Lịch sử và xu hướng phát triển của LED

Discussion in 'Trao đổi kiến thức, học tập, giáo trình' started by admin, Dec 1, 2018.

  1. admin

    admin Administrator Staff Member

    Lịch sử và xu hướng phát triển của LED



    [​IMG]
    LED CHIPS và LED PACKAGED (Gói LED)
    LED là tên viết tắt của cụm từ Light Emitting Diode có nghĩa LED là điốt phát quang. Hiện tượng điốt phát quang đã được H.J.Round phát hiện đầu tiên vào năm 1907 ở phòng thí nghiệm Marconi. Năm 1955 Rubin Braustein phát hiện có bức xạ hồng ngoại trên hợp chất bán dẫn GaAs và các hợp chất khác, tới năm 1961 hai nhà thí nghiệm người Mỹ Robert Biard và Gary Pittman cũng phát hiện GaAs phát ra tia hồng ngoại khi có dòng điện chạy qua và nhận bằng phát minh LED hồng ngoại.
    LED đầu tiên phát ra ánh sáng có thể nhìn thấy là loại LED đỏ do Nick Holonyak phát hiện vào năm 1962 khi đang làm việc cho General Electric Company và Holonyak được xem như là cha đẻ của LED. Những năm 1974, 1976, 1994 và 1995, bằng việc ứng dụng chất bán dẫn mới và kỹ thuật cấy ghép lên chất nền để tạo ra lớp bán dẫn p, các nhà khoa học đã phát minh thêm các loại led vàng, led đỏ cam, led cáp quang, led xanh da trời. Sau đó hợp chất YAG (Y3Al5O12:Ce) được nghiên cứu làm lớp phủ để trộn ánh sáng vàng với ánh sáng xanh da trời tạo ra LED có ánh sáng trắng và tới năm 2006 Nakamura được trao giải thưởng công nghệ thiên niên kỷ cho phát minh này.
    Cấu tạo cơ bản của LED là được làm từ một khối bán dẫn loại P ghép với một khối bán dẫn loại N (thường được gọi là LED chip hoặc semiconductor die) và khi được cấp nguồn điện một chiều thì chỗ tiếp giáp giữa hai khối bán dẫn của LED chip sẽ phát ra phổ ánh sáng nhìn thấy được. Tuy nhiên để có thể đưa LED thành sản phẩm thương mại hóa ứng dụng phổ biến vào thực tiễn thì cần phải có công nghệ xử lý tiếp theo với LED chip, thuật ngữ thường dùng cho công nghệ này là LED Packagging Techology hay còn gọi là công nghệ đóng gói LED và sản phẩm cuối được gọi là các gói led (led packaged).
    Để có thể chế tạo được LED chip thì đòi hỏi phải có công nghệ hiện đại với trình độ rất cao và thực tế chỉ có một số ít các hãng công nghệ trên thế giới làm được LED chip. Một mặt những hãng này họ có thể kiêm luôn công đoạn đóng gói led, mặt khác họ cũng là nhà cung cấp LED chips cho rất nhiều các công ty khác chuyên về đóng gói LED, kết quả là có hàng trăm nhà sản xuất trên thế giới tham gia sản xuất LED packaged. Tiếp theo của chuỗi cung ứng là có tới hàng nghìn công ty trên thế giới sử dụng các gói led (LED packaged) này để sản xuất ra các bộ đèn chiếu sáng phục vụ cho các nhu cầu sử dụng khác nhau trong xã hội.
    Cùng với sự phát triển của LED Chips thì công nghệ đóng gói LED cũng luôn được cập nhật và phát triển để cho ra đời những gói led ngày càng đa dạng hơn với hiệu suất chất lượng ngày càng cao, nhưng điều đó gần như không đồng nghĩa với việc công nghệ đóng gói ra đời trước là lạc hậu mà nên được hiểu là mỗi công nghệ đóng gói sẽ tạo ra những gói LED phục vụ cho những nhu cầu sử dụng riêng. Nhằm cung cấp thêm thông tin cho bạn đọc về vấn đề này, sau đây chúng tôi xin nêu các loại gói led hiện đang được ứng dụng phổ biến trên thị trường.

