Đầu tiên, ’ Nguyên lý phát xạ cấu trúc LED từ 50 năm trước, mọi người đã hiểu kiến thức cơ bản về vật liệu bán dẫn có thể phát sáng, bóng bán dẫn thương mại đầu tiên được sản xuất vào năm 1960. LED là viết tắt của light emitting diode (điốt phát quang tiếng Anh), cấu trúc cơ bản của nó là vật liệu bán dẫn phát huỳnh quang, đặt trên giá đỡ dây, sau đó được bọc bằng nhựa epoxy xung quanh, bảo vệ các đường dây hạt bên trong, do đó hiệu suất động đất của LED’. Cấu trúc LED được thể hiện như sau một phần lõi của điốt phát quang được tạo thành từ wafer bán dẫn loại p và bán dẫn loại n, và một lớp chuyển tiếp giữa bán dẫn loại p và bán dẫn loại n, gọi là tiếp giáp pn. Trong một số vật liệu bán dẫn, tiếp giáp PN, sự xâm nhập của các hạt mang điện thiểu số và đa số tái hợp, khi đó năng lượng dư thừa sẽ được giải phóng dưới dạng ánh sáng, điều này chuyển đổi trực tiếp năng lượng điện thành ánh sáng. Áp đảo ngược tiếp giáp PN, sự xâm nhập của các hạt mang điện thiểu số là khó khăn, nó không phát sáng. Nguyên lý phát sáng này làm cho việc sử dụng điốt phát xạ điện tử được gọi là điốt phát quang, gọi tắt là LED. Khi nó ở trạng thái hoạt động (tức là hai đầu có điện áp dương), dòng điện đi từ anode của LED đến cathode, tinh thể bán dẫn phát ra ánh sáng màu khác nhau từ tia cực tím đến tia hồng ngoại, cường độ ánh sáng và dòng điện. ’
Thứ hai, các đặc điểm của nguồn sáng LED
1 Điện áp: Nguồn điện áp thấp LED dao động từ 6-24V, tùy thuộc vào từng sản phẩm, do đó đây là nguồn điện an toàn hơn so với nguồn điện áp cao, đặc biệt là khi áp dụng ở các khu vực công cộng.
2. Hiệu suất: Mức tiêu thụ năng lượng giảm 80% so với đèn sợi đốt có cùng hiệu suất chiếu sáng
Tính ứng dụng: Kích thước nhỏ, mỗi chip LED riêng lẻ chỉ vuông 3-5mm, nên thiết bị có thể được chế tạo với nhiều hình dạng khác nhau và phù hợp với các môi trường đa dạng
Độ ổn định: 100.000 giờ, ánh sáng chỉ suy giảm 50% so với ban đầu
5 Thời gian đáp ứng: Đèn sợi đốt có thời gian đáp ứng ở mili-giây, trong khi đèn LED có thời gian đáp ứng ở nano-giây
Ô nhiễm môi trường: Không chứa thủy ngân, một kim loại có hại
7 Màu sắc: Việc thay đổi dòng điện có thể dễ dàng thay đổi màu sắc của LED bằng phương pháp cải biến hóa học, điều chỉnh cấu trúc vùng và khoảng cách vùng năng lượng của vật liệu để đạt được ánh sáng màu cam, đỏ, vàng, lục, lam. Ở dòng điện nhỏ, LED phát ra màu đỏ, khi tăng dòng điện, màu sắc có thể chuyển sang cam, vàng và cuối cùng là lục. 8 Giá: Giá LED thường đắt hơn đèn sợi đốt, giá của một vài LED tương đương với giá một đèn sợi đốt, và thường mỗi tín hiệu cho các diode dao động từ 300 đến 500.
Thứ ba, Ba loại LED đơn sắc và lịch sử phát triển của chúng
Lịch sử ứng dụng ban đầu của nguồn sáng LED, dựa trên nguyên lý phát sáng của tiếp xúc bán dẫn PN, ra đời vào đầu những năm 1960. Vật liệu sử dụng là GaAsP, phát ra màu đỏ mờ (λp = 650nm), ở dòng điện làm việc 20 mA, thông lượng phát sáng chỉ có vài phần nghìn lumen, hiệu suất phát sáng khoảng 0,1 lumen / watt. Vào giữa những năm 1970, với việc đưa vào các yếu tố In và N, LED phát ra màu lục (λp = 555nm), vàng (λp = 590nm) và cam (λp = 610nm), hiệu suất phát sáng cũng được tăng lên 1 lumen / watt. Đầu những năm 1980, nguồn sáng LED GaAlAs đã làm cho hiệu suất phát sáng của đèn LED màu đỏ đạt 10 lumen / watt. Đầu thập niên 1990, việc phát triển thành công hai loại vật liệu mới là GaAlInP cho ánh sáng đỏ-vàng và GaInN cho màu lục-xanh lam đã cải thiện đáng kể hiệu suất phát sáng của LED. Năm 2000, loại LED trước được làm cho vùng đỏ, cam (λp = 615nm) có hiệu suất phát sáng 100 lm / W, trong khi loại LED sau được làm cho vùng lục (λp = 530nm) có thể đạt hiệu suất 50 lm / watt.
