Mục lục
Chip LED là gì? Có cấu tạo thế nào?
Chip LED (Light Emitting Diode) là linh kiện điện tử đi-ốt phát quang phổ biến nhất hiện này, thay thế cho các loại bóng đèn sợi đốt, halogen cũ, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng chiếu sáng, trang trí, hiển thị. Nó hoạt động bằng cách phát ra ánh sáng khi dòng điện chạy qua đó. Chip LED thường được sử dụng trong các thiết bị như đèn LED, màn hình LED và các sản phẩm điện tử khác.
Cấu tạo của chip LED bao gồm một nửa dẫn điện âm và một nửa dẫn điện dương, được gắn với một lớp bán dẫn. Khi dòng điện chạy qua chip LED, các điện tử sẽ di chuyển giữa hai lớp bán dẫn và phát ra ánh sáng. Chip LED có kích thước rất nhỏ, thường chỉ từ 0,2 đến 1 mm2, vì vậy chúng có thể được sử dụng để tạo ra các thiết bị chiếu sáng và hiển thị nhỏ gọn.
Các loại chip LED
Trên thị trường hiện nay, có nhiều loại chip LED khác nhau, được phân loại theo kích thước, công suất, màu sắc và chất lượng. Một số loại chip LED phổ biến như sau:
Bóng LED DIP (chân cắm)
Loại này ra đời và phổ biến đầu tiên của các loại đèn led, ngày nay vẫn còn sử dụng nhưng khá ít vì hiệu suất thấp. Chủ yếu hiện nay phục vụ thay thế cho các thiết bị cũ chứ không còn được ưu chuộng, hạn chế sản xuất, bị thay thế bởi chip LED SMD.
Chip LED SMD (Surface Mount Device)
là loại chip LED có kích thước nhỏ, thường được gắn trực tiếp lên mạch in hoặc bo mạch. Chip LED SMD có nhiều công suất khác nhau, từ 0.06W đến 3W. Chip LED SMD được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử, đèn trang trí, đèn chiếu sáng và đèn báo.
Chip LED COB (Chip on Board)
là loại chip LED có kích thước lớn hơn, được gắn trên một tấm nhôm hoặc đồng để tản nhiệt. Chip LED COB có công suất cao, từ 5W đến 100W. Chip LED COB có độ sáng cao và đồng đều, thích hợp cho các ứng dụng chiếu sáng chuyên nghiệp, như đèn pha, đèn phòng thu và đèn chiếu tranh.
Chip LED RGB (Red Green Blue – Đỏ Lục Lam)
là loại chip LED có khả năng phát ra nhiều màu sắc khác nhau, bằng cách kết hợp ba màu cơ bản là đỏ, xanh lá và xanh dương. Chip LED RGB có công suất thấp, từ 0.1W đến 1W. Chip LED RGB được ứng dụng trong các thiết bị trang trí, như đèn led dây, đèn led ma trận và đèn led biển quảng cáo.
Chip LED UV (Ultraviolet)
Chip LED UV (Ultraviolet) là loại LED phát ra ánh sáng trong dải tia cực tím mà mắt người không nhìn thấy được. Tia cực tím có bước sóng từ 10 đến 400 nanomet (nm) và có thể được chia thành ba loại: UVA (315 đến 400 nm), UVB (280 đến 315 nm) và UVC (100 đến 280 nm). Chip LED UV có thể tạo ra ánh sáng ở bất kỳ loại nào trong số này, tùy thuộc vào thiết kế và vật liệu được sử dụng.
Chip LED IR (Infrared)
Chip LED IR (Hồng ngoại) là loại LED phát ra ánh sáng trong dải hồng ngoại mà mắt người cũng không nhìn thấy được. Ánh sáng hồng ngoại có bước sóng từ 700 đến 1000 nm và có thể được phân loại thành hồng ngoại gần (NIR), hồng ngoại trung bình (MIR) và hồng ngoại xa (FIR). Chip LED IR có thể tạo ra ánh sáng ở bất kỳ dải phụ nào trong số này, tùy thuộc vào thiết kế và vật liệu được sử dụng.
