HOME SOUND

Miscellaneous items

Login Form



Who's Online

We have 53 guests online
mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterToday187
mod_vvisit_counterYesterday1281
mod_vvisit_counterTotal2179236

IP: 54.211.249.219
Pro Lighting
Thiết bị Ánh sáng: LED
Written by tuyenphuc   
Saturday, 26 January 2013 08:53

 

Tác giả: James L Moody.


Khám phá mới nhất về lĩnh vực ánh sáng ca nhạc là diode phát sáng (light-emitting diode) (LED). Một số người cho rằng đó tiến bộ trong công nghệ bóng đèn trong vòng 100 năm qua. Lịch sử có thể được truy trở lại năm 1907, có người nghiên cứu tên là HJ Round, làm việc cho Marconi Lab, đã nhận thấy hiện tượng điện phát sáng (electroluminescence) tạo ra từ tinh thể silicon carbide khi áp điện vào nó. Một người Nga độc lập đã tạo ra LED đầu tiên giữa những năm 1920, nhưng phát hiện đó đã bị bỏ qua ở Hoa Kỳ và Anh.

Tường trình đầu tiên về quang phổ LED đỏ được công bố vào năm 1962 bởi Nick Holonyak, Jr, một người nghiên cứu tại General Electric. Holonyak được coi là cha đẻ của diode phát sáng. Ông ta sau đó chuyển đến trường Đại học Illinois tại Urbana - Champaign, nơi một cựu sinh viên đã đưa ra LED vàng đầu tiên, và sáng gấp 10 lần LED màu đỏ và đỏ-cam vào năm 1972.

Figure 16-01

Hình 16.01:

LED RGB

 







Để lấp đầy quang phổ màu, Shuji Nakamura, làm việc tại Nhật cho Tổng công ty Nichia, sản xuất ra LED xanh độ sáng cao đầu tiên. Sau đó, ông chuyển đến Đại học California tại Santa Barbara vào năm 1999 và đã được trao giải thưởng Công nghệ Thiên niên kỷ 2006 cho phát minh của mình (hình 16.1), nhưng nó lại rơi xuống Isamu Akasaki và Hiroshi Amano vào cuối những năm 1980 và 1990 đã làm LED trắng phổ biến rộng rãi. Cái gọi là LED trắng thật ra chỉsự kết hợp giữa LED vàng và xanh.

Ứng dụng thật tế đầu tiên của công nghệ này đã xử dụng LED đỏ làm bảng chỉ thị trên TV, radio, điện thoại, thiết bị kiểm tra, và đồng hồ đo. Khi công nghệ tiên triển, sản lượng ánh sáng đã tăng lên đến điểm có thể dùng để chiếu sáng. Đèn LED hiện đại phổ biến nhất là loại 5-mm T1-3/4 và 3-mm T1. Với công suất cao hơn, nó cần thiết để kiểm soát nhiệt dư thừa cho mục đích độ tin cậy. Hiện đại tân tiến nhất, LED công suất cao không giống với LED trước đây chút nào.

CÔNG NGHLED

Gần như chắc chắn rằng lĩnh vực khoa học mới và hấp dẫn này đã xâm lược vào lĩnh vực ánh sáng ca nhạc già nua, và không có đường quay trở lại. Rất nhanh, nhiều hãng sản xuất tường và đèn LED đã bước vào thị trường giải trí, thậm chí còn nhanh hơn sự ra đời của moving light. Chúng ta có thể giải thích điều này ra sao? Tôi sẽ yêu cầu bạn quay trở lại ấn bản đầu tiên và thứ hai của cuốn sách này, tôi quan sát thấy rằng, những tiến bộ lớn tiếp theo sẽ là từ nguồn ánh sáng. Đèn LED hoàn toàn đáp ứng lời tiên tri đó. Bây giờ vấn đề là chúng ta không chỉ đối phó với sự tiến bộ với loại bóng đèn, console ánh sáng phức tạp hơn, hay cấu trúc giàn khung tốt hơn. Tất cả chúng ta phải học từ đầu một ngôn ngữ kỹ thuật hoàn toàn mới, ngoài ra, chúng ta còn phải có tầm nhìn để xử dụng những sản phẩm bị xuất kho nhanh hơn so với bất kỳ thiết kế ánh sáng nào có thể hy vọng theo kịp . Tất cả những gì người đọc, cũng như tác giả có thể làm, là bắt đầu tiêu hóa thuật ngữ mới này và hy vọng sẽ theo kịp. Các chương sau đây khá chán, tôi biết, do những thuật ngữ mới: tiêu thụ điện năng, phương pháp đo lường ánh sáng ... danh sách còn nhiều nữa. Vì vậy, tôi sẽ bắt đầu với một mô tả đơn giản tôi có thể.

