Đèn LED là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của công nghệ LED

Ngày nay, khi nói đến những thiết bị điện-điện tử thân thiện với môi trường, không ảnh hưởng đến sức khỏe con người và tiết kiệm điện năng thì không thể không nhắc đến công nghệ bóng LED. Tôi dám chắc rằng gần như hầu hết các gia đình đều sử dụng ít nhất một chiếc đèn LED để cung cấp ánh sáng cho không gian bên trong/ngoài ngôi nhà của mình. Với những ưu điểm nổi trội của thiết bị chiếu sáng này nên phần lớn các quốc gia trên thế giới đều khuyến khích người dân của họ sử dụng loại bóng đèn này để tận dụng tối ưu lợi ích từ nó.

Vậy là một trong số những người sở hữu những thiết bị tiện ích này, bạn có thực sự hiểu đèn LED là gì? Cấu tạo của chúng như thế nào? Ưu nhược điểm của đèn LED ra sao?…

GivaGroup biên soạn bài viết này nhằm mục đích giải đáp hết tất cả những thắc mắc này của các bạn. Không vòng vo nữa mà hãy cùng tôi bắt đầu tìm hiểu từ A – Z về đèn LED nào!

1. Đèn led là gì?

LED – Light-Emitting-Diode là một thiết bị bán dẫn phát ra ánh sáng khả kiến (tức ánh sáng nhìn thấy được) khi có dòng điện đi qua nó. Về cơ bản, bạn có thể hiểu nó là một thiết bị bán dẫn hoạt động trái ngược với pin năng lượng mặt trời (thiết bị có khả năng hấp thụ ánh sáng để chuyển thành dòng điện).

Tùy thuộc vào cấu tạo của các chất bán dẫn mà thiết bị này sẽ cho ra các ánh sáng với bước sóng khác nhau, điều này đồng nghĩa với việc các nguồn ánh sáng sẽ có màu sắc khác nhau tùy thuộc vào chất bán dẫn cấu tạo nên đèn.

2. Cấu tạo bóng đèn led và nguyên lý hoạt động của nó

Để sản xuất ra các đi-ốt phát quang này thực sự rất đơn giản và chi phí rất rẻ nhưng khả năng chiếu sáng lại vô cùng hiệu quả, đó cũng là lý do vì sao sự ra đời của thiết bị này được rất nhiều người công nhận và cảm thấy rất thích thú.

Đèn LED bao gồm hai loại vật liệu bán dẫn (loại p và loại n giống tế bào quang điện). Cả hai loại vật liệu loại P và N đều được pha các tạp chất để thay đổi một chút tính chất điện của chúng, vật liệu loại P chứa lỗ trống điện tử còn vật liệu loại N chứa điện tử (electron). Các vật liệu loại p và n được tạo ra bằng cách thêm vào các nguyên tử của các nguyên tố khác. Những nguyên tử mới này thay thế một số nguyên tử hiện có của chúng và làm thay đổi cấu trúc vật lý lẫn hóa học.

Các vật liệu loại P được tạo ra bằng cách sử dụng các nguyên tố (như Bo) có ít electron hóa trị hơn vật liệu nguyên chất ban đầu. Các vật liệu loại N thì được tạo ra bằng cách sử dụng các nguyên tố (như phốt pho) có nhiều electron hóa trị hơn vật liệu ban đầu. Khi kết hợp 2 vật liệu này tạo ra một điểm nối p-n với các thuộc tính thú vị và hữu ích cho các ứng dụng điện tử.

Khi dòng điện chạy từ vật liệu loại P (cực âm) đến vật liệu loại N (cực dương), các electron sẽ lấp đầy các lỗ trống điện tử và từ đó sinh ra bức xạ ánh sáng nhìn thấy được.

