Đèn LED màu: làm thế nào để bạn có được các màu khác nhau?

Đèn LED màu

Các Đèn LED màu Họ đã đồng hành cùng chúng tôi trong những năm gần đây. Mỗi khi các sắc thái mới của đèn LED xuất hiện, vì điều đó không dễ dàng trong mọi trường hợp. Ví dụ, để tò mò, bạn nên biết rằng đèn LED ánh sáng trắng và đèn LED ánh sáng xanh là một trong những sản phẩm cuối cùng xuất hiện trên thị trường.

Hiện tại, chúng đã trở thành một loại điốt cần thiết cho nhiều lĩnh vực. Vì vậy, trong bài viết này, bạn sẽ học Tất cả những gì bạn cần biết Trên những linh kiện điện tử cơ bản, và về lý do tại sao chúng phát ra ánh sáng, tại sao lại có những màu đó, v.v....

Nguồn phát sáng bán dẫn

Điốt LED

Như bạn đã biết, hai nguồn phát sáng có thể đến từ các thiết bị bán dẫn là Điốt laser và điốt LED. Trong khi đèn LED dựa trên phát xạ tự phát thì Laser dựa trên phát xạ kích thích. Đó là sự khác biệt giữa hai người.

Các điốt phát quang (Light Emitting Diode) chúng là nguồn sáng phổ biến nhất trong số các thiết bị điện tử. Chúng được sử dụng để hiển thị thời gian trên đồng hồ kỹ thuật số, để báo hiệu hoạt động hoặc sạc pin, v.v. Có rất nhiều ứng dụng và giờ đây chúng cũng đã nhảy vào lĩnh vực chiếu sáng bằng bóng đèn LED mới để chiếu sáng tất cả các loại phòng và thậm chí cho cả xe cộ.

Các thiết bị LED này thuộc nhóm quang bán dẫn, có khả năng biến đổi dòng điện thành ánh sáng. Thiết bị chiếu sáng này có ưu điểm lớn là bền, không bị chập cháy như bóng đèn tròn, đồng thời hiệu suất sử dụng cũng cao hơn nên mức tiêu thụ cũng thấp hơn nhiều so với các loại bóng đèn thông thường. Ngoài ra, chi phí sản xuất của chúng rất thấp, đó là lý do tại sao chúng trở nên phổ biến.

Giống như bất kỳ thiết bị bán dẫn nào khác, đèn LED có các thành phần chính cơ bản, chẳng hạn như Vùng P có lỗ trống (+) và vùng N có electron (-), nghĩa là các hạt mang điện thông thường của bất kỳ chất bán dẫn nào. Và điều này làm cho:

  • Khi phía P được kết nối với nguồn điện và phía N được nối đất, kết nối được phân cực thuận, cho phép dòng điện chạy qua đi-ốt và phát ra ánh sáng mà tất cả chúng ta đều có thể nhìn thấy.
  • Nếu phía P được kết nối với mặt đất và phía N được kết nối với nguồn điện, kết nối được cho là phân cực ngược, ngăn dòng điện chạy qua. Bạn đã biết rằng điốt ngăn dòng điện chạy theo một hướng.
  • Khi được phân cực thuận, các hạt mang điện đa số và thiểu số bên P và bên N kết hợp với nhau, trung hòa các hạt mang điện trong lớp cạn kiệt của đường giao nhau PN. Và đến lượt mình, sự di chuyển của các electron và lỗ trống này sẽ giải phóng một lượng photon nhất định, nghĩa là một phần năng lượng được phát ra dưới dạng ánh sáng, với bước sóng (đơn sắc) không đổi. Đây là những gì sẽ đặc trưng cho màu sắc của đèn LED, vì tùy thuộc vào bước sóng mà nó phát ra, nó có thể là IR, xanh lam, vàng, lục, vàng, hổ phách, trắng, đỏ, UV, v.v.
  • Bước sóng phát ra của quang phổ điện từ, và do đó, màu sắc, được xác định bởi các vật liệu bán dẫn tạo thành mối nối PN của điốt. Do đó, các hợp chất bán dẫn có thể được thay đổi hoặc chơi với để tạo ra màu mới trong quang phổ hoặc phạm vi nhìn thấy được.

