Đèn LED là một trong những phát minh tạo nên cách mạng trong công nghệ chiếu sáng của loài người trong thế kỉ 21. Trong bài viết này, mời các bạn cùng Galaxy Lighting Solutions tìm hiểu về đèn led với những thông tin tổng quan nhất như đèn LED là gì, lịch sử ra đời của đèn LED và cấu tạo của đèn LED nhé!
Đèn LED là gì?
Đèn LED hay còn gọi bóng đèn LED (tiếng Anh: LED lamp) là loại đèn điện được sử dụng trong các thiết bị chiếu sáng, tạo ra ánh sáng bằng cách sử dụng một hoặc nhiều diode phát quang (LED). Đèn LED có tuổi thọ cao hơn nhiều lần so với đèn sợi đốt tương đương và hiệu quả hơn hầu hết các loại đèn huỳnh quang.
Tương tự như đèn sợi đốt (và khác với đèn huỳnh quang), đèn LED đạt đến độ sáng tối đa ngay lập tức mà không có độ trễ khởi động. Việc bật và tắt thường xuyên không làm giảm tuổi thọ như với đèn huỳnh quang. Tuy vậy, công suất ánh sáng (light output) giảm dần theo tuổi thọ hoạt động của đèn LED.
Một số nhà sản xuất đèn điện (như công ty Cree và những công ty khác) tuyên bố chip LED có hiệu suất chiếu sáng (luminous efficacy) lên đến 303 Lumen trên Watt (lm/W). Tuy nhiên, do bóng đèn LED sử dụng một mạch điều khiển LED điện tử khi nối trực tiếp từ đường dây điện chính và tổn thất gây ra do mạch điều khiển này khiến hiệu suất của đèn LED thấp hơn hiệu suất của chip LED có trong đèn. Đèn LED thương mại hiệu quả nhất hiện nay có hiệu suất 200 lm/W.
Theo công bố của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, các loại đèn LED dân dụng, đặc biệt là các sản phẩm được xếp hạng ENERGY STAR, tiêu thụ năng lượng ít hơn 75% và có tuổi thọ cao hơn 25 lần so với đèn sợi đốt.
Lịch sử ra đời của đèn led
Trước khi đèn LED được phát minh, con người từng sử dụng đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang và đèn halogen kim loại để sử dụng cho những nhu cầu chiếu sáng thông dụng (ánh sáng trắng).
Đèn sợi đốt tạo ra ánh sáng nhờ vào dây tóc được đốt nóng bởi dòng điện và phát sáng. Loại đèn này có hiệu quả rất thấp, với hiệu suất phát sáng khoảng 10–22 lumen/Watt (lm/W) và cũng có tuổi thọ ngắn (khoảng 1.000 giờ). Chúng đang bị loại bỏ dần khỏi các ứng dụng chiếu sáng thông dụng. Đèn sợi đốt tạo ra bức xạ vật đen liên tục tương tự như ánh sáng mặt trời, do đó tạo ra chỉ số hoàn màu (CRI) cao.
Đèn huỳnh quang tạo ra ánh sáng tử ngoại bằng sự phóng điện phát sáng giữa hai điện cực trong ống áp suất thấp chứa hơi thủy ngân và argon, được chuyển thành ánh sáng khả kiến nhờ lớp phủ phosphor huỳnh quang bên trong ống. Loại đèn này hiệu quả hơn đèn sợi đốt, có hiệu suất phát sáng khoảng 40–100 lm/W và có tuổi thọ cao hơn với khoảng từ 6.000–20.000 giờ và được sử dụng rộng rãi cho chiếu sáng dân dụng và văn phòng. Đèn huỳnh quang tiêu thụ chỉ bằng khoảng 1/5 đến 1/3 năng lượng tiêu thụ bởi đèn dây tóc có cùng độ sáng tương đương, đồng thời bền hơn gấp 20 lần. Tuy nhiên, hàm lượng thủy ngân trong đèn huỳnh quang gây nguy hiểm đến môi trường và sau khi sử dụng, đèn huỳnh quang phải được xử lý như chất thải nguy hại.
Đèn halogen kim loại tạo ra ánh sáng bằng hồ quang giữa hai điện cực trong không gian chứa argon, thủy ngân và các kim loại khác, iod hoặc brom. Đây là loại đèn điện trắng hiệu quả nhất trước khi có đèn LED, với hiệu suất phát sáng khoảng 80–115 lm/W và có tuổi thọ bóng đèn khoảng 6.000–10.000 giờ. Tuy nhiên, vì đèn halogen kim loại cần khoảng thời gian khởi động 5–7 phút trước khi bật, nên loại đèn này không được sử dụng để chiếu sáng khu dân cư mà được dùng để chiếu sáng khu vực công nghiệp và thương mại, dùng làm đèn an ninh ngoài trời và đèn đường. Giống như đèn huỳnh quang, đèn halogen kim loại cũng chứa thủy ngân, là chất nguy hiểm.
