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 MƠN VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG Đề tài: Điơt phát quang(LED), ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Giáo viên hướng dẫn: Trần Văn Tiến Lớp MO1303-MO1304 Nhóm TP HCM, Tháng 05/2014 Lớp MO1303-MO1304 Nhóm Danh sách thành viên nhóm: Nguyễn Chí Thơng………… 91303956 Phạm Thị Thủy Tiên………… 91304092 Phạm Trương Hoài Thắm……… 91303765 Lê Thị Thắm…………………… 91303761 Đặng Khả Nhi………… 91302775 Nguyễn Thị Nhi………………… 91304340 Hồ Thị Hạnh Quyên………………91303275 Bùi Thị Kim Thoa…………… 91303925 Văng Thị Thanh Tâm…………… 91303528 10 Đoàn Khắc Phú … 91302976 Nhóm trưởng: Phạm Thị Thủy Tiên – Email: thuytien110395@gmail.com Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH PHẦN MỞ ĐẦU……………………………………………………… I Giới thiệu chung Điôt phát quang (LED)………………………………………… Sơ lược điôt phát quang Lịch sử phát triển a Những nhà khoa học tìm LED b Quá trình phát triển LED II Mục đích .……………………………………………… .7 PHẦN NỘI DUNG …………………………………………… CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG VỀ ĐIÔT PHÁT QUANG .8 1.1 Các khái niệm bản………………… .8 1.1.1 Chất bán dẫn 1.1.2 Điôt( Diode ) .8 1.1.3 Điôt phát quang 1.2 Nguyên lý hoạt động tính chất 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 ứng dụng tương lai Page CHƯƠNG 2: ƯU-NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐIỐT PHÁT QUANG (LED) 12 II.1 Ưu – Nhược điểm LED 12 II.1.1 Ưu điểm 12 II.1.2 Nhược điểm 13 II.2 Ứng dụng…………………………………… ………………………… .13 II.2.1 Hiện 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 ứng dụng tương lai Page DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thể phụ thuộc màu sắc vào hiệu điện .11 Bảng 1.2 Thể phụ thuộc màu với chất bán dẫn pha tạp chất 11 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Điốt Zener Hình 1.2 : Điốt phát quang (LED) Hình 1.3: Sơ đồ hoạt động LED .10 Hình 2.1: Đèn LED ứng dụng giao thông 13 Hình 2.2: Đèn LED nơng nghiệp 14 Hình 2.3 :Một ứng dụng led thẩm mỹ .15 Hình 2.4: Màng hình TV 16 Hình 2.5: Đèn LED Downlight HZ-MTD0700312/12 Opple 17 Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page PHẦN MỞ ĐẦU I Giới thiệu chung Điốt phát quang (LED): Chúng ta sống thiên niên kỷ mới, thiên niên kỷ mà thơng tin tri thức phát huy mạnh mẽ, trở thành động lực tảng, sở kinh tế tri thức Đầu năm 1980 có nhiều chủng loại linh kiện bán dẫn quang điện tử đời có diot phát quang Việc phát minh diot phát quang quan trọng, chứng tỏ vai trị quan trọng phát triển khoa học kĩ thuật ứng dụng ngành khác kinh tế quốc dân nhiều quốc gia Sơ lược điốt phát quang : Từ diot phát quang hay gọi LED cách viết tắt chữ đầu cụm từ “Light Emitting Diode” Thực chất LED lớp chuyển tiếp PN chế tạo 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 phát ánh sáng tự phát yếu hay mạnh Điều kiện đảo mật độ cư trú LED không bắt buộc phải đặt Lịch sử phát triển : a Những nhà khoa học tìm LED • H J Round: Hiện tượng biến điện thành ánh sáng (1907) • Oleg Vladimirovich Losev: tạo công nghệ LED (Light Emitting Diode) (1920) Tuy nhiên khơng có thực tế hóa thập kỷ • Holonyak: xem cha đẻ công nghệ đèn đa sắc LED LED phát ánh sáng nhìn thấy loại LED đỏ (1962) • M George Craford:một sinh viên tốt nghiệp trước Holonyak, hoàn thiện hết màu sắc sẵn có LED,ơng phát minh LED vàng cải thiện thêm độ sáng lên 10 lần cho LED đỏ LED đỏ-cam vào năm (1972) Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page b Quá trình phát triển LED • 1968: LED mắc, cỡ 200 đơla Mỹ mà lại ứng dụng • 1970: LED thật thương mại hóa thành cơng, nhờ vào kết hợp quy trình Planar phương pháp đóng gói nhóm trưởng Thomas Brandt, nhờ mà giảm thiểu giá thành • Sự phát triển LED nói chung đóng góp cho phát triển song song công nghệ bán dẫn, khoa học vật liệu quang học II Mục đích Nhằm trang bị cho kiến thức quang bán dẫn, linh kiện diot phát quang Tìm hiểu nguyên lý