Phải nói rằng các màu đỏ, xanh dương và xanh lá cây (RGB hoặc Red Green Blue) có thể dễ dàng kết hợp với nhau để có thể tạo ra ánh sáng trắng. Mặt khác, phải nói rằng điện áp làm việc của đèn LED cũng thay đổi tùy theo màu sắc. Ví dụ, các màu đỏ, lục, hổ phách và vàng cần khoảng 1.8 vôn để hoạt động. Và phạm vi điện áp làm việc của đi-ốt phát quang có thể được xác định theo điện áp đánh thủng của vật liệu bán dẫn được sử dụng để sản xuất đèn LED.

Các loại đèn LED

điốt laser

Đèn LED có thể được phân loại theo nhiều cách, một trong những cách chính là phân loại theo bước sóng mà chúng phát ra, để lại hai loại:

  •  đèn LED có thể nhìn thấy: là những thiết bị phát ra các bước sóng nằm trong quang phổ nhìn thấy được, nghĩa là nằm trong khoảng từ 400nm đến 750nm. Phạm vi này là những gì mắt người có thể nhìn thấy, giống như trong trường âm thanh, chúng ta chỉ có thể nghe thấy trong khoảng từ 20 Hz đến 20 Khz. Dưới 20 Hz là hạ âm mà chúng ta không thể nghe thấy và trên 20 Khz là siêu âm mà chúng ta cũng không thể bắt được. Điều tương tự cũng xảy ra trong trường hợp ánh sáng, có tia hồng ngoại hoặc hồng ngoại khi nó ở dưới 400 nm và tia cực tím khi nó ở trên 750 nm. Cả hai vô hình với mắt người.
  •  đèn LED vô hình: là những bước sóng mà chúng ta không thể nhìn thấy, như trường hợp của đi-ốt IR hoặc đi-ốt UV.

Đèn LED nhìn thấy chủ yếu được sử dụng để chiếu sáng hoặc báo hiệu. Đèn LED vô hình được sử dụng trong các ứng dụng bao gồm công tắc quang học, truyền thông quang học và phân tích, v.v., với việc sử dụng cảm biến ảnh.

hiệu quả

Như bạn đã biết, ánh sáng LED có nhiều hiệu quả hơn so với thông thường, vì vậy nó tiêu thụ ít năng lượng hơn nhiều. Điều này là do bản chất của đèn LED. Và trong bảng dưới đây, bạn có thể thấy mối quan hệ giữa quang thông và công suất điện đầu vào cung cấp cho đèn LED. Nghĩa là, nó có thể được biểu thị bằng lumen trên watt (lm/W):

Màu
Bước sóng (nm)
Hiệu suất điển hình (lm/W)
Hiệu quả điển hình (w/w)
Rojo
620 - 645
72
0.39
Verde
520 - 550
93
0.15
Azul
460 - 490
37
0.35
Lục lam
490 - 520
75
0.26
Cam
610 - 620
98
0.29

Thi công đèn LED

Sản xuất đèn LED

Nguồn: ResearchGate

La cấu trúc và cấu tạo của điốt phát quang rất khác so với điốt bình thường, chẳng hạn như một zener, v.v. Ánh sáng sẽ được phát ra từ đèn LED khi đường giao nhau PN của nó được phân cực thuận. Mối nối PN được bao phủ bởi nhựa epoxy đặc và vòm hình bán cầu bằng nhựa trong suốt giúp bảo vệ phần bên trong của đèn LED khỏi nhiễu loạn khí quyển, rung động và sốc nhiệt.

Ngã ba PN được hình thành bằng cách sử dụng các vật liệu các hợp chất có vùng cấm thấp hơn như gallium arsenide, gallium arsenide phosphide, gallium phosphide, indium gallium nitride, gallium nhôm nitride, silicon carbide, v.v. Ví dụ, đèn LED màu đỏ được chế tạo trên chất nền gali arsenua, màu xanh lá cây, vàng và cam trên gali photphua, v.v. Trong màu đỏ, lớp loại N được pha tạp với Tellurium (Te) và lớp P được pha tạp với kẽm (Zn). Mặt khác, các lớp tiếp xúc được hình thành bằng cách sử dụng nhôm ở mặt P và nhôm thiếc ở mặt N.

