Từ lâu các thiết bị đèn LED đã nhanh chóng trở thành sản phẩm tối ưu trong chiếu sáng. Vậy đèn LED hoạt động dựa trên nguyên lý gì để đạt được những ưu điểm vượt trội? Tham khảo nguyên lý đèn LED hoạt động để hiểu rõ hơn về những tính năng vượt trội của thiết bị chiếu sáng hiện đại này.

Video thực tế về Đèn LED – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đèn LED

1. Đèn LED là gì?

1.1 Khái niệm

LED được phát hiện đầu những năm của thế kỳ XX.
LED được biết đến là từ viết tắt của cụm từ Light-Emitting-Diode mang nghĩa “ đi ốt phát sáng” là nguồn sáng được phát sáng nhờ có dòng điện tác động lên nó. Từ các đi ốt phát sáng đầu tiên trong đầu thế kỷ 20 chỉ có màu đơn sắc.

Đèn led tiết kiệm điện năng tối ưu giúp tiết kiệm chi phí khi chiếu sáng — Đèn LED tiết kiệm điện năng tối ưu giúp tiết kiệm chi phí khi chiếu sáng

Các nhà khoa học đã dần tạo nên nguồn sáng đa sắc có công suất cực lớn. Do đó, đèn LED ngày nay cho hiệu quả chiếu sáng tốt nhất đáp ứng yêu cầu của con người.

1.2 Ưu điểm, nhược điểm của đèn LED

Sản lượng ánh sáng cao

Đèn LED có chỉ số hiệu suất lên tới 150 lm/W mang đến hiệu suất chiếu sáng tốt nhất.
Đặc biệt, các thiết bị đèn LED cao cấp còn mang tới sản lượng ánh sáng lến tới 208 lm/W.
Hiệu suất chiếu sáng của đèn LED được đánh giá cao hơn các loại đèn truyền thống.

Tuổi thọ cao

Các loại đèn LED được đánh giá có tuổi thọ cao lên tới từ 30.000 giờ – 100.000 giờ chiếu sáng. Chỉ cần một chiếc đèn LED bạn có thể sử dụng từ 10 – 30 năm theo số giờ chiếu sáng trong ngày.
Việc tuổi thọ cao giúp làm giảm mọi chi phí bảo dưỡng.

Đèn LED siêu tiết kiệm điện năng

Các loại đèn LED có khả năng chiếu sáng gấp 3 – 5 lần so với đèn truyền thống.
Đèn LED cũng có mức tiết kiệm điện năng lên tới 90% so với các loại đèn truyền thống.

Đặc tính hoạt động

Đèn LED được cấu tạo giúp có thể hoạt động ở mức nhiệt độ thấp hơn.
Đèn LED có khả năng bật/tắt thường xuyên mà không ảnh hưởng đến chất lượng ánh sáng. Đây là ưu điểm để giúp đèn LED mang đến an toàn, hiệu quả hơn trong khi thời tiết lạnh. Do vậy, các loại đèn LED có thể sử dụng trong các môi trường nhiệt độ thấp, ngoài trời.

Có khả năng chống sốc

Đèn LED được cấu tạo từ các bộ phần quan trọng được lắp đặt bền trong bởi một lớp bảo vệ để cách ly với môi trường bên ngoài nhờ lớp chất cách điện cao. Với lớp vật liệu cao cấp và chất lượng cách điện, cách nhiệt tốt sẽ giúp bảo vệ đèn khỏi các tác động ngoại lực để giúp đèn hoạt động ổn định, có khả năng chống sốc cao.

Chống rung

Đèn LED được thiết kế với các điện cực đã được bảo vệ bên ngoài bởi lớp nhựa acrylic chất liệu trong suốt. Điều này giúp đèn LED có khả năng chống rung hiệu quả ngay cả khi nơi lắp đặt di chuyển.