Quy trình sản xuất chế tạo Chip LED
Quy trình chế tạo chip LED là một quá trình phức tạp và tinh xảo, đòi hỏi sự kỹ thuật cao và chính xác. Chip LED là thành phần quan trọng nhất của đèn LED, quyết định chất lượng ánh sáng, hiệu suất và tuổi thọ của sản phẩm. Quy trình chế tạo chip LED bao gồm các bước sau:
Lựa chọn vật liệu bán dẫn
Vật liệu bán dẫn là nguyên liệu cơ bản để tạo ra chip LED, có thể là GaN (gallium nitride), InGaN (indium gallium nitride), AlGaInP (aluminium gallium indium phosphide) hoặc SiC (silicon carbide). Mỗi loại vật liệu có một bước sóng ánh sáng khác nhau, tương ứng với màu sắc khác nhau của chip LED. Ví dụ, GaN cho ra ánh sáng xanh, InGaN cho ra ánh sáng xanh lá cây hoặc xanh dương, AlGaInP cho ra ánh sáng đỏ hoặc vàng, SiC cho ra ánh sáng trắng.
Phát triển lớp phủ
Lớp phủ là một lớp mỏng của vật liệu bán dẫn được phủ lên một nền gọi là substrate, thường là sapphire, silicon hoặc silicon carbide. Lớp phủ có vai trò là nguồn phát quang của chip LED, tạo ra ánh sáng khi có dòng điện chạy qua. Lớp phủ được phát triển bằng phương pháp MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), trong đó các hợp chất hữu cơ của kim loại được nhiệt độ cao và áp suất cao để tạo ra hơi khí, sau đó được đưa vào một buồng chứa substrate. Hơi khí sẽ kết tinh trên substrate và tạo thành một lớp phủ mỏng và đồng nhất.
Cắt và đánh bóng
Sau khi có được lớp phủ, substrate được cắt thành các miếng nhỏ gọi là wafer, mỗi wafer có thể chứa hàng nghìn chip LED. Wafer sau đó được đánh bóng để loại bỏ các khuyết tật và cải thiện độ bóng của bề mặt.
Phủ lớp điện cực
Sau khi wafer bán dẫn đã được chế tạo, nó được phủ một lớp điện cực. Điện cực này được chọn để tạo ra một khối p-n (khối bán dẫn) trên wafer bán dẫn. Khối p-n này cho phép các electron di chuyển từ khối n sang khối p, tạo ra ánh sáng
Khắc và hàn
Wafer được khắc bằng laser hoặc ion để tạo ra các khe cắt giữa các chip LED, giúp tách biệt chúng và tạo ra các kết nối điện. Sau đó, wafer được hàn với một lớp kim loại gọi là die bond, thường là vàng hoặc đồng, để tạo ra các chân cực âm và cực dương cho chip LED. Die bond cũng có tác dụng làm mát cho chip LED khi hoạt động.
Phủ và kiểm tra
Chip LED được phủ một lớp resin gọi là phosphor để điều chỉnh màu sắc và cường độ ánh sáng. Phosphor có thể là YAG (yttrium aluminium garnet), TAG (terbium aluminium garnet) hoặc BAM (barium magnesium aluminate).
Mỗi loại phosphor có một tính chất quang học khác nhau, giúp tạo ra các màu sắc khác nhau cho chip LED. Ví dụ, YAG cho ra ánh sáng trắng ấm, TAG cho ra ánh sáng trắng lạnh, BAM cho ra ánh sáng xanh lá cây. Sau khi phủ phosphor, chip LED được kiểm tra về chất lượng ánh sáng, hiệu suất và độ bền bằng các thiết bị đo lường chuyên dụng.