Ngoài ra, bạn nên biết rằng những điểm nối này không phát ra nhiều ánh sáng, vì vậy mái vòm nhựa epoxy nó được cấu tạo sao cho các photon ánh sáng phát ra từ tiếp giáp PN được phản xạ và hội tụ tốt nhất qua nó. Nghĩa là, nó không chỉ hoạt động như một vật bảo vệ mà còn như một thấu kính hội tụ ánh sáng. Đó là lý do tại sao ánh sáng phát ra có vẻ sáng hơn ở đầu đèn LED.

Các đèn LED được thiết kế để đảm bảo rằng hầu hết sự tái hợp của các hạt mang điện diễn ra ở bề mặt của lớp tiếp giáp PN vì những lý do rõ ràng, và điều đó đạt được theo cách này:

  • Bằng cách tăng nồng độ pha tạp của chất nền, các electron mang điện tích thiểu số bổ sung sẽ di chuyển lên trên cùng của cấu trúc, kết hợp lại và phát ra ánh sáng trên bề mặt đèn LED.
  • Bằng cách tăng độ dài khuếch tán của hạt mang điện, nghĩa là L = √ Dτ, trong đó D là hệ số khuếch tán và τ là thời gian tồn tại của hạt mang điện. Khi nó tăng vượt quá giá trị tới hạn, sẽ có khả năng tái hấp thụ các photon được giải phóng trong thiết bị.

Do đó, khi điốt LED được kết nối với phân cực thuận, người vận chuyển hàng hóa chúng thu đủ năng lượng để vượt qua rào cản tiềm năng hiện có tại ngã ba PN. Các hạt mang điện thiểu số trong cả chất bán dẫn loại P và loại N được bơm qua đường giao nhau và kết hợp lại với các hạt mang đa số. Sự kết hợp của các nhà mạng đa số và thiểu số có thể theo hai cách:

  • bức xạ: khi ánh sáng được phát ra trong quá trình tái hợp.
  • không bức xạ: trong quá trình tái hợp không phát ra ánh sáng, sinh nhiệt. Nghĩa là, một phần năng lượng điện được sử dụng bị mất dưới dạng nhiệt chứ không phải ánh sáng. Tùy thuộc vào tỷ lệ phần trăm năng lượng được sử dụng để tạo ra ánh sáng hoặc nhiệt, đây sẽ là hiệu quả của đèn LED.

chất bán dẫn hữu cơ

Gần đây họ cũng đã thâm nhập vào thị trường OLED hoặc điốt phát sáng hữu cơ, đã được sử dụng cho màn hình. Các điốt hữu cơ mới này bao gồm một vật liệu có bản chất hữu cơ, tức là một chất bán dẫn hữu cơ, trong đó một phần hoặc toàn bộ phân tử hữu cơ cho phép dẫn điện.

Các chất hữu cơ này có thể có trong pha tinh thể hoặc trong phân tử polyme. Điều này có ưu điểm là có cấu trúc rất mỏng, chi phí thấp, chúng cần điện áp rất thấp để hoạt động, chúng có độ sáng cao, độ tương phản và cường độ tối đa.

màu LED

Đèn LED màu

Không giống như điốt bán dẫn thông thường, đèn LED phát ra ánh sáng đó do các hợp chất mà chúng sử dụng, như tôi đã đề cập trước đó. Điốt bán dẫn bình thường được làm từ silicon hoặc gecmani, nhưng điốt phát quang có Các hợp chất chẳng hạn như:

  • gali arsenua
  • gali arsenua photphua
  • cacbua silic
  • nitrua gali indi

Trộn các vật liệu này có thể tạo ra một bước sóng độc đáo và khác biệt, để đạt được màu sắc mong muốn. Các hợp chất bán dẫn khác nhau phát ra ánh sáng trong các vùng xác định của phổ ánh sáng khả kiến ​​và do đó tạo ra các mức cường độ ánh sáng khác nhau. Việc lựa chọn vật liệu bán dẫn được sử dụng trong sản xuất đèn LED sẽ xác định bước sóng phát xạ photon và màu sắc thu được của ánh sáng phát ra.