Mang đến sự an toàn cho người dùng

Đèn LED được coi là thiết bị chiếu sáng đảm bảo an toàn cho cho người sử dụng khi lắp đặt trong nhà.
Đèn LED với khả năng chống cháy nổ. mang đến ánh sáng vàng ấm áp mà không gây ảnh hưởng đến mắt của mọi người. Bóng đèn LED cũng không chứa các loại tia UV, tia cực tím, tia hồng ngoại. Đặc biệt, đèn LED luôn chiếu sáng ổn định, không nháy liên tục để tránh gây mỏi mắt để hạn chế các bệnh về mắt như cận thị hoặc viễn thị. Ngoài ra, đèn LED không chứa thủy ngân để đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

1.3 Ứng dụng của đèn LED

Ứng dụng của đèn LED trong trang trí

Đèn LED ứng dụng trong các dòng đèn LED âm trần, đèn LED ốp tần, đèn quạt trang trí, đèn LED dây, đèn LED gắn tường… sử dụng để trang trí và chiếu sáng trong nhà.

Ứng dụng của đèn LED trong công nghiệp

Đèn LED ứng dụng trong chiếu sáng công nghiệp gồm có chiếu sáng xưởng sản xuất và chiếu sáng giao thông đường bộ.
Chiếu sáng giao thông đường bộ gồm có: Đèn đường LED và đèn pha LED.
Chiếu sáng nhà xưởng có đèn LED nhà xưởng và đèn pha LED.

Ứng dụng của đèn LED trong nông nghiệp

Đèn LED có khả năng tăng năng suất cây trồng do có nguồn ánh sáng xanh và ánh sáng vàng. Kích thích sự tăng trưởng của cây trồng. Giúp bà con nâng cao năng suất.

Ứng dụng của đèn LED trong y học

Trẻ hóa da bằng đèn LED.
Trị vàng da bằng đèn LED.
Điều trị mụn bằng đèn LED.

2. Nguyên lý cấu tạo của đèn LED

Chiếc đèn LED được cấu tạo từ nhiều bộ phận khác nhau để đảm bảo tạo thành một thiết bị hoàn chỉnh, tạo khả năng chiếu sáng tốt.

Hình ảnh cấu tạo của đèn led với các bộ phận cơ bản — Hình ảnh cấu tạo của đèn LED với các bộ phận cơ bản

2.1 Cấu tạo chip đèn LED

Chip LED là bộ phận tạo ra nguồn sáng cho bóng đèn LED. Để bóng đèn LED chiếu sáng tốt nhất, chip LED cần hoạt động tốt. Trong cấu tạo của chip LED có chứa chip bán dẫn. Chúng được cấu tạo nên từ các tạp chất để tạo ra tiếp giáp P – N. Hoạt động dựa trên nguyên lý là kênh P là nơi chứa lỗ trống trong khi kênh N đã chứa điện tử.
Khi chip hoạt động, các dòng điện bên P sẽ di chuyển đến bên N, khi đó, các nguyên tử điện tử sẽ lấp đầy lỗ trống cho cả hai bên giúp tạo nên bức xạ ánh sáng. Để có màu sắc khác nhau của bóng đèn LED sẽ dựa vào cấu tạo của các chất bán dẫn.

>>> Chip LED là bộ phận không thể thiếu trong chiếu sáng của đèn LED hãy tìm hiểu thêm những điều thú vị về cầu tạo của chip LED mà nó mang lại trong chiếu sáng

2.2 Cấu tạo mạch đèn LED

Sơ đồ mạch đèn led nguồn 220V — Sơ đồ mạch đèn LED nguồn 220V

Các bóng đèn LED đều cần có mạch in để xác định được độ bền lâu nhất của thiết bị.
Thiết kế mạch in vẫn luôn được làm từ nhôm nguyên chất. Ngoài nhôm còn được làm từ gốm. Điều đó đảm bảo chip LED – đèn LED hoạt động tốt.
Mạch in với hiệu quả tản nhiệt tốt nhất mang lại độ bền, chống cháy nổ có thiết bị.

