Đèn LED chiếu sáng những thị trường tiềm năng

CÔNG TY TNHH TM DV ANH MINH CHÂU – Anh Minh Chau Trading Service Co., Ltd. - AMC

  
Đèn LED chiếu sáng những thị trường tiềm năng

LED là gì?

LED (viết tắt của Light Emitting Diode, có nghĩa là điốt phát quang) là các điốt có khả năng phát ra ánh sáng hay tia hồng ngoại. Cũng giống như điốt, LED được cấu tạo từ một khối bán dẫn loại p ghép với một khối bán dẫn loại n.

Hoạt động của LED

Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương nên khi ghép với khối bán dẫn n (chứa các điện tử tự do) thì các lỗ trống này có xu hướng chuyễn động khuếch tán sang khối n. Cùng lúc khối p lại nhận thêm các điện tử (điện tích âm) từ khối n chuyển sang. Kết quả là khối p tích điện âm (thiếu hụt lỗ trống và dư thừa điện tử) trong khi khối n tích điện dương (thiếu hụt điện tử và dư thừa lỗ trống).

Ở biên giới hai bên mặt tiếp giáp, một số điện tử bị lỗ trống thu hút và khi chúng tiến lại gần nhau, chúng có xu hướng kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hòa. Quá trình này có thể giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng (hay các bức xạ điện từ có bước sóng gần đó).

Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát ra khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau). Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn.

Ứng dụng

Đèn chiếu sáng sử dụng các LED phát ánh sáng trắng.

LED được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông.

Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa cho đồ điện tử dân dụng.

Đèn LED trắng nói riêng và đèn LED nói chung có nhiều ứng dụng rộng rãi mà đèn huỳnh quang không làm được như đèn xe, đèn đường, đèn hầm mỏ, đèn chiếu hậu cho màn hình của điện thoại cầm tay, đèn chiếu hậu cho màn hình tinh thể lỏng (LCD), in ấn kỹ thuật số....

Một đặc điểm khác của đèn LED là ít tiêu hao năng lượng và không nóng. Bóng đèn truyền thống, đèn neon, đèn halogen... đều cần từ 110-220 V mới cháy được, trong khi đèn LED trắng chỉ cần từ 3-24 V để phát sáng. Do ít tiêu hao năng lượng nên đèn LED có thể sử dụng ở vùng sâu vùng xa mà không cần nhà máy phát điện công suất cao.

Với các ưu điểm : ánh sáng lớn, độ bền cao và ít tiêu tốn điện năng, Led được ứng dụng rộng rãi trên các lĩnh vực: bảng quảng cáo ngoài trời , bảng quang báo, đồng hồ cỡ lớn đặt tại các biển quảng cáo tấm lớn trên đường cao tốc, hệ thống đèn giao thông, biển chỉ dẫn, và các sản phẩm khác như bảng chạy chữ điện tử, bảng hệ thống giờ, Bảng tỷ giá, bảng chứng khóan, hệ thống xếp hàng tự động…

Một số bảng hiệu của thương hiệu nổi tiếng đã được ứng dụng sản phẩm Led: Sacombank, Sơn Collection, bảng hiệu Mì Hàn Quốc, Happy Cook , Sam

Xuất hiện vào những năm cuối của thế kỷ 20, trải qua hơn 10 năm phát triển, đèn LED trắng đã bắt kịp và chiếu sáng những thị trường tiềm năng. Công nghệ LED còn có thể dẫn dắt con đường ánh sáng đến đâu?

Đèn LED màu và đèn LED trắng

Nói đến đèn LED (Light Emitting Diode) chắc vẫn còn nhiều người bỡ ngỡ. Nhưng chắc hẳn rất nhiều người đã quen với những chiếc đèn nhỏ xíu nhấp nháy trên các cây thông Giáng Sinh, những bảng hiệu đèn giao thông đỏ vàng xanh tại các ngã tư, những bảng hiệu quảng cáo to nhỏ đủ loại với hàng ngàn hàng vạn bóng đèn mắc phía trong làm nên một diện mạo rất đặc trưng của đô thị. Đó chính là hiện thân của LED.