Mô hình bức xạ

Mô hình bức xạ được định nghĩa là góc phát xạ ánh sáng đối với bề mặt phát ra. Lượng công suất, cường độ hoặc năng lượng tối đa sẽ thu được theo hướng vuông góc với bề mặt phát ra. Góc phát xạ ánh sáng phụ thuộc vào màu sắc được phát ra và thường thay đổi trong khoảng 80° đến 110°. Đây là một bảng với màu sắc và vật liệu khác nhau:

Màu
Bước sóng (nm)
Điện áp rơi (V)
vật liệu bán dẫn
Hồng ngoại
> 760
gali arsenua
arsenua gali nhôm
Rojo
610 - 760
1.6 - 2.0
arsenua gali nhôm
gali arsenua photphua
nhôm gali inđi photphua
gali photphua
Cam
590 - 610
2.0 - 2.1
gali arsenua photphua
nhôm gali inđi photphua
gali photphua
Amarillo
570 - 590
2.1 - 2.2
gali arsenua photphua
nhôm gali inđi photphua
gali photphua
Verde
500 - 570
1.9 - 4.0
gali indi photphua
nhôm gali inđi photphua
nhôm gali photphua
nitrua gali indi
Azul
450 - 500
2.5 - 3.7
kẽm selenua
nitrua gali indi
cacbua silic
Silicon
Violeta
400 - 450
2.8 - 4.0
nitrua gali indi
Màu tím
nhiều loại
2.4 - 3.7
Đèn LED xanh/đỏ kép*
Màu xanh lam với phốt pho đỏ
Màu trắng với nhựa màu tím
tia cực tím
<400
3.1 - 4.4
Kim cương
Nitơ boron
nhôm nitrua
nhôm gali nitrua
nhôm gali indi nitrua
Rosa
nhiều loại
3.3
màu xanh với phốt pho
Màu vàng với phốt pho đỏ, cam hoặc hồng
Màu trắng với sắc tố hồng
Blanco
Trải phổ
3.5
Đi-ốt xanh lam/UV với phốt-pho vàng

Màu sắc của ánh sáng do đèn LED phát ra không được xác định bởi nhựa cơ thể màu sắc bao quanh đèn LED. Điều này phải được thực hiện rất rõ ràng. Như tôi đã đề cập trước đó, nhựa epoxy được sử dụng để cải thiện khả năng phát sáng và để biểu thị màu khi đèn LED tắt.

Trong những năm gần đây, đèn LED trắng xanh cũng đã được phát triển, nhưng chúng đắt hơn đèn LED màu tiêu chuẩn do chi phí sản xuất trộn hai hoặc nhiều màu bổ sung theo một tỷ lệ chính xác trong hợp chất bán dẫn.

LED nhiều màu

Trên thị trường có một nhiều loại đèn LED có sẵn, với các hình dạng, kích thước, màu sắc, cường độ ánh sáng đầu ra khác nhau, v.v. Tuy nhiên, phải nói rằng vị vua không thể tranh cãi về mức giá của nó là đèn LED màu đỏ gallium arsenide phosphide, với đường kính 5mm. Đó là loại được sử dụng nhiều nhất trên thế giới, vì vậy nó là loại được sản xuất với số lượng lớn nhất.

Tuy nhiên, như bạn đã thấy, hiện tại có rất nhiều màu sắc khác nhau và một số màu thậm chí còn được kết hợp để tạo ra một LED nhiều màu giống như cái mà chúng ta sẽ thấy trong phần này…

Nhị sắc

Một đèn LED hai màu, như tên gọi của nó, là một LED có khả năng phát ra hai màu khác nhau. Điều này đạt được bằng cách kết hợp hai đèn LED có màu khác nhau trong cùng một gói. Bằng cách này, bạn có thể thay đổi từ màu này sang màu khác. Ví dụ: giống như những đèn LED mà bạn thấy trên một số thiết bị để biểu thị trạng thái sạc pin chuyển sang màu đỏ khi đang sạc và màu xanh lục khi đã sạc xong.

Để xây dựng các đèn LED này được kết nối song song, với cực dương của một đèn LED được nối với cực âm của một đèn LED khác và ngược lại. Theo cách này, khi cấp nguồn cho bất kỳ cực dương nào, chỉ một đèn LED sẽ sáng, đèn LED đang nhận nguồn qua cực dương của nó. Nếu cả hai cực dương được cấp nguồn cùng lúc, thì cũng có thể bật cả hai cực dương cùng lúc bằng chuyển mạch động.

ba màu

Chúng tôi cũng có đèn LED ba màu, nghĩa là chúng có thể phát ra ba màu khác nhau thay vì hai. Chúng kết hợp ba đèn LED với một cực âm chung trong cùng một gói và để phát sáng một hoặc hai màu, bạn cần nối cực âm với đất. Và dòng điện được cung cấp bởi cực dương có màu bạn muốn điều khiển hoặc bật.