    [​IMG]
    DIP LED (Dual In-line Package)
    Dual In-line Package là công nghệ đóng gói LED đã được sử dụng trong hơn 50 năm qua. DIP LED thông dụng có cấu trúc như hình viên đạn nhỏ với phần bọc bên ngoài bằng nhựa epoxy đóng vai trò như một thấu kính để tập trung ánh sáng phát ra từ LED chip, hai điện cực phía dưới được kéo dài để có thể dễ dàng hàn gắn DIP LED lên bản mạch. Công suất của mỗi DIP LED thường rất nhỏ chỉ khoảng 0,05~0,08w với hiệu suất phát quang khoảng 35~80lm/W tùy thuộc vào từng loại cụ thể. Đặc điểm cơ bản của DIP LED là có tuổi thọ dài và cường độ sáng cao cùng với tính năng dễ sử dụng và giá rẻ cho nên mặc dù đã ra đời từ rất lâu nhưng nó vẫn được sử dụng rộng rãi cho đến tận ngày nay trong các ứng dụng hiển thị như đèn hiển thị, biển hiệu, đèn tín hiệu, bảng tín hiệu hay màn hình lớn…

    [​IMG]
    SMD LED (Surface Mounted Device LED)
    SMD LED là loại gói led được sản xuất bởi công nghệ đóng gói Surface Mounted Device LED, công nghệ Surface Mounted Device cho phép gắn cùng lúc 03 loại diode RGB với các điện cực riêng rẽ trên cùng một SMD để có thể phát ra thứ ánh sáng với nhiều màu sắc khác nhau tùy theo mạch điện điều khiển.
    SMD LED có hiệu suất phát quang rất cao, công suất 0,5~5W tùy theo từng loại cụ thể, phổ biến là nó có hình dạng giống như con chip máy tính dạng phẳng vuông với kích thước khá nhỏ và người ta thường ký hiệu SMD LED theo kích thước của nó (ví dụ SMD 3030 2D 4000K của LUMILEDs có kích thước là 3,0x3,0x0,5mm, công suất 0,734W @120mA hiệu suất phát quang 158lm/W, đèn chiếu sáng đường phố). Công nghệ FLIP-CHIP mới ra đời trong những năm gần đây bởi việc cấy GaAs trên chất nền trong suốt cho phép gắn ngược LED chip khi đóng gói càng làm cho hiệu suất phát quang và khả năng tản nhiệt của SMD tăng lên nhiều.
    Do được sở hữu một loạt những đặc điểm ưu việt như khả năng tản nhiệt tốt, độ bền cao, tuổi thọ hơn 50.000 giờ, hiệu suất phát quang cao và kích thước lại khá nhỏ gọn rất dễ tùy biến thiết kế các bộ đèn, cho nên SMD LED hiện đang là loại gói led được sử dụng rộng rãi nhất trên toàn thế giới ở mọi lĩnh vực từ chiếu sáng trong nhà cho đến chiếu sáng ngoài trời.
    Đặc biệt trong lĩnh vực chiếu sáng giao thông công cộng cần sử dụng bộ đèn công suất cao nhưng yêu cầu độ chói lóa thấp thì chỉ có SMD LED là lựa chọn tối ưu nhất, vì vậy tất cả các bộ đèn đường led hoặc đèn pha chiếu sáng công cộng có chất lượng trên thế giới nói chung người ta đều sử dụng SMD LED. Hầu hết các model đèn đường led do Litec® sản xuất (như đèn Grace, đèn HANNA, đèn ROSA, đèn Monica, đèn INEZ…) cũng đều sử dụng SMD LED làm nguồn sáng.
    Tuy nhiên kích thước nhỏ gọn cũng có thể là điểm bất lợi duy nhất của SMD LED trong giai đoạn mới bắt đầu ứng dụng led chiếu sáng như ở nước ta hiện nay, vì không dễ dàng gì để có thể gắn được nó lên tấm bản mạch bằng cách làm thủ công? Để gắn được SMD LED lên tấm bản mạch cần có các máy móc thiết bị công nghệ chuyên dụng (thuật ngữ kỹ thuật gọi là công nghệ SMT Surface Mounted Technology hay SMT machine).
     