LED màu đã thực sự chen vào từng ngõ ngách của cuộc sống. Tuy nhiên, những chiếc đèn LED màu như trên không thể làm nguồn sáng cho các công trình chiếu sáng công cộng để thay thế cho những bóng đèn truyền thống vì đèn LED chỉ cho các ánh sáng đơn sắc như đỏ, vàng, xanh lá cây… mà không thể tạo ra được ánh sáng trắng. Chỉ đến khi LED trắng xuất hiện thì công nghệ LED mới tạo được chỗ đứng trong nền công nghiệp chiếu sáng. Để có thể chuyển từ màu qua trắng, nghe thì đơn giản nhưng là cả một quá trình phát triển và nỗ lực không ngừng của công nghệ chiếu sáng. Giáo sư Shuji Nakamura (Nhật) đã giành giải thưởng Công nghệ Thiên niên kỷ (Millenium Technology Prize) cho sáng chế đèn LED ánh sáng trắng.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

LED hay còn gọi là diot chiếu sáng (diot: hai điện cực). Đúng như tên gọi, công nghệ LED là công nghệ chiếu sáng bằng hai điện cực với hỗ trợ của các loại vật liệu bán dẫn và công nghệ nano.

Quy trình chế tạo đèn LED trải qua hai giai đoạn chính là chế tạo tim đèn trước rồi gắn với hai điện cực tạo thành bóng đèn. Hai điện cực này có độ dài khác nhau, chân dài là anod (điện cực dương), ngắn hơn là catod (điện cực âm).

Tim đèn là phần nối giữa hai điện cực, gọi là LED chip, được làm bằng vật liệu bán dẫn. Dòng điện một chiều đi qua làm chuyển động khuếch tán các điện tích âm và dương giữa hai điện cực, và giải phóng năng lượng dưới dạng ánh sáng. Tùy vào loại vật liệu bán dẫn dùng để chế tạo LED chip mà cho ra các đèn LED với màu sắc khác nhau. Aluminum gallium arsenide (AlGaAs) tạo ra LED đỏ, aluminum gallium phosphide (AlGaP) cho ra LED xanh lá, indium gallium nitride (InGaN) cho ra LED xanh biển, GaP cho ra LED vàng… Đèn LED trắng là sự kết hợp của đèn LED đỏ, xanh lá và xanh biển. Cách thứ hai để tạo ra đèn LED trắng là phủ một lớp phosphor vàng vào đèn LED xanh biển.

Tất cả công đoạn sản xuất LED đều thuộc lĩnh vực công nghệ cao vì phải xử lý chính xác các đơn vị có kích thước nano và phải chế tạo các màng bán dẫn thật mỏng trong môi trường thật sạch để đảm bảo tính năng và tuổi thọ của tim đèn. Phản ứng tạo thành vật liệu bán dẫn phát sáng phải được thực hiện trong chân không, thực hiện trong phòng sạch, sạch hơn cả phòng bào chế y dược. Chính công đoạn này đã đẩy giá LED lên cao, đây cũng chính là yếu điểm của LED vì chưa thể cạnh tranh về giá với các công nghệ chiếu sáng truyền thống.

Ánh sáng từ sáng chế LED

Từ năm 1974 đến nay (tháng 10/2009) có 2.272 sáng chế về LED. Nhìn bản đồ sáng chế của LED qua các năm, có thể nhận thấy con đường phát triển của công nghệ LED chia làm 2 chặng rõ rệt. Từ những năm 2000 trở về trước, sáng chế LED chỉ dừng ở con số hàng chục thì từ năm 2000 đến nay, số lượng sáng chế về LED tăng vọt, đạt đến con số hàng trăm (Hình 1). Các công ty sở hữu các sáng chế LED chính là các công ty điện tử có bề dày phát triển và có thế mạnh trên thị trường. Dẫn đầu là tập đoàn chiếu sáng số 1 Philips với 164 sáng chế, thứ hai là Cree Inc. với 33 sáng chế, một số tập đoàn điện tử khác cũng đã ghi tên mình trên bản đồ sáng chế là Gelcore LLC (28), Osram (27), Siemens (23), Samsung (20), LG (17), Univ (15).

LED “xanh”

Chiếu sáng bằng đèn LED là một công nghệ xanh và tiết kiệm.