3. Các thông số kỹ thuật của đèn led mà bạn cần biết

– Quang thông: Hay còn gọi là thông lượng phát sáng là thước đo tổng lượng ánh sáng nhìn thấy được phát ra từ đèn, đơn vị là Lumen (Lm). Do đó, tùy vào nhu cầu sử dụng ánh sáng của bạn mà lựa chọn đèn LED quang thông lớn để phát ra nhiều ánh sáng hay quang thống thấp để cung cấp nguồn sáng nhẹ nhàng hơn (ví dụ: đèn phòng ngủ).

– Chỉ số hoàn màu CRI: Chỉ số này cho ta biết chất lượng ánh sáng của đèn và mức độ bị ảnh hưởng màu sắc, độ trung thực của vật khi được chiếu sáng. Đây là thống số rất quan trọng đối với đèn LED.

– Hiệu suất phát sáng: Thông số này cho bạn biết được thiết bị chiếu sáng của bạn có tiết kiệm điện hay không?

– Nhiệt độ màu (đơn vị K): Hiện nay trên thị trường ở Việt Nam, có 3 loại bóng LED phổ biến với các mức nhiệt độ màu khác nhau như sau:

• Màu ấm (vàng): nhiệt độ màu từ 2700K – 3500K tương đương với ánh sáng của đèn sợi đốt, rất thích hợp để trang trí và chiếu sáng phòng ngủ.
• Ánh sáng tự nhiên: nhiệt độ màu từ 4000K – 4500K. Đây là khoảng nhiệt độ màu trung bình, cho phép đèn LED phát ra ánh sáng vừa phải, hài hòa, rất thích hợp để lắp đặt ở phòng ăn.
• Ánh sáng trắng: nhiệt độ màu từ 5000K – 7000K, bóng LED siêu sáng, tương đương với ánh sáng mặt trời vào giữa trưa. Loại này rất thích hợp để chiếu sáng cho không gian văn phòng làm việc, phòng tiếp khách, sân thể thao trong nhà…

4. Cách sử dụng đèn LED hiệu quả

Nếu bạn sử dụng thiết bị chiếu sáng này không đúng cách, đồng nghĩa với việc bạn sẽ làm giảm đáng kể hiệu quả chiếu sáng và tuổi thọ của chúng, ngoài ra còn có thể gây mất an toàn và ảnh hưởng đến thị giác của mình. Khi chọn mua đèn bạn cũng cần phải nắm được mục đích sử dụng là gì để có thể lựa mua đúng loại, đúng công suất.

• Ví dụ: Bạn không thể mua bóng LED siêu sáng để đặt trong phòng ngủ, hoặc không thể mua loại đèn LED công suất thấp để chiếu sáng trong phòng làm việc. Điều này sẽ rất có hại đến giác mạc của bạn và những người thân trong gia đình.

Dưới đây là một vài lưu ý cần thiết khi sử dụng bóng LED:

• Nên đọc kỹ hướng dẫn trước khi sử dụng sản phẩm.
• Hạn chế đặt đèn ở những nơi ẩm ướt hoặc ngoài trời mưa gió (trừ khi đó là đèn năng lượng mặt trời hoặc các loại đèn chuyên sử dụng chiếu sáng ngoài trời).
• Không dùng hóa chất có tính tẩy mạnh để vệ sinh đèn.
• Không nên lắp đặt đèn ở những nơi có nhiệt độ không khí cao, hoặc dễ cháy nổ.

5. Ưu nhược điểm của đèn LED

+ Ưu điểm:

• Tuổi thọ lâu dài, tiết kiệm chi phí bảo trì.
• Hiệu quả cao hơn đáng kể so với đèn sợi đốt (ít tốn năng lượng hơn 80% khi phát sáng). Đèn LED có thể tạo ra 100 Lm ánh sáng với mỗi watt điện, trong khi cũng với 1W điện đèn halogen chỉ có thể tạo ra 10 – 15 Lumen.
• Tỏa nhiệt ít hơn rất nhiều so với đèn sợi đốt.
• Sản sinh cực kỳ ít hoặc không có tia hồng ngoại và tia cực tím, điều này làm giảm tối thiểu nguy cơ phát cháy.
• Chuyển đổi trạng thái bật/tắt đèn nhanh hơn các loại đèn khác và khả năng hư hỏng do bật/tắt liên tục thấp hơn rất nhiều.
• Đèn LED thường có cấu trúc cứng cáp hơn, khó bị vỡ hơn các loại đèn khác.
• Chúng thân thiện với môi trường hơn bất cứ loại đèn nào, không thải ra khí CO2, không chứa bất kỳ vật liệu độc hại nào trong sản xuất.
• Đa dạng màu sắc ánh sáng.