Đóng gói chip LED
Sau khi các chip LED đã được kiểm tra và thử nghiệm, chúng được đóng gói để bảo vệ chúng khỏi các tác động bên ngoài. Quá trình đóng gói này bao gồm việc bảo vệ chip LED bằng một lớp nhựa và lắp đặt chúng vào các vật liệu khác như kim loại hoặc nhựa.
Các thương hiệu chip LED tốt nhất
Có rất nhiều thương hiệu chip LED chất lượng cao có sẵn trên thị trường. Một số thương hiệu chip LED hàng đầu trên thế giới bao gồm:
Cree: Thương hiệu của Mỹ, phổ biến các loại chip LED hiệu suất cao XHP, XM, XB, LEB COB hiệu suất cao, chip LED SMD (dán), module đèn LED
Nichia: Thương hiệu Nhật Bản, nổi tiếng với Chip LED công suất lớn và Chip LED Laser.
Osram: Thương hiệu lâu đời của Đức trong lĩnh vực sản xuất đèn, đặc biệt là đèn cho các phương tiện giao thông.
Samsung: Samsung có đủ các loại chip LED từ loại chip LED SMD như 2835, 3030, 3535, 5050, COB đến dòng hiệu suất cao LH50x, LM56x và các dòng chuyên dụng LED UV (tia cực tím), LED IR (hồng ngoại).
Luminus: Là thương hiệu toàn cầu có trụ sở chính tại Mỹ và các nhà máy tại Trung Quốc. Chuyên về tất cả các loại chip LED có trên thị trường với các công nghệ hiệu suất cao khá cạnh tranh.
Seoul Semiconductor: Chip LED cho thị trường ô tô, chiếu sáng chung, chiếu sáng đặc biệt và đèn nền. Đây là nhà sản xuất đèn LED lớn thứ tư trên toàn cầu.
Các công ty này sản xuất chip LED hiệu suất cao với chất lượng và độ tin cậy vượt trội.
Các loại chip LED có ứng dụng phổ biến trên thị trường
Chiếu sáng nội – ngoại thất: LED được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng chiếu sáng nội thất, bao gồm đèn bàn, đèn sàn, đèn treo tường và các loại đèn chiếu sáng khác.
Chiếu sáng công nghiệp: LED được sử dụng trong các ứng dụng chiếu sáng công nghiệp, bao gồm đèn chiếu sáng nhà xưởng, đèn pha, đèn đường và đèn chiếu sáng ngoài trời.
Y học: Ánh sáng của LED có tác dụng chữa bệnh và chăm sóc da. Một số ứng dụng phổ biến trong y học như hỗ trợ điều trị ung thư, trị bệnh vàng da, trị mụn.
Chiếu sáng ô tô: LED được sử dụng trong các ứng dụng chiếu sáng ô tô, bao gồm đèn pha, đèn hậu, đèn xi nhan và các sản phẩm chiếu sáng khác.
Màn hình LED: LED được sử dụng trong các ứng dụng màn hình LED, bao gồm màn hình quảng cáo, màn hình truyền thông, màn hình biểu diễn và các ứng dụng màn hình khác.
Thiết bị điện tử: LED được sử dụng trong nhiều thiết bị điện tử, bao gồm điện thoại di động, máy tính xách tay, máy tính bảng và các sản phẩm điện tử khác
Trồng cây trong nhà kính: LED được sử dụng để tạo ánh sáng nhân tạo cho các cây trồng trong nhà kính, giúp chúng phát triển nhanh hơn và năng suất cao hơn.
Chiếu sáng sân khấu: LED được sử dụng trong các ứng dụng chiếu sáng sân khấu, bao gồm chiếu sáng nhạc sống, biểu diễn sân khấu và các sự kiện truyền thông. Thường là các loại LED hiệu suất cao kết hợp thêm thấu kính.
Chiếu sáng chuyên dụng: như chiếu hồng ngoại cho camera ban đêm, chiếu sáng UV để làm khô keo UV, LED UV để khử trùng không khí, khử trùng nước…
