảo cung cấp dòng điện và điện áp ổn định phù hợp với 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. Đây là điểm vô cùng quan trọng mà tất cả các hãng sản xuất đèn đều phải lưu ý.
• Với những loại đèn có công suất nhỏ bộ nguồn đơn giản chỉ là một nguồn áp kết hợp với một điện trở hạn dòng cho LED.
• Bộ nguồn đèn led có thể là loại điện áp không đổi. Thường là 10V, 12V và 24V hoặc loại ổn định dòng 350mA, 700mA và 1A.

Thứ 4: Tản nhiệt đèn Led

• Phần tản nhiệt của đèn LED thường nằm phía sau đèn. Bộ phận này thường được thiết kế nhằm đưa phần tinh thể phát sáng xuống nhiệt độ thấp nhanh nhất. Đây là bộ phận này đặc biệt quan trọng khi thiết kế đèn.

• Ở nhiều góc độ khác nhau kỹ thuật gia công tản nhiệt đã trở thành và quyết định đến tính năng sống còn của bộ tản nhiệt. Đặc biệt đối với các bộ đèn LED có công suất lớn. Tuy nhiên cơ bản dựa trên nền tảng 03 công nghệ dưới đây:

• Công nghệ đúc khuôn vật liệu thường là hỗn hợp nhôm, kẽm hay nhôm thô, nhôm đúc. Tuy nhiên nhôm đúc thường là nhôm thô, hàm lượng nhôm thấp nên tản nhiệt kém. Các lá nhôm dày, khó gia công theo yêu cầu.
• Công nghệ tiện thường dùng là nhôm 6063 độ dẫn nhiệt khoảng 180W/M.K. Với công nghệ này có thể chế tạo đến mức tinh xảo, diện tích tản nhiệt lớn, tính năng tản nhiệt tốt. Đặc biệt hiệu quả tản nhiệt cao gấp 3 lần so với bộ tản nhiệt đúc.
• Công nghệ rèn nguội: Vật liệu chính là nhôm cao cấp đã cho ra các bộ tản nhiệt cao cấp.

Thứ 5: Vỏ bóng đèn Led

• Vỏ đèn led được thiết kế dùng để bảo vệ các bộ phận bên trong của đèn. Thiết kế vỏ đèn thể hiện tính thẩm mỹ cho cả bộ đèn. Chính vì thế vai trò của vỏ đèn led là vô cùng quan trọng

• Tùy vào từng loại đèn lại có kết cấu vỏ khác nhau để phù hợp đúng với mục đích sử dụng đèn.

• Các sản phẩm chiếu sáng ngoài trời do đặc thù môi trường chiếu sáng nên chất liệu hợp kim nhôm sẽ được ưu tiên hơn. Điển hình như đèn đường led, đèn led âm đất…
• Những mẫu đèn có thể sử dụng nhựa chất lượng cao đó là; đèn led ốp trần, đèn led panel

3.2. Nguyên lý hoạt động của đèn LED

LED dựa trên công nghệ bán dẫn. Hoạt động của 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 khuếch 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 hướng 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).

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). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn. – 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.

 

4. Ưu và nhược điểm đèn Led

4.1. Ưu điểm của đèn Led

Tuổi thọ cao gấp 50-100 lần bóng đèn sợi đốt

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.

Hiệu suất phát quang cao – tiết kiệm điện

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.

Cực kỳ an toàn

Đèn truyền thống được khuyến cáo không nên sử dụng bởi vì sản phẩm có chứa thủy ngân bên trong. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cũng như môi trường.

Các sản phẩm chiếu sáng đèn led được chứng nhận tiêu chuẩn CE, RoHs… an toàn tuyệt đối với người sử dụng.

Ánh sáng phong phú về màu sắc

Đèn led đa dạng về màu sắc ánh sáng. Nổi bật với dải nhiệt độ màu rộng từ 2700K – 6500k. Sản phẩm có thể cho ra nhiều dải màu ánh sáng khác nhau.

Khác với các sản phẩm truyền thống chỉ có thể chiếu sáng một màu ánh sáng trắng/vàng.

Độ bền cao

Đèn Led được làm từ vật liệu bán dẫn, nên rất khó bị phá huỷ bởi sự va đập..

Nhược điểm đèn LED

• Các sản phẩm đèn công nghệ LED thường đắt tiền hơn để mua, nhưng hiện nay nhu cầu về dòng thiết bị này đang tăng cao nên giá thành của chúng đang giảm dần hàng năm.
• Dễ hư hỏng trong điều kiện nhiệt độ cao.
• Chỉ số hoàn màu CRI không phải lúc nào cũng tốt như đèn sợi đốt hoặc đèn halogen, nhưng vấn đề này đang dần được cải thiện tốt hơn.
• Lượng sáng và chất lượng màu sắc có thể bị giảm theo tuổi thọ của đèn (đây là nhược điểm mà loại bóng đèn nào cũng có).
• Đây là công nghệ chiếu sáng được cho là mới nhất, nên việc tìm kiếm được các thông số kỹ thuật và lời khuyên chính xác có thể sẽ khó khăn với bạn.
• Đã có một số vấn đề được báo cáo về việc đèn led chớp nháy liên tục. Có nhiều nguyên nhân khiến điều này xảy ra như không tương thích với biến trở điều chỉnh độ sáng, không tương thích với máy biến áp… Tuy nhiên vấn đề này rất hiếm khi xảy ra.