+ Nhược điểm của đèn led:

• Các sản phẩm đèn công nghệ LED thường đắt tiền hơn để mua, nhưng hiện nay nhu cầu về dòng thiết bị này đang tăng cao nên giá thành của chúng đang giảm dần hàng năm.
• Dễ hư hỏng trong điều kiện nhiệt độ cao.
• CRI không phải lúc nào cũng tốt như đèn sợi đốt hoặc halogen, nhưng vấn đề này đang dần được cải thiện tốt hơn.
• Lượng sáng và chất lượng màu sắc có thể bị giảm theo tuổi thọ của đèn (đây là nhược điểm mà loại bóng đèn nào cũng có).
• Đây là công nghệ chiếu sáng được cho là mới nhất, nên việc tìm kiếm được các thông số kỹ thuật và lời khuyên chính xác có thể sẽ khó khăn với bạn.
• Đã có một số vấn đề được báo cáo về việc đèn led chớp nháy liên tục. Có nhiều nguyên nhân khiến điều này xảy ra như không tương thích với biến trở điều chỉnh độ sáng, không tương thích với máy biến áp… Tuy nhiên vấn đề này rất hiếm khi xảy ra.

6. Những ứng dụng của đèn led

• Ứng dụng trong giao thông: Trong giao thông, công nghệ này tỏ ra vô cùng vượt trội về khả năng tiết kiệm năng lượng, thẩm mỹ, bền và thân thiện với môi trường.
• Chiếu sáng và trang trí ở các tòa nhà lớn: Tuy chi phí lắp đặt ban đầu có phần cao hơn các loại đèn khác nhưng với khả năng tiết kiệm điện cực tốt và độ bền cực cao sẽ bù đắp rất nhanh, do đó rất nhiều khu trung tâm thương mại lớn đã chuyển sáng sử dụng đèn LED để chiếu sáng và trang trí.
• Trang trí nội thất: Với nhiều ưu điểm nổi trội cả về mặt hiệu suất lẫn yếu tố thẩm mỹ, đèn LED rất thích hợp sử dụng để trang trí nội thất như bàn ghế, phòng ngủ, tủ trưng bày…
• Ứng dụng trong y học: Trẻ hóa da bằng đèn Led là một liệu pháp sử dụng nguồn ánh sáng màu vàng có bước sóng 590 nm với cường độ ánh sáng thấp tạo ra tia sáng phát theo xung giúp kích thích quá trình trẻ hóa tự nhiên của da, tăng trưởng collagen và elastin.
• Bảng quảng cáo: Có thể bạn cũng đã biết, phần lớn các biển quảng cáo nhấp nháy ở các cửa hàng/shop đều sử dụng đèn LED, vì chúng cực kỳ tiết kiệm điện năng và có nhiều đặc tính thú vị phù hợp để làm bảng quảng cáo, màn hình LED…
• Đèn LED năng lượng mặt trời: Bóng LED có quá nhiều tính năng và những điều kiện mà thiết bị chiếu sáng tích hợp năng lượng mặt trời này cần như ít hại điện, cấu trúc bền, ít đòi hỏi bảo trì, tồn tại được lâu…

7. Các loại đèn led trên thị trường

• Dây đèn LED.
• Đèn LED âm sàn.
• Đèn LED rọi quan cảnh.
• Đèn LED pha năng lượng mặt trời
• Đèn tuýp LED.
• Đèn LED bắt muỗi thông minh.
• Đèn led trang trí máy tính.
• Đèn đường sử dụng điện mặt trời
• Đèn chiếu sáng cầu thang
• …

FAQ – CÁC CÂU HỎI PHỔ BIẾN CỦA NGƯỜI DÙNG VỀ ĐÈN LED

#1: Cách tính công suất đèn led như thế nào?