2.4 Bộ nguồn

Với những loại bóng đèn có công suất thấp thì bộ nguồn của nó sẽ là một nguồn áp kết hợp với một điện trở
Những đèn có công suất lớn thì cần một nguồn dòng để đảm bảo cho đèn LED chiếu sáng ổn định, các linh kiện bên trong có tuổi thọ cao hơn

2.5 Cấu tạo lăng kính đèn LED

Lăng kính được biết đến là ánh sáng của đèn LED hay còn gọi là ánh sáng hướng. Lăng kính tạo nên góc phân bố cho ánh sáng tiêu chuẩn của thiết bị đèn LED là 180°. Thông qua lăng kính, ta có thể thấy được ánh sáng phát ra vào điểm khoảng nửa trên của bóng đèn.
Tùy theo từng cấu tạo của đèn LED, lăng kính được sử dụng để có thể điều chỉnh được góc phân bố ánh sáng theo kiểu có chùm hẹp hoặc rộng khác nhau.

2.6 Cấu tạo lớp tiếp xúc đèn LED

Các loại keo dầu và mỡ đã được sử dụng trong đèn LED để tăng tối đa khả năng tiếp xúc.
Khi lớp bề mặt được gắn vào bộ phận tản nhiệt bằng keo dầu đảm bảo chắc chắn, tăng tối đa hóa việc truyền nhiệt để tản nhiệt dễ dàng hơn.

2.7 Cấu tạo tản nhiệt đèn LED

Tản nhiệt cũng được coi là bộ phận quan trọng để đảm bảo độ bền của đèn LED.
Hiện nay, bộ phận tản nhiệt sử dụng 2 loại khác nhau. Đó là tản nhiệt dùng quạt và tản nhiệt chủ động sử dụng những loại vây kim loại.
Từ việc tìm hiểu đèn LED cũng như cấu tạo của đèn sẽ mang đến thông tin hữu ích để nhanh chóng nắm bắt được nguyên nhân dẫn đến những ưu nhược điểm vượt trội của thiết bị.

2.8. Vỏ đèn

Vỏ đèn là bộ phận quan trọng giúp bảo vệ các linh kiện đèn bên trong đồng thời tăng tính thẩm mĩ cho đèn LED
Thường vỏ đèn sẽ được cấu tạo từ các vật liệu như: nhựa cao cấp, hợp kim nhôm
Một số loại đèn còn được trang bị thêm các khả năng chống nước, chống bụi giúp chiếu sáng ngoài trời bền lâu hơn

>> Xem thêm: Cấu tạo đèn LED dây, 1m2, LED tròn, đèn huỳnh quang, đèn LED 3 màu

3. Sơ đồ nguyên lý mạch đèn LED

4. Sơ đồ mạch đèn LED nguồn 220V

Xem thêm: 8 sơ đồ mạch đèn LED chiếu sáng thông dụng nhất

4. Nguyên lý hoạt động của đèn LED

4.1 Nguyên lý phát sáng của đèn LED

Khi đèn LED hoạt động dựa vào sử dụng chip LED phát sáng nhờ công nghệ bán dẫn. Trong khối bán dẫn có hai cực loại P và loại N. Trong đó, khối bán dẫn P được thiết kế có chứa nhiều loại lỗ trống tự do được mang điện tích dương. Khi tiến hành ghép vào khối bán dẫn N (chứa điện tử dạng tự do), các lỗ trống bên khối bán dẫn P chuyển sang khối bán dẫn N.

Nguyên lý đèn led - Nguyên lý phát sáng của đèn led — Nguyên lý đèn LED – Nguyên lý phát sáng của đèn LED

Đồng thời, bên khối P sẽ nhận thêm các điện tích âm được chuyển từ khối N sang. Như vậy, khối bán dẫn P đã tích điện âm và ngược lại khối N tích điện dương. Ở nơi tiếp giáp giữa hai khối bán dẫn này có những điện tử bị các lỗ trống hút vào.
Đặc biệt, khi chúng càng tiến lại gần nhau sẽ tạo nên những nguyên tử trung hòa. Cả quá trình này sẽ giải phóng các năng lượng dạng ánh sáng ( hay còn được gọi là bức xạ ánh sáng)
Đây chính là nguyên lý phát sáng của đèn LED. Việc sử dụng hai khối bán dẫn tương tác với nhau theo nguyên tắc vật lý đã giúp đèn LED không cần sử
Dụng lượng lớn điện năng để buộc các các điện tử chuyển thành bức xạ ánh sáng. Do vậy, đèn LED được coi là thiết bị chiếu sáng tiết kiệm điện năng tối ưu thay thế đèn sợi đốt hoặc đèn huỳnh quang buộc phải sử dụng nhiều điện năng để chuyển hóa.

