LED là gì?
Định nghĩa LED
LED (Light Emitting Diode) là thiết bị bán dẫn phát ra ánh sáng khi có dòng điện chạy qua nó.Các công nghệ LED cũ sử dụng phosphide arsênic gallium (GaAsP), phosphide gallium (GaP) và arsenic gallium alumin (AlGaAs).LED tạo ra ánh sáng nhìn thấy thông qua hiệu ứng điện quang, xảy ra khi dòng điện một chiều đi qua tinh thể dược pha với kết nối PN.
Pha dược bao gồm việc thêm các nguyên tố từ cột III và V của bảng tuần hoàn. Khi được kích hoạt bởi dòng điện có cực dương (IF), kết nối p-n phát ra ánh sáng ở bước sóng được xác định bởi khoảng cách năng lượng của vùng hoạt động (Eg).
Cách hoạt động của Điốt Phát Sáng (LED)
Khi dòng điện có cực dương IF được áp dụng thông qua kết nối p-n của điốt, các electron thiểu số được tiêm vào khu vực p và các electron thiểu số tương ứng được tiêm vào khu vực n. Sự phát ra photon xảy ra do sự tái hợp electron-lỗ trong khu vực p.
Các chuyển tiếp năng lượng electron qua khoảng cách năng lượng, gọi là tái hợp bức xạ, tạo ra photon (tức là ánh sáng), trong khi các chuyển tiếp năng lượng song song, gọi là tái hợp không bức xạ, tạo ra phonon (tức là nhiệt). Hiệu suất phát sáng của các LED AlInGaP điển hình và InGaN cho các bước sóng đỉnh khác nhau được hiển thị trong bảng dưới đây.
Hiệu suất LED bị ảnh hưởng bởi ánh sáng được tạo ra tại kết nối và tổn thất do hấp thụ lại khi ánh sáng thoát khỏi tinh thể. Do chỉ số khúc xạ cao của hầu hết các chất bán dẫn, nhiều ánh sáng phản xạ trở lại vào tinh thể, làm giảm cường độ trước khi nó có thể thoát ra. Hiệu suất được biểu đạt theo năng lượng nhìn thấy cuối cùng có thể đo được được gọi là hiệu suất bên ngoài.
Hiện tượng điện quang đã được quan sát vào năm 1923 ở các kết nối tự nhiên, nhưng điều này không thực tế vào thời điểm đó do hiệu suất phát sáng thấp trong việc chuyển đổi năng lượng điện thành ánh sáng. Tuy nhiên, ngày nay hiệu suất đã tăng đáng kể và LED được sử dụng không chỉ trong tín hiệu, chỉ báo, biển báo và màn hình mà còn trong các ứng dụng chiếu sáng nội thất và đường phố.
Màu sắc của LED
Màu sắc của thiết bị LED được biểu đạt theo bước sóng chiếm ưu thế phát ra, λd (trong nm). LED AlInGaP tạo ra các màu đỏ (626 đến 630 nm), đỏ cam (615 đến 621 nm), cam (605 nm) và hổ phách (590 đến 592 nm). LED InGaN tạo ra các màu xanh lá cây (525 nm), xanh lam (498 đến 505 nm) và xanh dương (470 nm). Màu sắc và điện áp phía trước của LED AlInGaP phụ thuộc vào nhiệt độ của kết nối p-n của LED.
Khi nhiệt độ của kết nối p-n của LED tăng lên, cường độ phát sáng giảm, bước sóng chiếm ưu thế dịch chuyển về phía bước sóng dài hơn, và điện áp phía trước giảm. Biến đổi cường độ phát sáng của LED InGaN với nhiệt độ môi trường hoạt động nhỏ (khoảng 10%) từ − 20°C đến 80°C. Tuy nhiên, bước sóng chiếm ưu thế của LED InGaN thay đổi theo dòng điện LED; khi dòng điện LED tăng, bước sóng chiếm ưu thế dịch chuyển về phía bước sóng ngắn hơn.
Nếu bạn đang tìm kiếm các LED màu cho một dự án điện tử, các bộ kit Arduino khởi đầu tốt nhất bao gồm nhiều loại LED màu.
Dimming
LED có thể được dim để cho 10% công suất ánh sáng định mức bằng cách giảm dòng điện. LED thường được dim bằng kỹ thuật Điều Chế Rộng Xung (Pulse Width Modulation - PWM).
Tính tin cậy
Nhiệt độ tối đa của kết nối (TJMAX) rất quan trọng đối với tuổi thọ của LED. Việc vượt quá nhiệt độ này thường gây hư hại cho thiết bị được bọc kín. Tuổi thọ của LED được đo bằng Thời Gian Trung Bình Giữa Các Sự Cố (MTBF), được tính bằng cách thử nghiệm nhiều LED ở dòng điện và nhiệt độ tiêu chuẩn cho đến khi một nửa số LED hỏng.
LED trắng
LED trắng hiện đang được sản xuất bằng hai phương pháp: Phương pháp thứ nhất, các chip LED đỏ, xanh lá cây và xanh dương được kết hợp trong cùng một gói để tạo ra ánh sáng trắng; Phương pháp thứ hai, sử dụng phosphorescence. Fluorescence trong phosphor được bọc trong epoxy xung quanh chip LED được kích hoạt bởi năng lượng bước sóng ngắn từ thiết bị LED InGaN.
Hiệu suất phát sáng
Hiệu suất phát sáng của LED được định nghĩa là lưu lượng ánh sáng phát ra (đơn vị lm) trên mỗi đơn vị điện năng tiêu thụ (đơn vị W). LED xanh dương có hiệu suất nội bộ được đánh giá khoảng 75 lm/W; LED đỏ, khoảng 155 lm/W; và LED hổ phách, 500 lm/W. Khi xem xét các tổn thất do hấp thụ lại nội bộ, hiệu suất phát sáng nằm trong khoảng 20 đến 25 lm/W cho LED hổ phách và xanh lá cây. Định nghĩa về hiệu suất này được gọi là hiệu suất bên ngoài và tương đương với định nghĩa về hiệu suất thường được sử dụng cho các loại nguồn sáng khác.