Hãy trở lại lý thuyết một chút. Diode là gì? Diode là một thiết bị điện cho phép dòng điện di chuyển qua nó theo một hướng dễ dàng hơn nhiều so với hướng khác. Loại diode phổ biến nhất trong thiết kế mạch hiện đại là các diode bán dẫn (semiconductor). Thuật ngữ "diode" thông thường để chỉ riêng những thiết bị tín hiệu nhỏ. Một bộ chỉnh lưu (rectifier) (như điều khiển chỉnh lưu silicon, hay SCR) cũng là một diode dùng cho thiết bị điện (Hình 16.2). Chúng ta nên lảm quen hai loại diode: Triac và SCR, cả hai đều được xử dụng để điều khiển tín hiệu cho dimmers điện tử hiện đại. Vì vậy, việc dùng diode khác để làm electroluminescence (phát sáng) một bóng đèn có vẻ khá hợp lý.

Figure 16-02

Hình 16.02:

Thành phần của LED

 














Không làm bạn nhàm chán với chuyên luận về tính chất điện của diode, sự kiện , với những đặc tính của luồng điện qua diode, có thể xảy ra phát sáng. Bước sóng có thể thấy ánh sáng (màu) phụ thuộc vào năng lượng dải hở (bandgap) của vật liệu tạo thành tiếp giáp p-n. diode bình thường, năng lượng bandgap này không bức xạ và không tạo ra phát sáng. Vật liệu dùng để tạo ra LED có một bandgap trực tiếp năng lượng tương ứng với gần tia hồng ngoại, thấy được,gần tia tử ngoại. (Ở đây, tác giả muốn nói bước sóng nằm trong phổ màu thấy được, có hai cực là màu đỏ (hồng) và tím (tử), ngoài hai cực này thuộc loại ánh sáng không thề thấy bằng mắt - ND).

Một vấn đề nữa là tia sáng bị khúc xạ lại vào chất bán dẫn, nơi nó có thể bị hấp thụ và chuyển thành nhiệt bổ sung. Đây là một nguyên nhân chính làm LED kém hiệu quả, có thể bị mất hơn một nửa ánh sáng. Cách phổ biến nhất để giảm thiểu vấn đề này xử dụng nắp hình vòm trong suốt để tia sáng chiếu vuông góc với bề mặt, do đó giảm thiểu phản chiếu. Vài hãng sản xuất xử dụng lớp phủ chống phản chiếu. Một vài lớp phủ này có thể pha màu, tuy nhiên, điều này chỉ cho mục đích thẩm mỹ và không ảnh hưởng đến màu ánh sáng phát ra.

HIU QU

Một trong những lợi thế chủ yếu của ánh sáng LED là nó có thể có hiệu quả thật cao. Tuy nhiên, ánh sáng đèn LED không thể đo trên đồng hồ ánh sáng bình thường dùng cho bóng đốt tim và Mercury (Hg) medium-arc iodide (HMI). Từ quan điểm kỹ thuật, LED trắng phù hợp hay vượt quá hiệu quả của bóng đèn đốt tim tiêu chuẩn, trên cơ sở cho mỗi watt, nhưng nhiều người vẫn đặt câu hỏi về chất lượng màu sắc thật tế của ánh sáng. Năm 2002, Philips Lumileds sản xuất LED 5-watt có hiệu suất phát sáng từ 18 đến 22 lumens trên mỗi watt (lm/W) so sánh với đèn đốt tim thông thường là từ 60 đến 100 - watt, cho ra khoảng 15 lm/W. ** Những công ty khác đã thực hiện thông báo yêu cầu lumens trên mỗi watt cao hơn và cao hơn nữa. Nichia Corporation đã phát triển đèn LED trắng có hiệu suất phát sáng là 150 lm/W. Và, tác giả không nghi ngờ rằng, vào thời điểm in cuốn sách này (2010), những biểu số này sẽ công nghệ trượt vài thế hệ.