5. Ứng dụng đèn Led trong đời sống

1. Ứng dụng đèn LED chiếu sáng nhà hàng, khách sạn

Vì đèn LED có khả năng tiết kiệm lên đến 80% điện năng nên rất thích hợp sử dụng cho các không gian rộng, các khu vực có nhu cầu chiếu sáng cao như: nhà hàng, công viên, trung tâm thương mại… Việc ứng dụng đèn LED sẽ giúp giảm bớt được nhiều chi phí điện chiếu sáng tại các khu vực lớn như sảnh, lối ra vào…

Đặc biệt, với sự đa dạng mẫu mã của đèn LED, đèn chùm được nhiều người ưa chuộng dùng cho chiếu sáng và trang trí khu vực tiền sảnh giúp tạo ấn tượng và thu hút khách hàng.

 

2. Ứng dụng đèn LED chiếu sáng cho các căn hộ gia đình

Với ưu điểm là tiết kiệm điện năng và cường độ chiếu sáng tốt, ổn định nên nhiều gia đình đã chuyển sang sử dụng các bóng LED để phục vụ cho nhu cầu chiếu sáng trong nhà như bóng tuýp bóng LED Bulb, LED T8, LED ốp trần… hoặc dùng để chiếu sáng ngoài sân, cổng có đèn LED đường.

Đèn LED hiện nay bao gồm 2 màu ánh sáng chủ yếu là vàng và trắng. Trong đó khi chiếu sáng trong nhà cần lưu ý lựa chọn đèn LED có ánh sáng nhẹ, tránh độ chói mạnh gây ảnh hưởng đến sức khỏe của đôi mắt và nhiệt độ màu thường nằm trong khoảng 3000 – 5000°K.

 

3. Ứng dụng đèn LED trong trang trí nhà cửa

Ngày nay đèn LED không chỉ có tác dụng chiếu sáng mà còn dùng để phục vụ trang trí, làm đẹp. Trên thị trường xuất hiện nhiều mẫu đèn LED với đa dạng kiểu dáng và màu sắc… giúp biến không gian của bạn thêm phần lung linh.

Điều này còn được thấy nhiều ở các trung tâm thương mại, khu vui chơi. Đặc biệt là vào các dịp lễ, giáng sinh, ngày tết… đèn LED có thể trang trí và lắp trên các bức tượng, cây thông lớn,… giúp không gian trở lên lãng mạn, nhiều màu sắc và ấn tượng.

 

Ngoài ra, có rất nhiều người hiện nay đang sử dụng các dòng đèn LED sân vườn năng lượng mặt trời để trang trí cho chính ngôi nhà của mình.

Dùng đèn LED trang trí cho phòng ngủ, ban công cũng được nhiều người yêu thích. Chủ yếu là những dòng đèn LED dây, đèn quả cầu hoặc kiểu dáng vui nhộn, bắt mắt…

4. Ứng dụng đèn LED trong quảng cáo ngoài trời

Ứng dụng đèn LED chiếu sáng cho biển quảng cáo ngoài trời hoặc biển hiệu cho các shop ngày càng tăng cao nhằm mục đích nâng cao hiệu quả bán hàng, cũng như để thu hút sự chú ý của khách hàng. Một trong những loại đèn được sử dụng phổ nhất là đèn pha LED, đèn rọi với công suất đa dạng khác nhau.

 

5. Ứng dụng đèn LED trong nông nghiệp

Một số loại đèn LED được sản xuất dành riêng cho việc phát triển cây trồng, giúp tăng năng suất hiệu quả và được người dân ưa chuộng. Lưu ý đối với việc lựa chọn đèn LED trồng rau là phải có phổ ánh sáng phù hợp với sự sinh trưởng và phát triển của cây. Vì vậy, không phải loại đèn LED nào cũng có thể dùng cho cây trồng được và cần phải chọn lựa đèn thật cẩn thận. Hầu hết đèn LED dùng trong nông nghiệp là loại có nhiệt độ màu hồng và màu xanh là chủ yếu.

Đèn LED còn được ưa chuộng trong việc sử dụng chiếu sáng cho các tàu thuyền đánh bắt cá xa bờ về đêm, bạn nên chọn đèn LED công suất lớn hoặc đèn LED năng lượng mặt trời để tiết kiệm điện năng.

 

6. Ứng dụng đèn LED trong y học

Ứng dụng ánh sáng xanh từ đèn LED có thể điều trị bệnh vẩy nến, nó giúp làm chậm sự phân chia tế bào nhanh chóng và làm giảm viêm da – nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng vẩy nến.

Việc chữa trị bằng đèn LED xanh còn được ứng dụng để khôi phục các chức năng ở những bàn chân bị liệt trên chuột sử dụng các nơ-ron tế bào gốc.

 

7. Ứng dụng đèn LED giúp làm đẹp da

Ứng dụng đèn LED trường hợp này thường thấy nhiều tại các thẩm mỹ viện làm đẹp. Theo lời của một chuyên gia thẩm mỹ thì ứng dụng này là lựa chọn hữu ích trong ngành làm đẹp. Nó giúp tăng cường sản sinh collagen, khắc phục da hư tổn, chống nhăn và lỗ chân lông to.

Loại đèn LED thường được sử dụng để chăm sóc da là loại có ánh sáng hồng ngoại, đèn màu hổ phách, đỏ và xanh dương. Mỗi loại đèn này sẽ có tác dụng điều trị làm đẹp khác nhau, tùy vào tình trạng da mỗi người để lựa chọn loại đèn phù hợp

 

Trên đây là những kiến thức về bóng đèn LED và những ứng dụng của nó. Quý khách hàng có thể tham khảo những mẫu đèn năng lượng mặt trời công nghệ chiếu sáng mới nhất thay thế bóng đèn LED,  phù hợp lắp đặt cổng, sân, vườn, đường làng,…Chiếu sáng suốt đêm mà không tốn tiền điện.