BÁO CÁO THUYẾT TRÌNH MÔN VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG 2 Đề tài: Điôt phát quang(LED), ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH
--------*-------

BÁO CÁO THUYẾT TRÌNH
MÔN VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG 2
Đề tài: Điôt phát quang(LED),
ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai
Giáo viên hướng dẫn: Trần Văn Tiến
Lớp MO1303-MO1304
Nhóm 3

TP HCM, Tháng 05/2014


Lớp MO1303-MO1304
Nhóm 3
Danh sách thành viên nhóm:
1. Nguyễn Chí Thông…………..........91303956
2. Phạm Thị Thủy Tiên…………........91304092
3. Phạm Trương Hoài Thắm………....91303765
4. Lê Thị Thắm……………………....91303761
5. Đặng Khả Nhi…………..................91302775
6. Nguyễn Thị Nhi…………………...91304340
7. Hồ Thị Hạnh Quyên………………91303275
8. Bùi Thị Kim Thoa……………........91303925
9. Văng Thị Thanh Tâm……………...91303528
10. Đoàn Khắc Phú......….....................91302976
Nhóm trưởng: Phạm Thị Thủy Tiên – Email:

Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 2


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................5
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................5
PHẦN MỞ ĐẦU………………………………………………………....6

I. Giới thiệu chung về Điôt phát quang (LED)…………………………………………...6
1. Sơ lược về điôt phát quang...................................................................6
2. Lịch sử phát triển .................................................................................6
a. Những nhà khoa học đầu tiên tìm ra LED ..............................................6
b. Quá trình phát triển LED ......................................................................7
II. Mục đích .....................................……………………………………………….........7

PHẦN NỘI DUNG ……………………………………………...........8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG VỀ ĐIÔT PHÁT QUANG .............8
1.1 Các khái niệm cơ bản………………….........................................................8
1.1.1 Chất bán dẫn ......................................................................................8
1.1.2 Điôt( Diode ) .......................................................................................8
1.1.3 Điôt phát quang ..................................................................................9
1.2 Nguyên lý hoạt động và tính chất của điốt phát quang (LED)…………......10
1.2.1 Nguyên lý hoạt động .............................................................................10
1.2.2 Tính chất .................................................................................................11
Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 3

CHƯƠNG 2: ƯU-NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐIỐT PHÁT
QUANG (LED) ......................................................................................12
II.1 Ưu – Nhược điểm của LED ......................................................................12
II.1.1 Ưu điểm ..................................................................................................12
II.1.2 Nhược điểm ............................................................................................13
II.2 Ứng dụng……………………………………..............………………………….................13
II.2.1 Hiện tại ...................................................................................................13
II.2.2 Tương lai .................................................................................................16

PHẦN KẾT LUẬN………………………………………………...…17
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………...18

Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 4


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Thể hiện sự phụ thuộc của màu sắc vào hiệu điện thế .....................................11
Bảng 1.2 Thể hiện sự phụ thuộc của màu với chất bán dẫn và các pha tạp chất ...........11

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Điốt Zener ................................................................................................8
Hình 1.2 : Điốt phát quang (LED) ...........................................................................9
Hình 1.3: Sơ đồ hoạt động của LED .......................................................................10
Hình 2.1: Đèn LED ứng dụng trong giao thông ......................................................13
Hình 2.2: Đèn LED trong nông nghiệp ...................................................................14
Hình 2.3 :Một ứng dụng của led trong thẩm mỹ .....................................................15
Hình 2.4: Màng hình TV ........................................................................................16
Hình 2.5: Đèn LED Downlight HZ-MTD0700312/12 của Opple ..........................17

Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 5


PHẦN MỞ ĐẦU
I. Giới thiệu chung về Điốt phát quang (LED):
Chúng ta đang sống ở thiên niên kỷ mới, thiên niên kỷ mà ở đó thông tin và tri thức đã
và đang được phát huy mạnh mẽ, nó trở thành động lực và nền tảng, cơ sở của nền
kinh tế tri thức.
Đầu những năm 1980 có rất nhiều chủng loại linh kiện bán dẫn quang điện tử ra đời
trong đó có diot phát quang. Việc phát minh ra diot phát quang rất quan trọng, nó đã và
đang chứng tỏ vai trò quan trọng của mình trong sự phát triển của khoa học kĩ thuật
cũng như ứng dụng trong các ngành khác của nền kinh tế quốc dân của nhiều quốc gia.
1. Sơ lược về điốt phát quang :
Từ diot phát quang hay còn gọi là LED là cách viết tắt các chữ cái đầu trong cụm từ
“Light Emitting Diode”. Thực chất LED là một lớp chuyển tiếp PN được chế tạo trên
bán dẫn có vùng cấm thẳng với cấu trúc PN tiếp giáp đơn hay tiếp giáp dị thể. Khi
phân cực thuận LED phát sáng. Tùy thuộc vào dòng thuận đặt vào LED có thể phát ra
ánh sáng tự phát yếu hay mạnh. Điều kiện đảo mật độ cư trú trong LED không bắt
buộc phải đặt ra.
2. Lịch sử phát triển :
a. Những nhà khoa học đầu tiên tìm ra LED
• H. J. Round: Hiện tượng biến điện thành ánh sáng (1907)
• Oleg Vladimirovich Losev: đã tạo ra công nghệ LED (Light Emitting Diode) (1920). Tuy
nhiên không có thực tế hóa trong mấy thập kỷ kế tiếp.
• Holonyak: được xem là cha đẻ của công nghệ đèn đa sắc LED. LED đầu tiên phát ra ánh
sáng có thể nhìn thấy là loại LED đỏ (1962)
• M. George Craford:một sinh viên tốt nghiệp trước Holonyak, đã hoàn thiện hết các

màu sắc sẵn có của LED,ông phát minh ra LED vàng đầu tiên và đã cải thiện thêm độ
sáng lên 10 lần cho LED đỏ cũng như LED đỏ-cam vào năm (1972).

Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 6


b. Quá trình phát triển của LED
• 1968: LED cực kì mắc, cỡ 200 đôla Mỹ mà lại ít ứng dụng.
• 1970: LED thật sự đã được thương mại hóa thành công, nhờ vào sự kết hợp giữa quy
trình Planar và các phương pháp đóng gói của nhóm trưởng Thomas Brandt, nhờ đó
mà giảm thiểu giá thành.
• Sự phát triển LED nói chung đã đóng góp cho sự phát triển song song giữa các công
nghệ bán dẫn, khoa học vật liệu và quang học
II. Mục đích.
Nhằm trang bị cho chúng ta những kiến thức về quang bán dẫn, những linh kiện diot
phát quang. Tìm hiểu nguyên lý phát quang, cấu tạo, các đặc trưng của LED. Qua đó
thấy được vai trò quan trọng của LED.

Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 7


PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG VỀ ĐIỐT PHÁT QUANG
1.1 Các khái niệm cơ bản :
1.1.1 Chất bán dẫn:
Chất bán dẫn (Semiconductor) là vật liệu trung gian giữa chất dẫn điện và chất

cách điện.Chất bán dẫn hoạt động như một chất cách điện ở nhiệt độ thấp và có tính
dẫn điện ở nhiệt độ phòng, “bán dẫn” nghĩa là có thể dẫn điện ở một điều kiện nào đó,
hoặc ở một điều kiện khác sẽ không dẫn điện.
1.1.2 Điốt (diode):
•

Điốt (diode) là từ ghép mang nghĩa "hai điện cực", với di là hai, và ode bắt nguồn
từ electrode, có nghĩa là điện cực,

•

Điốt: là một trong những linh kiện điện tử, được cấu tạo bởi chất bán dẫn,
được tạo ra cách ghép nối một bán dẫn điện âm với một một bán dẫn điện dương.

Hình 1.1: Điốt Zener

Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 8


1.1.3 Điốt phát quang:
Điốt phát quang hay còn gọi là LED (Light Emitting Diode) là các điốt phân
cực thuận có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại. Cũng giống như
điốt bán dẫn, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn
loại n.
•

Điôt phát quang gồm có một lớp tiếp xúc P-N và hai chân cực anốt (A), catốt (K).

•

Anốt nối với bán dẫn loại P, còn catốt được nối với bán dẫn loại N.

•

Vật liệu chế tạo điôt phát quang đều là các liên kết của các nguyên tố thuộc nhóm
3 và nhóm 5 của bảng tuần hoàn Menđêlêep nhóm GaAs, hoặc liên kết 3 nguyên tố
nhóm GaAsP .v.v...

