Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ LED và những ưu điểm vượt trội của đèn LED , Đèn LED là đèn thế hệ thứ tư sau đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang, đèn phóng điện khí cường độ cao (HID) đã được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực chiếu sáng, đèn bàn nhỏ, đèn pin, các loại đèn báo điện, đèn tín hiệu, v.v.
Lớn như ánh sáng trong nhà và ngoài trời, đèn đường năng lượng mặt trời , đèn trang trí , đèn bến tàu , đèn xây dựng , đèn studio, đèn ô tô, mô-đun đèn nền LCD, v.v. Đến đầu năm 2011, giá trị toàn cầu của đèn led độ sáng cao đã đạt 10,6 tỷ USD.
(I) Đèn led hoạt động như thế nào
Chip LED sử dụng mối nối PN bán dẫn được chiếu sáng, mối nối pn bao gồm chất bán dẫn loại p và loại n, hình thành sâu mối nối PN ở cả hai phía của giao diện của chúng, mối nối pn có độ dẫn một chiều, khi thêm điện áp chuyển tiếp vào mối nối PN, chất mang đa số của khu vực P và N sẽ lan sang bên kia, do độ linh động của điện tử lớn hơn nhiều so với độ linh động của lỗ.
Bạn có rất nhiều electron khuếch tán vào vùng P và bạn tiêm một vài electron vào vùng P. Những electron này kết hợp với các lỗ trống trong dải hóa trị và khi đó, chúng phát ra các photon phát ra ánh sáng, đó là cách tiếp giáp PN, hay đèn LED, phát ra ánh sáng.
(2)Đặc điểm của đèn LED
- Đèn LED được điều khiển bởi nguồn điện DC, điện áp lái xe thấp, công suất nhỏ, tiêu thụ ít điện năng hơn, tiết kiệm năng lượng.
Vì bộ phận phát sáng của đèn LED là chip tiếp nối PN bán dẫn, có đặc tính truyền dẫn đơn và chặn ngược, nên đèn LED chỉ có thể được cấp nguồn bằng nguồn điện một chiều và điện áp truyền động rất thấp. Điện áp dẫn động của hạt đơn là 3,2V-3,4V và công suất rất nhỏ. Dòng điện không được vượt quá 20m A.
Đèn led công suất cao hiện nay được sử dụng phổ biến với công suất 1W và 3W, vấn đề tản nhiệt cần được giải quyết đối với đèn led công suất cao, có thể đạt được bằng cách tích hợp nhiều chip. Phương pháp thường được sử dụng để có được đèn LED làm việc có công suất cao hơn là kết nối đèn LED nhiều hạt nối tiếp hoặc kết hợp, để bạn có thể có được đèn LED làm việc có công suất tùy ý.
Vì những đặc điểm này nên đèn LED tiêu thụ rất ít điện năng. Lấy mức tiêu thụ điện năng của đèn đường làm ví dụ, đèn natri cao áp, đèn đường LED và đèn đường LED năng lượng mặt trời được so sánh.
Nếu lượng điện cung cấp hàng ngày là 10 giờ, trong đó đèn đường năng lượng mặt trời là 2 giờ cộng với 8 giờ sử dụng năng lượng mặt trời thì mức tiêu thụ điện năng hàng năm của ba loại đèn lần lượt là 54750KW/h, 21900KW/h và 4380KW/h. Mức tiêu thụ điện hàng năm của đèn LED chỉ bằng khoảng 40% so với đèn natri cao áp và mức tiêu thụ điện hàng năm của đèn đường LED năng lượng mặt trời chỉ bằng khoảng 8% so với đèn natri cao áp.
Ngược lại, sử dụng đèn sau làm đèn đường sẽ tiết kiệm điện rất nhiều và tiết kiệm tiền điện. Hiện nay ở nước ta hệ thống đèn đường LED công suất lớn và đèn đường LED năng lượng mặt trời đã được đưa vào sử dụng.
- Đèn LED hạt đơn có kích thước nhỏ, tuổi thọ cao và có thể nhận ra ánh sáng thông minh.
