Nguyên lý hoạt động và thông số kỹ thuật cần biết của một bóng đèn led

Một bóng đèn led trung bình tuổi thọ khoảng 25.000 giờ. Nhờ khả năng phát sáng trong thời gian dài gấp nhiều lần so với các dòng đèn truyền thống mà đèn led được đại đa số thị trường người tiêu dùng ưa thích chỉ trong vòng vài năm trở lại đây. Để ý một chút đến phương diện khoa học kỹ thuật của đèn led, để hoạt động được với mức độ tuổi thọ cao như vậy thì nguyên lý hoạt động cộng với thông số kỹ thuật của đèn led được rất nhiều chuyên gia tìm hiểu. 

Nguyên lý duy nhất của đèn led khi hoạt động là dựa trên công nghệ bán dẫn

- Đèn led chiếu sáng hay còn gọi là các diot phát quang, dựa trên công nghệ bán dẫn. Khối bán dẫn loại P chứa nhiều loại lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn N (Chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyển động khuyếch tán sang khối N. Cùng lúc khối P lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối N chuyển sang. Kết quả là khối P tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối N tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống). Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hường 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).

- Mức năng lượng, màu sắc của LED phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn. Do đó, tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác nhau, tức màu sắc của LED sẽ khác nhau.

- LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3V. Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao. Do đó LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra.

- Màu sắc ánh sáng của đèn led do chất liệu của liên kết bán dẫn PN quyết định. Khi khoảng trống giữa liên kết PN với các chất liệu khác nhau, khoảng trống càng lớn, năng lượng do điện tử và lỗ trống kết hợp với nhau tạo ra năng lượng ánh sáng càng lớn. Năng lượng dưới dạng ánh sáng cũng chính là màu của ánh sáng mà mắt thường thấy được, ánh sáng màu xanh dương, màu tím mang năng lượng nhiều nhất, màu đỏ, màu cam mang năng lượng ít nhất, các nhà sản xuất ứng dụng các chất liệu cho liên kết PN khác nhau sẽ nhận được các LED có màu sắc khác nhau.

- Đèn LED chiếu sáng có ba loại màu phổ biến là: Màu đỏ, màu xanh lá, xanh dương, tạo thành 3 màu cơ bản (RGB), thường sử dụng chip 1 màu hoặc nhiều chip có màu khác nhau để sản xuất LED.

- Ánh sáng màu trắng của LED được hình thành theo hai nguyên tắc sau: 

+ Nguyên tắc 1: ứng dụng 3 màu cơ bản RGB để hợp thành, 3 chip với 3 màu RGB sẽ được tích hợp trong cùng 1 bóng LED, màu đỏ 21%, màu xanh lá 69%, màu xanh dương 10%.

+ Nguyên tắc 2: sử dụng bột huỳnh quang (phốt pho) để tạo màu trắng cho ánh sáng. Bạn có thể phủ lên bề mặt chip màu xanh dương lớp phốt pho NdYAG (màu vàng) để tạo thành màu trắng hoặc dùng phốt pho YAN phủ lên tinh thể màu xanh dương inGaN có bước sóng 460nm, lớp phốt pho cùng với ánh sáng xanh dương phát ra kết hợp tạo ra ánh sáng vàng có bước sóng 555nm. Sau đó ứng dụng nguyên lý thấu kính kết hợp ánh sáng vàng này và ánh sáng xanh dương tạo ra ánh sáng trắng mà mắt thường thấy được, đây là kỹ thuật hiện nay được ứng dụng nhiều nhất để tạo ra ánh sáng màu trắng của LED.

Thông số kỹ thuật chung của đèn led 

- Cường độ sáng đo trong đơn vị candela (cd) là thông số cho biết mức độ phát sáng phát ra trong một đơn vị góc không gian (steradian). Candela là một đơn vị và đại lượng cơ bản dùng trong việc đo thông số nguồn sáng và được tính như sau: 1 candela là cường độ mà một nguồn sáng phát ra 1 lumen đẳng hướng trong một góc đặc. Một nguồn sáng 1 candela sẽ phát ra 1 lumen trên một diện tích 1 mét vuông tại một khoảng cách một mét kể từ tâm nguồn sáng. Có thể thấy cường độ nguồn sáng giảm theo khoảng cách kể từ nguồn sáng. 1cd = 1lm/. Cùng với đơn vị cường độ ánh sáng thì độ rọi E (đơn vị lux) là đại lượng đặc trưng cho thông lượng ánh sáng trên một đơn vị diện tích. Một diện tích mặt cầu 1m2 có một nguồn sáng cường độ 1 candela sẽ có độ rọi là 1 lux. 1lux = 1lm/ 1m2. Cùng với đó chỉ số hoàn màu (ký hiệu là CRI hay RA) là thông số phản ánh độ trung thực của màu sắc vật thể được chiếu sáng bởi nguồn sáng, cho biết màu sắc ánh sáng của đèn hiển thị đạt chuẩn nào. Dưới đây sẽ là độ hoàn màu của từng chỉ số khác nhau:

– CRI<60: màu bị biến đổi rất nhiều.

– 60<CRI<70: màu bị biến đổi.

– 70<CRI<85: màu bị biến đổi rất ít.

– 85<CRI<90: màu bị biến đổi không đáng kể.

– CRI>90: màu gần như không bị biến đổi.

Hệ số hoàn màu càng cao thì giá bóng đèn led càng đắt và đòi hỏi công nghệ đóng gói phải hiện đại mới thực hiện được. Đối với người tiêu dùng hiện nay thì gần như phần lớn không mấy quan tâm đến chỉ số này.

- Nhiệt độ màu: Để biết được màu sắc ánh sáng của bất kỳ sản phẩm đèn led nào phát ra có màu sắc ánh sáng gì thì người tiêu dùng sẽ dựa vào thông số nhiệt độ màu được ghi trên hộp mỗi sản phẩm để nhận biết một cách rõ ràng và chính xác nhất. Nhiệt độ màu (đo bằng đơn vị Kenvin) là màu của ánh sáng mà nguồn sáng phát ra. Nhiệt độ màu được định nghĩa là nhiệt độ tuyệt đối của một vật bức xạ đen có phổ bức xạ giống phổ bức xạ của nguồn sáng. Với những sản phẩm có nhiệt độ màu dưới 3300K thì đèn Led sẽ có màu ánh sáng vàng ấm, tương tự với đó từ 3300K – 5300K sẽ cho ra ánh sáng trung tính và trên 5300K sẽ là ánh sáng trắng lạnh.

Việc biết được thông số nhiệt độ màu của đèn led cũng như nắm rõ về các màu sắc ánh sáng của đèn sẽ giúp người tiêu dùng sử dụng đèn hợp lý đối với từng không gian chiếu sáng khác nhau. Ví dụ như với những khu vực như phòng khách, để tạo không gian ấm cúng trong thời tiết se lạnh của mùa đông hay đối với những ai ưa thích màu ánh sáng ấm để có một không gian mang tính chất cổ điển kết hợp với những đồ trang trí nội thất thì có thể sử dụng các sản phẩm với màu ánh sáng ấm sẽ rất phù hợp. Ngược lại, với một ngôi nhà được xây dựng và bài trí theo phong cách châu Âu mang dáng vẻ hiện đại thì màu ánh sáng trung tính và ánh sáng trắng sẽ là phù hợp hơn cả đối với ngôi nhà đó. 

Những kiến thức trên nên được người tiêu dùng trang bị để từ đó có những kiến thức căn bản trong sử dụng và kiểm tra bóng đèn led trước khi sử dụng.

Xem thêm: So sánh đèn led âm trần và đèn compact