Trả lời: Công suất đèn LED sẽ có hiển thị sẵn trên nhãn mô tả sản phẩm đèn, có lẽ những người dùng này nhầm lẫn cách tính số lượng đèn cần dùng là cách tính công suất đèn LED. Dưới đây tôi sẽ hướng dẫn bạn cách tính số lượng đèn cần dùng:

Tìm công suất và quang thông của đèn trên nhãn mô tả. Sau đó, sử dụng các thông số này để áp dụng vào công thức dưới đây để tính được số lượng bóng đèn cần thiết cho một không gian diện tích cụ thể:

Số lượng đèn cần dùng = [Diện tích chiếu sáng (m²) x Độ rọi tiêu chuẩn (lumen/m²] / [Công suất đèn (W) x Quang thông (Lm/W)]

Ví dụ: Bạn muốn chiếu sáng cho một phòng học có diện tích 30 m2 bằng loại đèn LED có quang thông 85 Lm/W và công suất 36 W. Ta có độ rọi tiêu chuẩn của một phòng học là 400 lumen/m2. Từ đó áp dụng công thức:

Số lượng đèn cần dùng = [30 x 400] / [85 x 36] = 3.92

Vậy nên số đèn LED bạn cần dùng trong trường hợp này là 4 đèn.

#2: Đèn led có hại mắt không?

KHÔNG! Đèn led sẽ hoàn toàn không hề gây hại cho mắt nếu bạn lựa chọn kỹ lưỡng loại đèn theo đúng từng mục đích sử dụng, sản phẩm chất lượng, nhà cung cấp có các chứng chỉ cần thiết.

#3: Các tác hại của bóng đèn led là gì?

Đèn LED không có bất kỳ tác hại nào với sức khỏe của con người cũng như môi trường, nó chỉ có hại khi người dùng sử dụng sai cách như lựa chọn bóng đèn có độ rọi quá thấp để chiếu sáng cho phòng học sẽ gây hại cho mắt hoặc lắp đèn quá gần tầm mắt…

#4: Quang thông của đèn LED là gì?

Quang thông của đèn LED nói riêng hay quang thông đèn nói chung là một số liệu công suất của bức xạ ánh sáng phát ra từ đèn. Đơn vị của quang thông trong hệ SI là Lumen và được ký hiệu là Lm. Nói một cách đơn giản, quang thông của đèn LED là tổng lượng ánh sáng mà đèn phát ra được mỗi giây.

#5: Mua đèn led trồng cây ở đâu?

Với những tính năng nổi trội và sự tiện lợi khi trồng cây bằng đèn LED nên rất nhiều người tìm đến giải pháp trồng cây này. Cũng chính vì vậy, mà không ít người cảm thấy bối rối không biết nên mua đèn LED trồng cây ở đâu thì chất lượng và giá cả hợp lý. Một gợi ý dành cho các bạn là nhà cung cấp các thiết bị và hệ thống điện năng lượng mặt trời GivaSolar. Đây là một trong những địa điểm cung cấp đèn LED trồng cây hàng đầu tại Việt Nam hiện nay.

#6: Khi mua đèn LED năng lượng mặt trời cần lưu ý điều gì?

Để có thể chọn mua đèn năng lượng mặt trời tốt nhất đòi hỏi bạn phải nắm được rất nhiều yếu tố như chức năng chiếu sáng, mức độ sáng, pin lưu trữ…nói về vấn đề này tương đối dài, nên tôi đã viết riêng một bài viết về vấn đề này mà bạn có thể tham khảo tại đây: https://givasolar.com.vn/luu-y-truoc-khi-mua-den-nang-luong-mat-troi/