Thứ tư, Các ứng dụng LED đơn sắc
Nguồn sáng LED chỉ báo đầu tiên được sử dụng cho thiết bị đo lường, và sau đó là nhiều loại đèn giao thông LED có màu nhạt và màn hình hiển thị lớn, đã được sử dụng rộng rãi để tạo ra lợi ích kinh tế và xã hội tốt. Ví dụ, đèn giao thông màu đỏ kích thước 12 inch ở Hoa Kỳ trước đây có thể là bóng đèn sợi đốt 140-watt tuổi thọ cao, hiệu suất thấp làm nguồn sáng, nó tạo ra 2000 lumen ánh sáng trắng. Lọc màu đỏ, tổn thất 90% ánh sáng, chỉ còn 200 lumen ánh sáng đỏ. Trong thiết kế mới của đèn, Lumileds sử dụng 18 nguồn sáng LED màu đỏ, bao gồm cả tổn thất mạch, tổng công suất tiêu thụ 14 watt để tạo ra hiệu suất ánh sáng như nhau.
Đèn ô tô cũng là một lĩnh vực quan trọng trong ứng dụng nguồn sáng LED. Vào năm 1987, Trung Quốc bắt đầu lắp đặt đèn phanh xe hơi, nhờ phản ứng nhanh của LED (nano-giây), giúp người lái xe phía sau nhận biết sớm tình trạng giao thông để giảm thiểu tai nạn va chạm từ phía sau.
Ngoài ra, đèn LED được ứng dụng trong các lĩnh vực như màn hình hiển thị màu đỏ, xanh lá, xanh dương đầy đủ màu sắc ngoài trời, đèn pin mini, móc khóa và các lĩnh vực khác.
Thứ năm, Sự phát triển của LED trắng
Con người cần một nguồn sáng trắng cho mục đích chiếu sáng chung. Thành công trong phát triển LED trắng năm 1998. LED này được làm từ chip GaN và garnet nhôm yttri (YAG) được đóng gói cùng nhau. Chip GaN phát ra ánh sáng xanh (λp = 465nm, Wd = 30nm), nung ở nhiệt độ cao với phosphor Ce3 + YAG bị kích thích bởi ánh sáng xanh phát ra ánh sáng vàng và đỉnh phát sáng ở 550nm. Đệm LED xanh được lắp trong hốc phản xạ hình bát, phủ một lớp mỏng nhựa trộn với YAG, khoảng 200-500nm. Tia xanh dương phát ra từ đệm LED bị hấp thụ một phần bởi phosphor, và một số phosphor xanh phát ra ánh sáng vàng trộn lẫn, có thể tạo ra ánh sáng quá trắng. Hiện tại, đối với LED trắng InGaN / YAG, bằng cách thay đổi thành phần hóa học của phosphor YAG và điều chỉnh độ dày của lớp phosphor, có thể thu được nhiệt độ màu từ 3500-10000K màu trắng có màu. Thương mại hóa sản phẩm có phosphor vàng YAG cho chip xanh, hiệu suất phát sáng tốt nhất khoảng 25 lumen / watt, YAG được nhập khẩu từ Công ty Nichia của Nhật Bản, giá 2.000 nhân dân tệ / kg; thứ hai, Sumitomo Electric của Nhật Bản đã phát triển LED trắng ZnSe làm vật liệu, nhưng hiệu suất phát sáng thấp hơn. Một số loại nguồn sáng LED trắng không thể tách rời bốn loại phosphor: đất, ba màu cơ bản đỏ, xanh lá, vàng, bột xanh và hồng, cấu trúc garnet có thể thấy từ bảng nên lạc quan về tương lai hơn so với ánh sáng ba bước sóng. Chip UV vô cơ cùng với phosphor ba màu RGB được sử dụng để đóng gói LED trắng, cơ hội thương mại hóa LED trắng ba bước sóng. Nhưng ở đây kích thước hạt phosphor ba màu tương đối nhỏ, yêu cầu độ ổn định cao, các ứng dụng cụ thể vẫn đang được khám phá.
Tổng quan ngành
LED Nichia của ngành LED có độ sáng cao, là một trong những nhà sản xuất đầu tiên sử dụng quy trình kỹ thuật được phát triển ở các bước sóng khác nhau, cũng như laser bán dẫn tím-xanh (Laser Diode; LD). Là một thế lực lớn trong ngành, Nichia nắm giữ bằng sáng chế LED màu xanh. Nichia có nhiều bằng sáng chế cơ bản cho quá trình sản xuất LED màu xanh và cấu trúc điện cực, kiên định với chiến lược chỉ cấp phép bên ngoài và chỉ tự sản xuất, với ý định độc quyền thị trường, khiến giá LED màu xanh cao. Tuy nhiên, nhiều doanh nghiệp khác trong ngành có năng lực sản xuất đã phản đối mạnh mẽ. Một phần ngành LED Nhật Bản cho rằng chiến lược của Nichia sẽ khiến Nhật Bản dần mất lợi thế trong cuộc cạnh tranh về LED màu xanh và trắng so với các quốc gia khác như châu Âu và Hoa Kỳ, gây thiệt hại nghiêm trọng cho toàn bộ ngành LED tại Nhật Bản. Nhiều nhà vận hành sẽ nỗ lực hết sức để tiến hành nghiên cứu và phát triển (R&D) cùng sản xuất LED màu xanh. Bên cạnh Nichia, các công ty khác như Sumitomo Electric, Toyoda Gosei, Luo Mu, Toshiba, Sharp, Cree (Mỹ), ba nhà máy chiếu sáng lớn nhất thế giới (Philips, Osram, và HP), Siemens, Research, và EMCORE, tất cả đều đã đầu tư vào R&D và sản xuất, đóng góp tích cực vào việc thúc đẩy ngành và mở rộng thị trường cho các sản phẩm LED màu trắng.
