Đèn phát sáng màu trắng sử dụng điốt phát quang

Định nghĩa LED Trắng

LED trắng được định nghĩa là công nghệ chiếu sáng sử dụng nhiều phương pháp để tạo ra ánh sáng trắng từ LED, hiện được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng chiếu sáng.

LED phát sáng màu trắng, hay LED trắng, đã cách mạng hóa ngành chiếu sáng. Ban đầu, LED chỉ được sử dụng cho các mục đích chỉ báo, hiển thị và chiếu sáng khẩn cấp. Hiện nay, LED trắng được sử dụng trong hầu hết các ứng dụng chiếu sáng, từ chiếu sáng nội thất đến đèn đường và đèn pha, làm cho chúng trở nên phổ biến.

LED không thể tự nhiên phát ra ánh sáng trắng, nhưng các công nghệ cụ thể cho phép chúng làm điều đó. Các phương pháp chính để tạo ra ánh sáng trắng trong LED bao gồm Chuyển đổi Bước sóng, Pha trộn Màu và Công nghệ Homo-epitaxial ZnSe.

Chuyển đổi Bước sóng

Chuyển đổi bước sóng chuyển bức xạ của LED thành ánh sáng trắng. Các phương pháp bao gồm việc sử dụng LED màu xanh lam với phosphor màu vàng, nhiều phosphor, LED tia cực tím với phosphor RGB, hoặc LED màu xanh lam với điểm lượng tử.

LED Màu Xanh Lam và Phosphor Vàng

Trong phương pháp chuyển đổi bước sóng này, một LED phát bức xạ màu xanh lam được sử dụng để kích thích phosphor màu vàng (Yttrium Aluminum Garnet). Điều này dẫn đến việc phát ra ánh sáng màu vàng và xanh lam, và sự kết hợp của ánh sáng xanh lam và vàng tạo ra ảo giác của ánh sáng trắng. Đây là phương pháp rẻ nhất để tạo ra ánh sáng trắng.

LED Màu Xanh Lam và Nhiều Phosphor

Phương pháp chuyển đổi bước sóng này liên quan đến việc sử dụng nhiều phosphor với một LED màu xanh lam. Mỗi phosphor sử dụng phát ra ánh sáng màu khác nhau khi bức xạ phát ra bởi LED màu xanh lam rơi lên chúng. Những màu sắc khác nhau này kết hợp với ánh sáng xanh lam ban đầu để tạo ra ánh sáng trắng. Sử dụng nhiều phosphor thay vì phosphor màu vàng tạo ra ánh sáng trắng có dải bước sóng rộng hơn và chất lượng màu tốt hơn về mặt CRI và CCT. Tuy nhiên, quá trình này đắt đỏ hơn so với quá trình chỉ sử dụng phosphor màu vàng (YAG).

LED Tia Cực Tím với Phosphor RGB

Phương pháp chuyển đổi bước sóng thứ ba liên quan đến việc sử dụng LED phát bức xạ tia cực tím kết hợp với phosphor đỏ, xanh lá cây và xanh dương (RGB). LED phát bức xạ tia cực tím, không nhìn thấy bằng mắt thường, rơi lên phosphor đỏ, xanh lá cây và xanh dương và kích thích chúng. Khi các phosphor RGB này bị kích thích, chúng phát ra bức xạ được trộn lẫn để tạo ra ánh sáng trắng. Ánh sáng trắng này có dải bước sóng rộng hơn so với các công nghệ đã thảo luận trước đó.

LED Màu Xanh Lam và Điểm Lượng Tử

Trong phương pháp này, một LED màu xanh lam được sử dụng để kích hoạt điểm lượng tử. Điểm lượng tử là các tinh thể bán dẫn cực nhỏ có kích thước từ 2 đến 10 nm, tương đương với 10-50 nguyên tử đường kính. Khi điểm lượng tử được sử dụng với LED màu xanh lam, chúng tạo thành một lớp mỏng các hạt nano chứa 33 hoặc 34 cặp cadmium hoặc selenium được phủ trên LED. Ánh sáng màu xanh lam phát ra bởi LED kích thích điểm lượng tử. Sự kích thích này dẫn đến việc tạo ra ánh sáng trắng có dải bước sóng gần giống như ánh sáng trắng được tạo ra bởi LED tia cực tím cùng với phosphor RGB.

Pha trộn Màu

Nhiều LED (thường phát các màu cơ bản đỏ, xanh lam và xanh lá cây) được lắp đặt bên trong một bóng đèn và cường độ của mỗi LED được điều chỉnh theo tỷ lệ để tạo ra ánh sáng trắng. Đây là ý tưởng cơ bản của kỹ thuật pha trộn màu. Kỹ thuật pha trộn màu yêu cầu ít nhất hai LED kết hợp, phát ánh sáng màu xanh lam và vàng, cường độ của chúng phải được thay đổi để tạo ra ánh sáng trắng. Pha trộn màu cũng được thực hiện bằng cách sử dụng bốn LED, trong đó RED, BLUE, GREEN, và YELLOW được sử dụng bên cạnh nhau. Do không sử dụng phosphor trong kỹ thuật pha trộn màu, không có mất mát năng lượng trong quá trình chuyển đổi, do đó, kỹ thuật pha trộn màu hiệu quả hơn các kỹ thuật chuyển đổi bước sóng.

Homo-epitaxial ZnSe

Công ty Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka, Nhật Bản, đã hợp tác với Procomp Informatics, Ltd., Taipei, Đài Loan dưới hình thức liên doanh mang tên Supra Opto, Inc. để phát triển và thương mại hóa một công nghệ mới để tạo ra ánh sáng trắng từ LED. Công nghệ mới này được gọi là công nghệ Homo-epitaxial ZnSe để sản xuất ánh sáng trắng.

Trong công nghệ này, ánh sáng trắng được tạo ra bằng cách trồng một lớp epitaxial LED màu xanh lam trên nền kẽm selenide (ZnSe). Điều này dẫn đến việc phát ra đồng thời ánh sáng màu xanh lam từ vùng hoạt động và ánh sáng màu vàng từ nền. Lớp epitaxial của LED phát ra ánh sáng màu xanh lam hơi xanh lục ở 483 nm, trong khi nền ZnSe đồng thời phát ra ánh sáng màu cam ở 595 nm. Sự kết hợp của ánh sáng màu xanh lam hơi xanh lục ở 483 nm và ánh sáng màu cam ở 595 nm tạo ra ánh sáng trắng và ta có được LED trắng có nhiệt độ màu tương quan (CCT) nằm trong khoảng 3000 K và cao hơn. Tuổi thọ trung bình của LED trắng này là khoảng 8000 giờ.

Hiện nay, LED này được sử dụng trong các ứng dụng như chiếu sáng, chỉ báo và đèn nền cho màn hình tinh thể lỏng. Tuy nhiên, với sự tăng lên của tuổi thọ trung bình, LED trắng này sẽ trở nên phù hợp cho các ứng dụng chiếu sáng bổ sung.