Trong tháng 12 năm 2007, những khoa học gia tại Đại học Glasgow thông báo rằng họ đã tìm ra cách làm đèn LED hiệu quả hơn là in hằng tỷ lỗ vào LED bằng cách xử dụng tiến trình gọi là nanoimprint lithography. ***

Không như bóng đèn đốt tim, không cần phải phân cực, LED chỉ phát quang nếu đúng phân cực điện. Khi điện áp trên mối nối p - n chạy theo hướng thích hợp, sẽ có dòng điện đáng kể và thiết bị được gọiforward biased. LED có thể vận hành trên dòng một chiều (DC), nhưng chỉ phát sáng khi điện áp dương, làm cho LED bị tắt mở đúng tần số của nguồn cung cấp AC

Mặc dù đèn LED có tuổi thọ tương đối dài, một số ở mức 30.000 đến 50.000 giờ, có ít nhất cả chục cách làm rút ngắn tuổi thọ này, hay làm hư hỏng hoàn toàn, bao gồm ứng suất nhiệt. Những hãng sản xuất đang tìm cách tiêu tan nhiệt từ diode để kiếm cách nào hiệu quả hơn.

** "Seoul Semiconductor đã ép 240 lumens vào LED sáng nhất’”, ngày 21 tháng 12 năm 2006.

*** "Một loại bóng đèn dân dụng siêu hiệu quả đang phát triển có thể là hồi chuông báo tử cho loại bóng đèn thông thường". BBC News, 28 tháng 12 năm 2007.

MÀU SC VÀ RGB

LED thông thường được làm từ một số vật liệu bán dẫn vô cơ. Bảng 16.3 cho thấy màu và bước sóng của 11 màu phổ biến nhất hiện nay. Lưu ý rằng cũng bao gồm cả bên ngoài màu đỏ và tím của quang phổ thấy được. Ánh sáng trắng có thể sản xuất bằng cách pha trộn nhiều ánh sáng màu khác nhau. Phương pháp phổ biến nhất là kết hợp màu đỏ, lục, và xanh, tuy nhiên, phương pháp này rất phức tạp và liên quan đến thiết kế điện-quang (electro-optical) để kiểm soát việc pha trộn và khuếch tán nhiều màu. Về nguyên tắc, cơ chế sản xuất ánh sáng trắng này có hiệu quả cao hơn.

Có nhiều loại LED trắng khác nhau: LED trắng di-, tri-, và tetrachromatic. Yếu tố quan trọng cần xem xét là màu ổn định, khả năng rendering (tách, phủ màu), và hiệu quả chiếu sáng. Thường xuyên, hiệu quả cao hơn có nghĩa là rendering chất lượng thấp hơn. Thí dụ, LED trắng dichromatic có hiệu quả chiếu sáng tốt nhất (120 lm/W) nhưng khả năng rendering thấp nhất. LED trắng tetrachromatic có rendering tuyệt vời, nhưng thường có hiệu quả ánh sáng kém. LED trắng trichromatic sự cân bằng giữa hai: ánh sáng hiệu quả và rendering tốt.

Hồng ngoại - Infrared                                         λ > 760

Đỏ - Red                                                 610 < λ < 760

Cam - Orange                                        590 < λ < 610

Vàng - Yellow                                         570 < λ < 590

Lục - Green                                            500 < λ < 570

Xanh - Blue                                             450 < λ < 500

Tía - Purple                                                   Nhiều loại

Tím - Violet                                             400 < λ < 450

Cực Tím - Ultraviolet                                         λ < 400

Trắng - White                                  Quang phổ rất rộng

 

Bảng 16.03: Quang phổ của LED .

Chúng ta phải xác định ánh sáng "trắng". Qui định ánh sáng thông thường trong ánh sáng giải trí, nhiệt độ màu, xác định bằng tỷ lệ Kelvin, thường mô tả đèn dân dụng là 3000K, đèn sân khấu và phim 3200K, và ánh sáng ngoài trời 5600K. Vấn đề là hãng sản xuất LED gọi "ánh sáng trắng" thật sự là 3000K hay 4700K? Tùy thuộc vào ứng dụng của bạn, điều này có thể là một trở ngại cho việc xử dụng đèn LED trắng cụ thể.