  2. admin

    admin Administrator Staff Member

    [​IMG]
    HIGH-POWER LED
    High-power LED lần đầu tiên được đóng gói bởi hãng CREE (Mỹ). Đây là dạng gói led có công suất trung bình được sản xuất theo công nghệ Surface Mounted Device tương tự như sản xuất SMD LED, tuy nhiên điểm khác biệt rõ nhất đó là High-Power LED có các điện cực với kích thước lớn hơn đủ để có thể dễ dàng gắn lên tấm bản mạch bằng phương pháp hàn thủ công, hoặc bán tự động hay gắn tự động bởi thiết bị SMT machine.
    Chính vì High-Power LED có được những đặc tính ưu việt gần tương tự như SMD LED nhưng lại có thể linh hoạt dễ sử dụng hơn, dễ ứng dụng để sản xuất ra được những bộ đèn led có chất lượng tốt với giá bán cạnh tranh hơn, cho nên tiếp sau CREE thì đã có thêm nhiều nhà nhà đóng gói khác cùng tham gia vào sản xuất High-Power LED. Hiện nay Litec® cũng đang sử dụng High-Power LED làm nguồn sáng để sản xuất các model đèn đường led như đèn ANITA-LED, đèn SHARI-LED, đèn đường cao áp, đèn FREDA LED với giá bán rất cạnh tranh.

    [​IMG]
    COB LED (Chip On Board)
    Công nghệ đóng gói Chip On Board là thành tựu khá mới của công nghệ LED trong những năm gần đây. Sản phẩm của công nghệ này là các gói led thường được gọi là COB LED. Cũng tương tự như SMD nhưng số lượng LED chip được gắn trên một bo mạch là nhiều hơn (thường là 9 hoặc nhiều hơn) cho nên COB LED có thể đạt được công suất rất cao cường độ sáng lớn (ví dụ COB LED mã hiệu CLU550 của hãng CITIZEN có công suất lên tới 243,1W trong khi phần diện tích phát sáng chỉ là hình tròn nhỏ D=32,8mm). Trước khi phát minh ra COB LED thì bộ đèn led vẫn được xem là loại ánh sáng tùy chỉnh, nghĩa là một bộ đèn cần phải sử dụng nhiều gói led để đạt được quang thông theo thiết kế. Ngày nay với những gì như COB LED đạt được thì có thể xem COB LED gần như là một loại bóng đèn led tiêu chuẩn.
    Đặc điểm nổi bật nhất của COB LED phải kể đến là cực kỳ dễ lắp đặt sử dụng mà không yêu cầu phải có tay nghề kỹ thuật chuyên môn hay máy móc chuyên dụng nào khác, và đặc biệt hơn nữa là nếu so sánh giá theo đồng/w thì giá của COB LED thực sự là rẻ hơn rất nhiều so với các dạng gói led khác.
    Cũng chính vì COB LED có những đặc điểm ưu việt như vậy nên có rất nhiều thông tin hay bài viết cổ xúy cho COB LED, thậm chí đánh giá và kết luận các loại đèn sử dụng nguồn sáng SMD LED là đã bị lạc hậu? Tuy nhiên đứng về góc độ chuyên môn kỹ thuật chiếu sáng thì không hẳn là như vậy, vì mỗi loại gói led mới ra đời đều có những ưu điểm riêng và sẽ tối ưu cho ứng dụng riêng của nó.
    COB LED có công suất lớn cường độ sáng cao trong khi diện tích phát sáng và kích thước bản mạch lại nhỏ, cho nên bộ tản nhiệt của đèn phải được thiết kế tốt để đảm bảo bền lâu cho COB LED. Một vấn đề khác nữa là phải xem xét đến độ chói thích hợp cho từng ứng dụng cụ thể. Độ chói (Luminance) đóng vai trò rất quan trọng trong kỹ thuật chiếu sáng, nó là cơ sở của các khái niệm về tri giác và tiện nghi thị giác, nó đặc trưng cho khả năng bức xạ ánh sáng sáng của nguồn hoặc bề mặt phản xạ gây nên cảm giá chói sáng đối với mắt, đơn vị đo độ chói là cadenla/m2 và được định nghĩa là cường độ ánh sáng phát ra trên một đơn vị diện tích của một bề mặt theo một hướng cụ thể mà mắt người có thể cảm nhận và phụ thuộc theo hướng quan sát.
    Các COB LED đạt được cường độ sáng lớn trong khi diện tích phát sáng lại nhỏ nên có độ chói rất cao, cho nên để tránh tổn hại tới mắt thì cần phải lựa chọn ứng dụng cho phù hợp. COB LED đặc biệt thích hợp để làm các loại đèn pha chiếu điểm hay pha chiếu dọi, hoặc dùng làm các đèn Flash... Nhưng vì giá của COB LED quá hấp dẫn nên người ta vẫn sử dụng COB LED để làm đèn chiếu sáng đường phố, và Litec® cũng đang sử dụng COB LED để sản xuất vài loại đèn đường led (model đèn TARA và đèn STACY). Tuy nhiên để đảm bảo an toàn thì được khuyến cáo chỉ nên sử dụng những đèn đường led loại này để chiếu sáng những nơi có mật độ giao thông thấp và tốc độ phương tiện không quá 20 km/h.