Kích thước đèn LED nhỏ, bao bì bằng nhựa chứ không phải thủy tinh, không dễ hư hỏng, linh hoạt và thuận tiện khi sử dụng, tuổi thọ của đèn LED trong phòng thí nghiệm lên tới 100000h, sử dụng bình thường lên tới 5000000h ở trên và miễn là trong phạm vi dòng điện định mức, nguồn điện chuyển đổi thường xuyên hoặc thông qua hệ thống điều khiển để điều chỉnh dòng điện, không ảnh hưởng đến tuổi thọ của đèn LED.
Bởi vì dòng điện làm việc của nguồn đèn LED có thể được điều khiển, nên thông qua thiết kế mạch, độ sáng của đèn được tạo ra cũng có thể được kiểm soát, có thể thực hiện điều khiển ánh sáng thông minh, theo các đặc điểm trên có thể được chế tạo thành nhiều loại đèn trang trí LED, hoa văn động, v.v. Đối với đèn dock LED, tùy theo độ sáng khác nhau cần thiết ở các thời điểm khác nhau trong trạng thái làm việc, có thể thiết lập để điều chỉnh độ sáng ở các thời điểm khác nhau, điều này không chỉ tiết kiệm năng lượng tốt hơn mà còn không ảnh hưởng đến tuổi thọ của đèn.
So với các đèn làm việc khác, giảm đáng kể tỷ lệ thay thế, giảm chi phí bảo trì và lắp đặt và bảo trì dễ dàng.
- Không nhấp nháy, không có tia cực tím, bức xạ nhiệt rất thấp, không gây hại cho mắt người.
Đèn LED được sử dụng để chiếu sáng trong nhà, nơi làm việc và học tập, có thể bảo vệ mắt. Đèn LED đơn sắc, định hướng mạnh, phản ứng nhanh, đặc biệt thích hợp cho đèn làm việc, đèn xe, đèn bến tàu, đèn sân khấu, v.v.
(3) Ứng dụng của đèn LED
Do những ưu điểm vượt trội của đèn LED, đèn làm việc LED đang phát triển với tốc độ rất nhanh và dần thay thế các loại đèn làm việc khác.
Bây giờ đèn làm việc LED đã được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực chiếu sáng làm việc khác nhau. Do kích thước nhỏ và ứng dụng linh hoạt, đèn LED có thể được sắp xếp thành nhiều hình dạng khác nhau và được điều khiển bằng chương trình máy tính nên có thể hiển thị các mẫu tĩnh và động như văn bản, hình ảnh, hoạt hình, phim và truyền hình.
Tại lễ khai mạc Thế vận hội Olympic Bắc Kinh 2008, đèn LED đã cho thấy sức hấp dẫn và lợi thế vô tận của nó. LED được sử dụng rộng rãi trong các màn hình công cộng, chẳng hạn như nhiều loại đèn tín hiệu, chiếu sáng cảnh quan, làm đẹp đường phố vuông, làm đẹp giải trí công cộng, chiếu sáng hiệu ứng sân khấu, chiếu sáng tòa nhà, v.v.
Trong màn hình tinh thể lỏng, đèn led được dùng làm đèn nền cho các màn hình hiển thị như máy tính, tivi và điện thoại di động. Trên đường giao thông, đèn LED đã được sử dụng để chiếu sáng đường phố tiết kiệm năng lượng có thể điều khiển, chiếu sáng đường hầm, chiếu sáng cầu vượt, đèn tín hiệu giao thông, v.v.
Về khía cạnh đèn ô tô, hiện nay nhiều ô tô có đèn phanh, đèn định vị, đèn báo rẽ, đèn sương mù phía sau, đèn lùi và các loại đèn khác đã bắt đầu sử dụng nguồn sáng LED.
Như đèn xây dựng Với sự cải tiến không ngừng của công nghệ LED, các vấn đề kỹ thuật tiếp tục được giải quyết và sự xuất hiện liên tục của đèn LED công suất cao, đèn LED trong chiếu sáng trong nhà, đèn ô tô, studio, đèn quan sát và các lĩnh vực ứng dụng khác sẽ ngày càng phổ biến.
