Nguyên lý hoạt động của đèn LED

Đèn LED, còn gọi là đi ốt phát quang, là loại đèn có khả năng phát ra ánh sáng hồng ngoại hoặc tử ngoại. Loại đèn này hoạt động theo nguyên lý sau. 

Đèn LED hoạt động 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 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.

LED 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 hai, 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.