Dưới góc độ là những thiết bị chuyển đổi năng lượng điện, tất cả các loại đèn trên không hiệu quả, do bị thất thoát năng lượng điện thành nhiệt năng thay vì chuyển đổi thành quang năng (ánh sáng). Vào năm 1997, hệ thống điện chiếu sáng toàn cầu tiêu thụ 2.016 nghìn tỷ Watt-giờ (W-h) năng lượng (tương đương công suất của 1.000 nhà máy phát điện lớn). Ở các nước công nghiệp phát triển, việc chiếu sáng chiếm khoảng 12% trong tổng năng lượng điện tiêu thụ. Sự khan hiếm của các nguồn năng lượng ngày càng tăng và chi phí môi trường để sản xuất năng lượng, đặc biệt là sự phát hiện ra hiện tượng ấm lên toàn cầu do carbon dioxide thải ra từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch – là nguồn năng lượng lớn nhất để sản xuất điện – đã tạo động lực để phát triển thêm những loại đèn điện tiết kiệm điện hơn.
Đèn LED đầu tiên ra ánh sáng có thể nhìn thấy là loại LED đỏ do Nick Holonyak Jr. phát hiện vào năm 1962. Vì vậy, cho tới nay, Holonyak vẫn được coi là cha đẻ của LED. Mười năm sau đó, George Craford đã phát minh ra LED vàng đầu tiên và đã cải thiện thêm độ sáng lên 10 lần cho LED đỏ cũng như LED đỏ cam.
Năm 1968, các loại đèn LED thương mại đầu tiên được ra mắt như màn hình LED của công ty HP (Hewlett-Packard) và đèn LED chỉ thị của công ty Monsanto. Tuy nhiên, đèn LED ban đầu không hiệu quả và chỉ có thể hiển thị màu đỏ đậm, khiến chúng không phù hợp cho việc chiếu sáng thông thường. Do vậy, chúng chỉ được dùng ở màn hình hiển thị số và đèn báo chỉ thị.
Đèn LED độ sáng cao màu xanh dương đầu tiên được Nakamura Shuji thuộc công ty Nichia giới thiệu vào năm 1994. Nhờ việc đèn LED xanh dương và đèn LED hiệu suất cao được phát minh, đã dẫn đến sự phát triển của đèn LED trắng (white LED) đầu tiên, sử dụng lớp phủ phosphor để chuyển đổi một phần ánh sáng xanh dương phát ra thành ánh sáng có tần số đỏ và xanh lục, tạo ra ánh sáng có màu trắng. Akasaki Isamu, Amano Hiroshi, và Nakamura Shuji sau đó đã được trao giải Nobel Vật lý năm 2014 cho việc phát minh ra đèn LED xanh dương.
Cấu tạo của đèn LED
Các loại đèn led hiện đại sẽ được cấu tạo bởi ba bộ phận chính là chip led, bộ nguồn (driver) và bộ phận tản nhiệt (vỏ đèn). Chất lượng và giá thành của đèn LED sẽ được quyết định bởi chất lượng của các bộ phận này.
Chip LED
Chip LED có cấu tạo bao gồm một cực âm và một cực dương được tách ra bởi một khối bán dẫn tại trung tâm. Khối bán dẫn này được ghép bởi 2 loại P và N. Toàn bộ được đặt trong một vỏ nhựa, có tác dụng như một lăng kính để định hướng ánh sáng phát ra ngoài.
Khi cho dòng điện chạy từ cực đương (phía P) tới cực âm (phía N). Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp P-N, 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).
Chip LED là bộ phận quan trọng của đèn LED quyết định chất lượng ánh sáng đầu ra. Các loại đèn led cao cấp do Galaxy Lighting Solutions sản xuất hiện đang được cung cấp từ các nhà sản xuất chip LED hàng đầu thế giới như Cree, Nichia và Bridgelux.
Bộ nguồn (driver)
Do đèn led sử dụng điện một chiều (DC) trong khi dòng điện sử dụng trong đời sống hàng ngày lại là điện xoay chiều (AC) nên chúng ta cần phải có bộ nguồn để chuyển đổi từ điện xoay chiều thành điện một chiều. Driver cũng là một trong những bộ phận quan trọng quyết định đến chất lượng và giá thành của đèn LED.
Bộ nguồn tốt sử dụng các linh kiện điện tử tốt, mạch chống nhiễu, ổn định, sẽ cung cấp nguồn điện ổn định làm tăng tuổi thọ cho đèn. Ngược lại, bộ nguồn kém người ta sử dụng linh kiện kém chất lượng, mạch điện bị cắt bớt thiết bị dẫn tới nguồn điện cung cấp cho đèn không ổn định.
Các loại đèn được sản xuất bởi Galaxy Lighting Solutions đang sử dụng những driver đến từ các nhà cung cấp hàng đầu thế giới như DONE và MEAN WELL.
Bộ phận tản nhiệt (vỏ đèn)
Hầu hết các đèn led đều sử dụng vật liệu nhôm làm hệ thống tản nhiệt và vỏ đèn. Nhôm cũng có rất nhiều loại, loại tốt thì ít tạp chất nên tản nhiệt tốt còn loại kém chất lượng thì có nhiều tạp chất và đương nhiên tản nhiệt kém hơn nhiều.
Các sản phẩm đèn LED sử dụng nhôm kém chất lượng làm vỏ đèn sau một thời gian sẽ bị oxi hóa, làm giảm khả năng tản nhiệt dẫn đến tuổi thọ của chip LED không cao.