4.2 Nguyên lý hoạt động của mạch đèn LED

Mach đèn LED hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi các giá trị điện trở dòng.
Nhiệm vụ chính là thay đổi giá trị điện trở. Thay đổi hệ thống ánh sáng, điện áp phù hợp với các thông số của đèn LED.

4.3 Nguyên lý đổi màu của bóng đèn LED

Màu ánh sáng được hình thành bởi chất liệu giữa hai khối P và N. Khi khoảng trống giữa hai khối P – N được liên kết từ các chất liệu khác nhau sẽ tạo nên năng lượng ánh sáng càng lớn. Năng lượng ánh sáng được hình thành cũng là lúc tạo nên màu sắc cho ánh sáng. Các loại màu sắc khác nhau của đèn LED như ánh sáng màu trắng, ánh sáng màu xanh dương, ánh sáng màu đỏ, tím,.. Tùy theo từng thiết kế và ứng dụng khác nhau, nguyên lý đèn LED đổi màu của từng dòng sẽ khác nhau.

Nguyên lý đèn led - Nguyên lý đổi màu đèn led — Nguyên lý đèn LED – Nguyên lý đổi màu đèn LED

Hiện nay, có đèn LED có 3 loại màu sắc chính. Đó là là ánh sáng đỏ, xanh lá, màu xanh dương.
Ngoài ra, nguyên lý phát sáng của đèn LED được sử dụng bằng phương pháp bột huỳnh quang hoặc bột phốt pho giúp tạo nên ánh sáng màu trắng. Để làm đèn LED đổi màu người ta sử dụng bột phốt pho NdYAG để phủ lên bề mặt chip màu xanh dương để chuyển sang màu trắng.
Khi phủ một lớp phốt pho màu xanh dương lên bề mặt chip sẽ tạo nên ánh sáng vàng có bước sóng là 555nm. Sử dụng thấu kính sẽ giúp kết hợp giữa ánh sáng vàng và xanh dương để chuyển thành ánh sáng màu trắng.

4.4 Nguyên lý cấu tạo của đèn LED dây

Chip LED: Chip LED được sử dụng cho đèn LED dây là chip LED SMD siêu sáng các loại: 5730, 5050, 2835,…
Mạch in: Mạch in được làm từ hợp kim nhôm hoặc gốm có ảnh hưởng trực tiếp tới độ bền của chip LED. Mạch in giúp chip LED được tản nhiệt nhanh, giảm sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên chip LED.
Nguồn LED: Nguổn LED đảm bảo điện áp ổn định cho đèn hoạt động. Nguồn LED có thiết kế nhỏ gọn dễ lắp đặt và sử dụng
Lớp vỏ bảo vệ: Mộ số dòng đèn LED dây sẽ không có lớp vỏ vào vệ và được sử dụng để trang trí trong nhà. Một số đèn sử dụng ngoài trời được trang bị thêm lớp phủ silicon hoặc bọc nhựa chống nước, chống bụi.

4.5 Nguyên lý hoạt động của bóng đèn tuýp LED

Đèn LED 1m2 có thiết kế kiểu dáng dạng ống. Sử dụng công nghệ LED tạo độ sáng.
Sử dụng chip LED SMD siêu nhỏ. Các chip LED được gắn trên bề mặt chiếu sáng của đèn.
Cấu tạo chung của đèn LED 1m2 gồm có: Chip LED – nguồn LED – mạch in và máng đèn
Đèn tuýp LED hoạt động dựa trê các điện tích P – N. P chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương, kết nối với khối bán dẫn mang điện tích điện tử tự do là N. Từ đó đèn tuýp LED phát sáng.

Nguyên lý đèn LED luôn mang đến hiệu quả chiếu sáng cao, tiết kiệm tối đa điện năng cũng như tuổi thọ cao vượt trội so với các loại đèn huỳnh quang, đèn sợi đốt. Lựa chọn mua đèn LED chất lượng từ địa chỉ uy tín tại công ty HaLEDco cung cấp các loại đèn LED chất lượng.