Xử dụng phosphor nhiều màu để tạo ra đèn LED trắng, được gọi là đèn LED trắng phosphorbased. Tùy thuộc vào màu đèn LED ban đầu, đã dùng phosphor màu nào và kết quả là quang phổ được mở rộng. Điều này làm tăng giá trị của đèn LED, đặc biệt chỉ số rendering (CRI), tuy nhiên, bạn phải đánh đổi điều này với sẽ bị hiệu quả thấp. vẫn là phương pháp phổ biến nhất hiện nay để sản xuất đèn LED trắng cường độ cao.

Phương pháp sản xuất đèn LED trắng mới nhất không xử dụng chút phosphor nào. Nó liên quan đến việc kết hợp ánh sáng xanh từ khu vực hoạt động với ánh sáng vàng làm nền.

Một cách tạo ra ánh sáng trắng đơn giản hơn là kết hợp những LED riêng biệt màu đỏ, lục, xanh, và đôi khi thêm màu trắng, thành các gói cho phép người thiết kế kiểm soát từng màu riêng lẻ và do đó đạt được màu "trắng" ưng ý.

ORGANIC LIGHT-EMITTING DIODES (OLED)

Đền lúc chúng ta nghĩ phải hiểu đèn LED vô cơ, rồi đến LED hữu cơ. Vật liệu phát sáng có thể là phân tử hữu cơ nhỏ trong giai đoạn kết tinh hay vật liệu polymer linh hoạt. Các diode này được gọi là LED polymer (PLED) hay LED flash (FLED). Lợi ích của sự linh hoạt làm cho hữu ích trong việc hiển thị hình ảnh cho thiết bị điện tử cầm tay như điện thoại di động, máy chụp kỹ thuật số, và máy nghe nhạc MP3. Ngày nay, không hiệu quả vì chỉ có tuổi thọ là 1000-giờ. Điều này quá ngắn cho mục đích của chúng ta, nhưng nào ai biết những gì ngày mai sẽ đến.

QUANTUM DOT LED (LED chấm lượng tử)

Một kỹ thuật mới được phát triển bởi Michael Bowers, một nghiên cứu sinh tại Đại học Vanderbilt ở Nashville, liên quan đến phủ một lớp màu xanh trên LED bằng những chấm lượng tử (Quantum Dot) có thể phát sáng trắng để đáp ứng với ánh sáng màu xanh từ LED. Kỹ thuật này tạo ra một ánh sáng ấm áp, ánh sáng trắng vàng nhạt tương tự như bóng đèn đốt tim.*** Quantum Dot là những tinh thể nano bán dẫn có đặc tính quang học độc đáo. Màu phát sáng của có thể điều chỉnh từ quang phổ có thể nhìn thấy sang hồng ngoại. Điều này cho phép tạo ra bất kỳ màu sắc nào gần như trên sơ đồ CIE. Điều này cho nhiều lựa chọn màu và rendering màu tốt hơn LED trắng. LED Quantum Dot có nhiều loại cùng một gói như LED truyền thống dựa trên phosphor.

*** "LED Quantum Dot có thể là lựa chọn màn hình điện tử trong tương lai". Viện Công nghệ Massachusetts MIT năm 2002.

High-Power LED (HPLED) (LED công suất cao)

LED công suất cao (HPLED) (hình 16.4) có thể tiêu thụ hàng trăm milliamps, một số cường độ hơn 1 ampere, và cho ra lượng ánh sáng lớn. HPLED phải hiệu quả cao để giảm thiểu nhiệt dư thừa và thường được gắn trên bộ tản nhiệt. HPLED duy nhất có thể thay thế bóng đèn đốt tim trong một flashlight hay đặt thành mảng để tạo thành đèn LED thật mạnh. LED đã được phát triển để hoạt động trên nguồn AC mà không cần công cụ chuyển đổi DC. Tính đến năm 2009, một số HPLED sản xuất bởi Cree, Inc, vượt quá 95 lm/W.