•

Đây là các vật liệu tái hợp trực tiếp, có nghĩa là sự tái hợp xảy ra giữa các điện tử
ở sát đáy dãy

Hình 1.2 : Điốt phát quang (LED)

Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 9


1.2 Nguyên lý hoạt động và tính chất của điốt phát quang (LED):
1.1.2 Nguyên lý hoạt động :

Hình 1.3: Sơ đồ hoạt động của LED
• Hình vẽ cho thấy LED được cấu tạo từ một mối bán dẫn PN, khi chất bán dẫn Silicon cho
pha Indium (có 3 nối hóa trị, khi gắn nó vào mạng silicon cần 4 nối, sẽ có 1 nối thiếu
điện tử và dư ra lỗ trống) chúng ta sẽ có chân bán dẫn loại P và khi chop ha với
Phosphor (có 5 nói hóa trị, khi gắn nó vào mạng Silicon cần 4 nối, sẽ dư ra 1 hạt điện

tử), chúng ta có chân bán dẫn loại N.
• Chất bán đẫn loại P tạo điều kiện dẫn điện bằng các lỗ trống (Hole), đó chính là các nối
hóa trị thiếu điện tử. Còn chất bán dẫn loại N có điều kiện dẫn điện là do các điện tử
tự do( điện tử dư ra do phosphor có 5 điện hóa trị mà trong kết nối tinh thể chỉ cần
4).
• Khi nối PN được cho phân cực thuận với pin ngoài, một dòng điện kích thích khi chạy
qua mối nối bán dẫn PN sẽ tạo các dao động của các điện tử (xem hình) và các dao
động sẽ phát ra sống điện từ trường đó chính là các tia sáng. Tóm lại Led có 2 chân,
Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 10


hay còn gọi là chân cực âm hay Cathode(do chân này nối với cực âm của pin) và chân
cực dương Anode, khi chúng ta cho dòng điện chạy qua một LED thì nó sẽ phát ra
chùm tia sáng .
1.2.2 Tính chất của Điôt phát quang (LED):
• Điot phát quang phát ra ánh sáng đơn sắc nhưng không kết hợp.
• Màu sắc của ánh sáng phát ra tùy thuộc các bán dẫn dùng làm điot ,cách pha tạp chất
vào bán dẫn đó và hiệu điện thế đầu bán dẫn.
Bảng 1.1 Thể hiện sự phụ thuộc của màu sắc vào hiệu điện thế

Bảng 1.2 Thể

hiện sự

phụ thuộc của

màu

với chất bán dẫn

và các

pha tạp chất

Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 11


CHƯƠNG 2: ƯU- NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA
ĐIỐT PHÁT QUANG (LED)
1.1 Ưu điểm –nhược điểm của LED :
2.1.1 Ưu điểm:
-Đèn led đem lại hiệu quả xã hội và hiệu quả kinh tế vượt bậc so với các loại đèn khác
-Màu sắc: LED có thể phát ra màu sắc như ý muốn mà không cần bộ lọc màu theo
phương pháp truyền thống.
-Kích thước: Kích thước của bóng LED rất nhỏ (có thể nhỏ hơn 2 mm2) vì vậy có thể
bố trí dễ dàng trên mạch in.
-Tuổi thọ cao: 35000 đến 50000 giờ.
- Độ bền cao, an toàn không gây độc hại cho người sử dụng.
-Hiệu quả xã hội :
+ Tạo ra nhiều ánh sáng tỏa nhiệt ít hơn so với các thiết bị chiếu sáng khác.
+Có lợi cho sức khỏe người tiêu dùng và thân thiện với môi trường.
+ Giảm áp lực nguồn cho ngành điện và giảm nguy cơ cháy nổ .
Thị trường đèn công nghệ LED phát triển nhanh với giá thành rẻ hơn và sản phẩm
dễ tiếp cận hơn đối với người tiêu dùng, hứa hẹn đèn led và công nghệ đèn led sẽ ngày
càng được ưa chuộng.
Đèn LED sẽ dần trở thành nguồn sáng chiếm ưu thế, được ứng dụng rộng rãi trong

các hoạt động chiếu sáng tại Việt Nam, góp phần đạt các mục tiêu chung về tiết kiệm
năng lượng và bảo vệ môi trường của đất nước .

Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 12


II.1.2 Nhược điểm :
- Công nghệ LED và đèn led vẫn còn khá mới mẻ .
- Công nghệ đèn LED đã được sử dụng rộng rãi ở các nước phát triển trên thế giới
và mang lại lợi ích vô cùng to lớn, nhưng ở Việt Nam ứng dụng này còn khá hạn
-

chế.
Đầu tư ban đầu của đèn led tương đối lớn so với các loại khác.

-

Khoảng cách chất lượng giữa các loại đèn LED trên thị trường rất khác xa nhau.
Chính nhược điểm này là cho nhiều người sử dụng đèn LED bị nhầm lẫn về chất
lương đèn LED.