phát quang, cấu tạo, đặc trưng LED Qua thấy vai trị quan trọng LED Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUANG VỀ ĐIỐT PHÁT QUANG 1.1 Các khái niệm : 1.1.1 Chất bán dẫn: Chất bán dẫn (Semiconductor) vật liệu trung gian chất dẫn điện chất cách điện.Chất bán dẫn hoạt động chất cách điện nhiệt độ thấp có tính dẫn điện nhiệt độ phòng, “bán dẫn” nghĩa dẫn điện điều kiện đó, điều kiện khác không dẫn điện 1.1.2 Điốt (diode): • Điốt (diode) từ ghép mang nghĩa "hai điện cực", với di hai, ode bắt nguồn từ electrode, có nghĩa điện cực, • Điốt: linh kiện điện tử, cấu tạo chất bán dẫn, tạo cách ghép nối bán dẫn điện âm với một bán dẫn điện dương Hình 1.1: Điốt Zener Điơt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page 1.1.3 Điốt phát quang: Điốt phát quang hay gọi LED (Light Emitting Diode) điốt phân cực thuận có khả phát ánh sáng hay tia hồng ngoại, tử ngoại Cũng giống điốt bán dẫn, LED cấu tạo từ khối bán dẫn loại p ghép với khối bán dẫn loại n • Điơt phát quang gồm có lớp tiếp xúc P-N hai chân cực anốt (A), catốt (K) • Anốt nối với bán dẫn loại P, catốt nối với bán dẫn loại N • Vật liệu chế tạo điôt phát quang liên kết nguyên tố thuộc nhóm nhóm bảng tuần hồn Menđêlêep nhóm GaAs, liên kết ngun tố nhóm GaAsP v.v • Đây vật liệu tái hợp trực tiếp, có nghĩa tái hợp xảy điện tử sát đáy dãy Hình 1.2 : Điốt phát quang (LED) Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page 1.2 Nguyên lý hoạt động tính chất điốt phát quang (LED): 1.1.2 Nguyên lý hoạt động : Hình 1.3: Sơ đồ hoạt động LED • Hình vẽ cho thấy LED cấu tạo từ mối bán dẫn PN, chất bán dẫn Silicon cho pha Indium (có nối hóa trị, gắn vào mạng silicon cần nối, có nối thiếu điện tử dư lỗ trống) có chân bán dẫn loại P chop với Phosphor (có nói hóa trị, gắn vào mạng Silicon cần nối, dư hạt điện tử), có chân bán dẫn loại N • Chất bán đẫn loại P tạo điều kiện dẫn điện lỗ trống (Hole), nối hóa trị thiếu điện tử Cịn chất bán dẫn loại N có điều kiện dẫn điện điện tử tự do( điện tử dư phosphor có điện hóa trị mà kết nối tinh thể cần 4) • Khi nối PN cho phân cực thuận với pin ngoài, dịng điện kích thích chạy qua mối nối bán dẫn PN tạo dao động điện tử (xem hình) dao động phát sống điện từ trường tia sáng Tóm lại Led có chân, Điơt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page 10 hay gọi chân cực âm hay Cathode(do chân nối với cực âm pin) chân cực dương Anode, cho dòng điện chạy qua LED phát chùm tia sáng 1.2.2 Tính chất Điơt phát quang (LED): • Điot phát quang phát ánh sáng đơn sắc khơng kết hợp • Màu sắc ánh sáng phát tùy thuộc bán dẫn dùng làm điot ,cách pha tạp chất vào bán dẫn hiệu điện đầu bán dẫn Bảng 1.1 Thể phụ thuộc màu sắc vào hiệu điện Bảng 1.2 Thể phụ thuộc màu với chất bán dẫn pha tạp chất Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm 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 LED : 2.1.1 Ưu điểm: -Đèn led đem lại hiệu xã hội hiệu kinh tế vượt bậc so với loại đèn khác -Màu sắc: LED phát màu sắc ý muốn mà không cần lọc màu theo phương pháp truyền thống -Kích thước: Kích thước bóng LED nhỏ (có thể nhỏ mm2) bố trí dễ dàng mạch in -Tuổi thọ cao: 35000 đến 50000 - Độ bền cao, an tồn khơng gây độc hại cho người sử dụng -Hiệu xã hội : + Tạo nhiều ánh sáng tỏa nhiệt so với thiết bị chiếu sáng khác +Có lợi cho sức khỏe người tiêu dùng thân thiện với môi trường + Giảm áp lực nguồn cho ngành điện giảm nguy cháy nổ Thị trường đèn công nghệ LED phát triển nhanh với giá thành rẻ sản phẩm dễ tiếp cận người tiêu dùng, hứa hẹn đèn led công nghệ đèn led ngày ưa chuộng Đèn LED dần trở thành nguồn sáng chiếm ưu thế, ứng dụng rộng rãi hoạt động chiếu sáng Việt Nam, góp phần đạt mục tiêu chung tiết kiệm lượng bảo vệ môi trường đất nước Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page 12 II.1.2 Nhược điểm : - Công nghệ LED đèn led cịn mẻ - Cơng nghệ đèn LED sử dụng rộng rãi nước phát triển giới