(4) Một số vấn đề kỹ thuật mà đèn LED gặp phải
- Công nghệ LED công suất cao.
Đèn LED có những hạn chế về hiệu suất và các vấn đề tản nhiệt như hư hỏng do phóng tĩnh điện và hệ số giãn nở nhiệt, do đó công suất của nó không thể lớn lắm và độ sáng thấp.
Hiện nay, các chip LED công suất cao được sử dụng phổ biến với hiệu suất tương đối ổn định là 1W và 3W. Công suất LED có thể được cải thiện nhờ chip tích hợp, nhưng công nghệ hiện tại chưa trưởng thành, chủ yếu cần giải quyết vấn đề tản nhiệt, cũng có thể đạt được đèn LED công suất cao thông qua loạt đèn LED nhiều hạt, song song hoặc lai.
Hai cái sau kém hiệu quả hơn và ít được sử dụng hơn. Dòng đèn LED nhiều hạt là ứng dụng chủ đạo của đèn LED trong lĩnh vực chiếu sáng.
Nhưng loạt hạt đơn có gót chân Achilles. Nếu một hạt bị hỏng, toàn bộ tuyến đường sẽ bị chặn. Đây là điểm nghẽn lớn hạn chế việc ứng dụng đèn LED công suất cao trong lĩnh vực chiếu sáng.
Để cải thiện sức mạnh của đèn LED, một là cải thiện sức mạnh từ chip, hai là tối ưu hóa thiết kế mạch để cải thiện sức mạnh.
- Công nghệ tản nhiệt
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến đèn LED, nhiệt độ tăng sẽ làm tăng tốc độ suy giảm ánh sáng của đèn LED và nhiệt độ tại nút chip ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của đèn LED, do đó đèn LED và khả năng tản nhiệt bị hạn chế bởi cường độ nguồn điện của đèn LED.
Nhiệt bên trong đèn LED được tạo ra khi chip LED và bảng mạch in hoạt động. Đối với đèn LED công suất thấp, nhiệt có thể được tiêu tán bằng cách dẫn và đối lưu tự nhiên, nhưng đối với đèn LED công suất cao, cần phải xem xét khả năng tản nhiệt khác nhau.
Trong thiết kế tản nhiệt, việc tản nhiệt của gói đèn LED, bảng mạch và bổ sung các bộ phận tản nhiệt thường được xem xét. Với lớp bọc silicon dẫn nhiệt tốt, bảng mạch in có lớp cách nhiệt, đế kim loại, v.v. Dành cho công suất cao Đèn bến tàu LED , Để giải quyết vấn đề tản nhiệt, ngoài cấu trúc tản nhiệt tốt của bản thân đèn LED, nên sử dụng vỏ của đèn dock làm kênh tản nhiệt.
Vỏ được thiết kế như một bề mặt tản nhiệt phía trên mặt bên và một cánh tản nhiệt để tạo điều kiện cho đối lưu không khí, hoặc vỏ được thiết kế như một tản nhiệt đối lưu kiểu lỗ khí, làm mát không khí có quạt hỗ trợ và làm mát bằng nước mao dẫn và các cách khác vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, đèn sương mù phía trước LED của xe, đèn pha và các loại đèn khác được thiết kế bằng bảng mạch nhôm, giá đỡ, v.v., để tăng tốc độ tản nhiệt.
Trong thiết kế cấu trúc của đèn LED, một số người đề xuất tản nhiệt bằng ống dẫn nhiệt trong đèn. Để cải thiện hiệu quả tản nhiệt, nhiều yếu tố cần được xem xét trong thiết kế của đèn, chẳng hạn như cách bố trí và sắp xếp bộ tản nhiệt của thân đèn để xem xét khoảng cách, hướng, xử lý bề mặt, v.v., trên vỏ kim loại của đèn và đèn lồng, lớp phủ tản nhiệt.
Hiện nay, sự phát triển của ngành công nghiệp LED tập trung vào các sản phẩm công suất cao, độ sáng cao, kích thước nhỏ, sử dụng dây tản nhiệt bằng gốm làm phương pháp tản nhiệt hạt LED.