Figure 16-04

Hình 16.04: LED công suất cao.

Nguồn cấp điện

Đặc tính điện áp/cường độ của LED cũng giống như diode bất kỳ nào, do đó, khi điện áp thay đổi nhỏ sẽ làm cường độ thay đổi lớn. Hầu hết LED không thể nối trực tiếp vào nguồn điện áp không đổi. Một vài điện trở là cách rất đơn giản và phổ biến để ổn định cường độ cho LED nhưng lại mất năng lượng trong điện trở. LED thường được đốt bằng điện DC điện áp thấp. Cường độ 2mA, 10mA, và 20mA là phổ biến. Hoạt động trên sóng vuông và nguồn sóng sine sửa đổi làm cho CR (tụ điện và điện trở) điện trở tăng rất nhiều và chấn lưu (ballast) cho LED được thiết kế để dùng sóng sine, có khuynh hướng đốt cháy dạng sóng không phải sine. Dạng sóng không sine cũng làm LED có cường độ đỉnh cao, dẫn đến tuổi thọ LED bị rút ngắn. Một cuộn cảm và chỉnh lưu phù hợp cho việc xử dụng như vậy hơn, và những tùy chọn khác cũng vậy. Mạch tích hợp chuyên dụng có sẵn cung cấp nguồn tối ưu cho LED và hiệu quả tổng thể tối đa.

& Ưu điểm của đèn LED

■ Hiệu quả - LED sản xuất ánh sáng nhiều hơn trên mỗi watt hơn so với bóng đèn đốt tim.

■ Màu - LED có thể phát ra ánh sáng một màu dự định mà không có cần bộ lọc màu như những phương pháp ánh sáng truyền thống yêu cầu.

■ Kích cỡ - LED có thể rất nhỏ và có thể gắn vào mạch in dễ dàng.

Thời gian tắt mở- ánh sáng đèn LED rất nhanh, thường tính bằng micro giây.

Chu kỳ - LED rất lý tưởng để dùng trong các ứng dụng đòi hỏi có chu kỳ tắt mở thường xuyên.

■ Dimming - đèn LED có thể dim khá dễ bằng cách điều chế độ rộng xung hay giảm cường độ phía trước.

Lạnh - ánh sáng LED tỏa nhiệt rất ít, trong dạng hồng ngoại có thể gây thiệt hại cho những đối tượng nhạy cảm hay các loại vải.

Tuổi thọ - LED có thể có tuổi thọ tương đối cao. báo cáo ước tính 35.000 đến 50.000giờ.

■ Chịu va chạm - LED có những thành phần trạng thái rắn, khó bị thiệt hại vì va chạm bên ngoài.

■ Tập trung, focus - Thân LED cứng chắc, có thể thiết kế để tập trung ánh sáng. Các nguồn khác thường đòi hỏi chóa phản chiếu bên ngoài.

& Khuyết điểm của đèn LED

■ Giá cao - LED hiện mắc hơn rất nhiều trên cơ sở mỗi lumen.

Phụ thuộc Nhiệt độ - hiệu suất LED phụ thuộc phần lớn vào nhiệt độ môi trường hoạt động.

Nhạy cảm với điện áp - LED phải được cung cấp điện áp trên ngưỡng và cường độ dưới mức chịu đựng.

Chất lượng ánh sáng - Hầu hết LED trắng đều có quang phổ khác đáng kể so với bức xạ đen như mặt trời hay ánh sáng đèn đốt tim.

■ Khu vực nguồn ánh sáng - LED không phải loại ánh sáng "nguồn điểm" mà là sự phân phối Lambertian (được định nghĩa là tổng phản chiếu tất cả các hướng).


Còn nữa…

(Bài này được trích đoạn chương 16 trong bản dịch “Ánh sáng Ca nhạc”, nguyên bản là cuốn “Concert Lighting”, ấn bản thứ ba 2010, tác giả là James L Moody người Mỹ, một trong những người tiên phong của ngành công nghiệp ánh sáng ca nhạc thế giới. Sẽ đăng tải toàn bộ trên web này nay mai. ND)


 


Page 3 of 34


Viietnamese Keyboard

  [F9]
  (?)
  (?)
  (?)
 
  [F12]
  [F7]
  [F8]