    [​IMG]
    MCOB (Multiple Chip On Board)
    MCOB là tên thường gọi của gói led được chế tạo theo công nghệ đóng gói Multiple Chip On Board. Công nghệ đóng gói này gần giống với việc gắn nhiều COB LED lên một tấm bản mạch tuy nhiên sản phẩm cuối thì không hẳn như COB LED mà module MCOB LED thường là có công suất thấp và chủ yếu được sử dụng trong chiếu sáng nội thất. Phần lớn MCOB chỉ dùng để chế tạo các bóng đèn led A19 (dạng đèn led có hình dáng bên ngoài gần giống như bóng đèn sợi đốt thông dụng), MCOB led có hiệu suất cao đồng thời phân bố ánh sáng góc rộng. Đây là một công nghệ đóng gói led khá mới, tạo ra gói led rất thuận tiện cho việc sản xuất bóng đèn A19 cho nên nhu cầu sử dụng MCOB ngày càng tăng cao.


    [​IMG]
    COG (Chip on Glass – Led filament)
    Đặc điểm cơ bản của công nghệ đóng gói này là các LED chip được gắn nối tiếp trên một chất nền trong suốt (gọi là Chip On Glass) để tạo ra một gói led giống như led dây tóc (LED Filament). Chất nền trong suốt có thể là bằng thủy tinh hay saphia, độ trong suốt của chất nền cho phép ánh sáng phát ra phân tán đồng đều và không bị nhiễu, thêm lớp phủ phophor để biến ánh sáng xanh da trời của led thành ánh sáng trắng, kết quả led dây tóc đạt được hiệu suất phát quang khá cao.
    Các bóng đèn led gia dụng trước đây thường sử dụng các gói led làm nguồn sáng và phải có bộ tản nhiệt đủ lớn đi kèm nên giá thành cao. LED Filament ra đời đã cho phép chế tạo những bóng đèn led gia dụng giống y như bóng đèn sợi đốt với giá rẻ hơn nhưng có hiệu suất phát quang, chất lượng và tuổi thọ tốt hơn nhiều. Để giải quyết vấn đề tản nhiệt người ta sử dụng một hỗn hợp khí (helium) dẫn nhiệt tốt từ led dây tóc tới vỏ thủy tinh bên ngoài và năm 2008 Ushio và Sanyo đã được cấp bằng sáng chế về đèn led dây tóc. Nhờ có LED dây tóc ra đời mà ngành công nghiệp sản xuất bóng đèn sợi đốt lạc hậu tưởng chừng như sắp bị diệt vong trên toàn thế giới đã khôi phục được trở lại và đang có bước phát triển nhảy vọt lên tầm cao mới với những sản phẩm bóng đèn led dây tóc dân dụng có tuổi thọ bền lâu, chất lượng tốt, đặc biệt là rất tiết kiệm điện.
     

Share This Page