2.1Ứng dụng:
2.2.1 Hiện tại
 Trong chiếu sáng:
giao thông,quảng cáo,trang trí nội thất,nông nghiệp,ngư nghiệp,phát ra tia hồng ngoại
điều khiển từ xa,………..

Hình 2.1: Đèn LED ứng dụng trong giao thông.

Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 13


Hình 2.2 :Đèn LED trong nông nghiệp.
 Trong y học :
• Trẻ hóa làn da,trị vàng da,phát hiện ung thư,làm đẹp da…….
• Công nghệ đèn Led trong kính hiển vi phẫu thuật nha khoa

Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 14


Hình 2.3 :Một ứng dụng của led trong thẩm mỹ

 Công nghệ LED trong thiết bị nghe nhìn:
• Màn hình máy tính và ti vi công nghệ LED có ưu điểm vượt trội so với các công nghệ
trước đây (TV Plasma, LCD, ti vi đèn hình ống tia điện tử) vì nó cung cấp màu sắc
tươi sáng, chất lượng cao, hình ảnh cực kỳ sắc nét mà không chiếm không gian.
Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 15


Hình 2.4 Màng hình TV
•

Trợ lí mua sắm từ đèn LED và smartphone: Với sự kết hợp giữa hệ thống đèn LED

bố trí trong các quầy hàng của siêu thị cùng với ứng dụng đặc biệt được cài đặt trên
smarphone,người dùng sẽ có nhiều trải nghiện mua sắm tốt hơn.
 Trong lĩnh vực điện tử viễn thông:
LED được ứng dụng trong các công cụ thiết bị điều khiển từ xa, cảm biến hồng ngoại,
công nghệ truyền dữ liệu qua tia hồng ngoại(IrDA)
 Trong môi trường:
Đèn UV khử trùng nước các điốt có bước sóng ngắn hơn vẫn còn mắc nhưng cũng đã có
trên trị trường với bước sóng nhỏ hơn 247 nm. Vì độ nhạy sáng của vi sinh vật gần bằng
với phổ hấp thụ của ADN, đỉnh ở gần 260 nm, các LED cực tím từ 250–270 nm sẽ trở
thành thiết bị khử trùng trong tương lai. Các nghiên cứu gần đây cho thấy LED cực tím
kiểu A (365 nm) đã trở thành thiết bị khử trùng hiệu quả.
2.1.2Tương lai:
Theo nghiên cứu của tạp chí "Electrical Contractor" đèn LED sẽ sẵn sàng thay thế đèn
huỳnh quang và đèn dây tóc trong việc chiếu sáng trong tương lai.

Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 16


Hình 2.5: Đèn LED Downlight HZ-MTD0700312/12 của Opple.

 Siêu sáng – Siêu tiết kiệm điện – Siêu bền

Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 17


PHẦN KẾT LUẬN

Trong quá trình nghiên cứu tìm hiểu tài liệu, ta thấy :
Diot phát quang là một dạng bức xạ đặc biệt. Nghiên cứu LED có thể phát
ra các ánh sáng có bước sóng khác nhau tùy thuộc vào điện thế phân cực của
LED. Nhờ tính chất này mà LED trở thành nguồn sáng có ứng dụng qua trọng
trong các ngành điện tử thông tin khoa học công nghệ… Các nghiên cứu trong
tiểu luận chỉ dừng lại ở mức tìm hiểu lý thuyết thông qua sách vở.
Một số kiến thức có được :
1 – Bước đầu nghiên cứu tổng quan về LED.


Các khái niệm cơ bản

 Nguyên lý hoạt động của điốt phát quang
 Tính chất của LED
2

– Tìm hiểu ưu – nhược điểm và ứng dụng của LED.
 Ưu điểm
 Nhược điểm
 Ứng dụng
•

Hiện tại.

•

Tương lai.

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 18


Hồ Tấn Triều, 24/10/213, Ứng dụng của đèn (LED) trong đời sống,
/>pm=ttuc&sj=al&id=11101#.U4qKUqiZaSr

Nghiêm Thị Hà, Đỗ Thanh Phong, 26/01/2009, Điôt phát quang,
/>LED, Công nghệ chiếu sáng Điôt phát quang tiên tiến nhất hiện nay,
/>LED và các ứng dụng, />%20nganh/Led%20va%20cac%20ung%20dung.html
LED-Điôt phát quang, />
Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 19


Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm trong ứng dụng tương lai.

Page 20