mang lại lợi ích vô to lớn, Việt Nam ứng dụng hạn - chế Đầu tư ban đầu đèn led tương đối lớn so với loại khác - Khoảng cách chất lượng loại đèn LED thị trường khác xa Chính nhược điểm cho nhiều người sử dụng đèn LED bị nhầm lẫn chất lương đèn LED 2.1Ứng dụng: 2.2.1 Hiện  Trong chiếu sáng: giao thông,quảng cáo,trang trí nội thất,nơng nghiệp,ngư nghiệp,phát tia hồng ngoại điều khiển từ xa,……… Hình 2.1: Đèn LED ứng dụng giao thông Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page 13 Hình 2.2 :Đèn LED nơng nghiệp  Trong y học : • Trẻ hóa da,trị vàng da,phát ung thư,làm đẹp da…… • Cơng nghệ đèn Led kính hiển vi phẫu thuật nha khoa Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page 14 Hình 2.3 :Một ứng dụng led thẩm mỹ  Công nghệ LED thiết bị nghe nhìn: • Màn hình máy tính ti vi cơng nghệ LED có ưu điểm vượt trội so với công nghệ trước (TV Plasma, LCD, ti vi đèn hình ống tia điện tử) cung cấp màu sắc tươi sáng, chất lượng cao, hình ảnh sắc nét mà khơng chiếm không gian Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page 15 Hình 2.4 Màng hình TV • Trợ lí mua sắm từ đèn LED smartphone: Với kết hợp hệ thống đèn LED bố trí quầy hàng siêu thị với ứng dụng đặc biệt cài đặt smarphone,người dùng có nhiều trải nghiện mua sắm tốt  Trong lĩnh vực điện tử viễn thông: LED ứng dụng công cụ thiết bị điều khiển từ xa, cảm biến hồng ngoại, công nghệ truyền liệu qua tia hồng ngoại(IrDA)  Trong môi trường: Đèn UV khử trùng nước điốt có bước sóng ngắn cịn mắc có trị trường với bước sóng nhỏ 247 nm Vì độ nhạy sáng vi sinh vật gần với phổ hấp thụ ADN, đỉnh gần 260 nm, LED cực tím từ 250–270 nm trở thành thiết bị khử trùng tương lai Các nghiên cứu gần cho thấy LED cực tím kiểu A (365 nm) trở thành thiết bị khử trùng hiệu 2.1.2Tương lai: Theo nghiên cứu tạp chí "Electrical Contractor" đèn LED sẵn sàng thay đèn huỳnh quang đèn dây tóc việc chiếu sáng tương lai Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page 16 Hình 2.5: Đèn LED Downlight HZ-MTD0700312/12 Opple  Siêu sáng – Siêu tiết kiệm điện – Siêu bền Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page 17 PHẦN KẾT LUẬN Trong trình nghiên cứu tìm hiểu tài liệu, ta thấy : Diot phát quang dạng xạ đặc biệt Nghiên cứu LED phát ánh sáng có bước sóng khác tùy thuộc vào điện phân cực LED Nhờ tính chất mà LED trở thành nguồn sáng có ứng dụng qua trọng ngành điện tử thông tin khoa học công nghệ… Các nghiên cứu tiểu luận dừng lại mức tìm hiểu lý thuyết thơng qua sách Một số kiến thức có : – Bước đầu nghiên cứu tổng quan LED  Các khái niệm  Nguyên lý hoạt động điốt phát quang  Tính chất LED – Tìm hiểu ưu – nhược điểm ứng dụng LED  Ưu điểm  Nhược điểm  Ứng dụng • Hiện • Tương lai DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page 18 Hồ Tấn Triều, 24/10/213, Ứng dụng đèn (LED) đời sống, http://www.cpc.vn/cpc/home/Ttuc_Detail.aspx? pm=ttuc&sj=al&id=11101#.U4qKUqiZaSr Nghiêm Thị Hà, Đỗ Thanh Phong, 26/01/2009, Điôt phát quang, http://giaoan.violet.vn/present/show?entry_id=478231 LED, Công nghệ chiếu sáng Điôt phát quang tiên tiến nay, http://hungsoneq.com.vn/tin-moi/led-cong-nghe-chieu-sang-diot-phat-quang-tien-tiennhat-hien-nay LED ứng dụng, http://www.chieusangviet.com/information_links/Tin%20ngoai %20nganh/Led%20va%20cac%20ung%20dung.html LED-Điôt phát quang, http://vozforums.com/showthread.php?t=2086708 Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page 19 Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương lai Page 20 ... thước: Kích thước bóng LED nhỏ (có thể nhỏ mm2) bố trí dễ dàng mạch in -Tuổi thọ cao: 35000 đến 50000 - Độ bền cao, an tồn khơng gây độc hại cho người sử dụng -Hiệu xã hội : + Tạo nhiều ánh sáng... nghệ trước (TV Plasma, LCD, ti vi đèn hình ống tia điện tử) cung cấp màu sắc tươi sáng, chất lượng cao, hình ảnh sắc nét mà không chiếm không gian Điôt phát quang (LED)- Ưu nhược điểm ứng dụng tương