Đó là, đối với ánh sáng LED một hoặc hai màu, cần phải kết nối cung cấp điện cho một trong hai cực dương riêng lẻ hoặc cùng một lúc. Những đèn LED ba màu này cũng thường được sử dụng trong vô số thiết bị, chẳng hạn như điện thoại di động, để biểu thị thông báo, v.v. Ngoài ra, loại đi-ốt này tạo ra các sắc thái bổ sung của màu cơ bản bằng cách bật hai đèn LED ở các tỷ lệ dòng điện thuận khác nhau.

LED RGB

Về cơ bản nó là một loại đèn LED ba màu, trong trường hợp này được gọi là RGB (Đỏ xanh lam), vì nó phát ra ánh sáng ba màu đó. Những thứ này đã trở nên rất phổ biến trong các dải trang trí màu và thiết bị chơi game, như bạn có thể biết. Tuy nhiên, mặc dù bạn có các màu cơ bản, nhưng không thể tạo ra tất cả các màu và sắc thái. Một số màu nằm ngoài tam giác RGB và các màu như hồng, nâu, v.v. khó có thể xuất hiện với RGB.

Ưu điểm và nhược điểm của đèn LED

đèn LED

Bây giờ là lúc để xem những cái chính là gì ưu điểm và nhược điểm của các điốt LED này:

Advantage

  • Kích thước nhỏ
  • Chi phí sản xuất thấp
  • Thời hạn sử dụng dài (sẽ không tan chảy) *
  • Hiệu quả năng lượng cao / tiêu thụ thấp
  • Nhiệt độ thấp / ít tỏa nhiệt
  • Thiết kế linh hoạt
  • Chúng có thể tạo ra nhiều màu sắc khác nhau và thậm chí cả ánh sáng trắng.
  • Tốc độ chuyển đổi cao
  • cường độ ánh sáng cao
  • Có thể được thiết kế để tập trung ánh sáng theo một hướng
  • Chúng là các thiết bị bán dẫn thể rắn, vì vậy chúng bền hơn: khả năng chống sốc nhiệt và rung tốt hơn
  • Không có sự hiện diện của tia UV
*Bạn có biết rằng bóng đèn LED có thể tồn tại vĩnh cửu. Đôi khi chúng bị hỏng và phải thay thế, nhưng sự thật là đèn LED vẫn còn nguyên vẹn, cái bị hỏng là một tụ điện mà những bóng đèn này có bên trong...

Nhược điểm

  • Sự phụ thuộc nhiệt độ môi trường của công suất phát bức xạ và bước sóng của đèn LED.
  • Độ nhạy với hư hỏng do quá điện áp và/hoặc quá dòng.
  • Hiệu quả tổng thể về mặt lý thuyết chỉ đạt được trong các điều kiện lạnh hoặc xung đặc biệt.

ứng dụng

Bombilla

Cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng, cần chỉ ra đâu là ứng dụng khả thi mà các đèn LED màu này được dự định:

  • cho đèn xe
  • Signage: chỉ báo, biển báo, đèn giao thông
  • Hiển thị thông tin trực quan trên bảng điều khiển
  • Đối với màn hình nơi các pixel được tạo thành từ đèn LED
  • Ứng dụng y tế
  • Đồ chơi
  • Iluminación
  • Điều khiển từ xa (đèn LED hồng ngoại)
  • Vv

Hãy là người đầu tiên nhận xét

Để lại bình luận của bạn

địa chỉ email của bạn sẽ không được công bố. Các trường bắt buộc được đánh dấu bằng *

*

*

  1. Chịu trách nhiệm về dữ liệu: Miguel Ángel Gatón
  2. Mục đích của dữ liệu: Kiểm soát SPAM, quản lý bình luận.
  3. Hợp pháp: Sự đồng ý của bạn
  4. Truyền thông dữ liệu: Dữ liệu sẽ không được thông báo cho các bên thứ ba trừ khi có nghĩa vụ pháp lý.
  5. Lưu trữ dữ liệu: Cơ sở dữ liệu do Occentus Networks (EU) lưu trữ
  6. Quyền: Bất cứ lúc nào bạn có thể giới hạn, khôi phục và xóa thông tin của mình.