Ðèn LED có những ưu điểm như tiết kiệm năng lượng tiêu thụ từ 70%-80% so với loại đèn thông thường. Một bóng đèn LED công suất 5W có thể cho ánh sáng tương đương với một bóng đèn thông thường công suất 20W. Thời gian chiếu sáng của đèn LED trắng trung bình 100.000 giờ (tương đương 35 năm, mỗi ngày hoạt động 8 giờ). Theo tính toán của Viện Hàn lâm Khoa học Mỹ, nếu sử dụng đèn LED cho 50% nhu cầu chiếu sáng hiện nay ở nước này, thì mỗi năm sẽ tiết kiệm được 17 GigaWatt điện, tương đương công suất của 17 cụm nhà máy điện hạt nhân. Với lĩnh vực chiếu sáng công cộng, đèn LED trắng đã bắt đầu tham gia vào các công trình kiến trúc mới. Tuy nhiên những sản phẩm ứng dụng chiếu sáng bằng đèn LED vẫn chưa thể cạnh tranh với đèn huỳnh quang trong từng hộ gia đình do giá cả vẫn còn quá cao.

Chiếu sáng những thị trường tiềm năng

Đèn chiếu sáng ứng dụng công nghệ diot phát sáng đầu tiên đã được giới thiệu từ năm 1962 bởi nhà khoa học Nick Holonyak Jr (Mỹ). Vào những năm đầu 1970, LED được ứng dụng vào thị trường máy tính và đồng hồ. Sau khi LED trắng ra đời tham gia vào lĩnh vực chiếu sáng, thị trường của công nghệ LED bắt đầu tăng trưởng mạnh mẽ.

Điện thoại di động và các thiết bị điện tử cầm tay như máy ảnh, máy chiếu…hiện nay là lĩnh vực ứng dụng lớn nhất của LED. Trong điện thoại di động, với tiêu chí nhỏ gọn, đèn LED có thể ứng dụng để chiếu sáng màn hình điện thoại và hỗ trợ chức năng flash trong điện thoại. Với sự phát triển theo cấp số nhân của điện thoại di động đã làm cho việc ứng dụng LED trong lĩnh vực này mang lại lợi nhuận to lớn.

Với các đặc tính không bị ảnh hưởng của rung động, hoạt động ở điện áp thấp, LED cũng có điều kiện lý tưởng để ứng dụng cho ôtô. Mẫu xe nổi tiếng gần đây nhất của Audi là R8 đã được lắp đặt sẵn hệ thống đèn chiếu sáng LED tiên tiến. Đèn LED rất tiết kiệm năng lượng, chỉ mất khoảng 10W khi xe hoạt động chiếu sáng so với 150W với phương thức chiếu sáng cũ. Điều này thật sự hữu ích vì hiệu quả mà nó mang lại là rất rõ rệt, lượng xăng dành cho việc chiếu sáng được giảm đi đáng kể.

Trong danh mục chiếu sáng cho màn hình tinh thể lỏng (LCD), các nhóm ứng dụng LED là màn hình tivi, màn hình laptop, màn hình desktop... Samsung là nhà sản xuất đầu tiên trên thế giới áp dụng công nghệ LED vào tivi. Trong 70,8 tỷ đèn LED được xuất xưởng năm 2008, chiếu sáng cho tấm nền LCD khoảng 8 tỷ bóng, chiếm khoảng 11%. DisplaySearch dự báo tổng lượng đèn LED cho năm 2012 là 167 tỷ bóng, trong đó chiếu sáng cho LCD là 34 tỷ bóng, chiếm 34,7% thị phần toàn cầu về LED đến năm 2012.

Trong năm 2008, thị trường LED đạt 5,1 tỷ USD, trong đó ứng dụng trong lĩnh vực chiếu sáng trong điện thoại di động và thiết bị điện tử cầm tay là 43%. Công nghệ LED ứng dụng trong chiếu sáng màn hình và đèn hiệu là 17%. Trong lĩnh vực làm đèn chiếu sáng cho xe hơi, chiếm 15%. Đây thực sự là những thị trường đầy tiềm năng của công nghệ LED.

Việt Nam với vũ điệu sắc màu của LED

150 chiếc đèn sạc với bóng LED “made in Vietnam” đầu tiên đã được sản xuất thành công tại phòng thí nghiệm công nghệ nano LNT (đại học Quốc gia TP.HCM). Đây là những sản phẩm hoàn chỉnh đầu tiên ứng dụng công nghệ nano do Việt Nam sản xuất. Lô hàng đầu tiên có 4 model, với ký hiệu: SLL01, SLL02, SLL03 và SLL04. Mẫu đèn LED của LNT phát ánh sáng trắng với cường độ cao đủ dùng cho thắp sáng sinh hoạt, tuổi thọ 100.000 giờ. Những chiếc đèn LED màu trắng đầu tiên hiện đã được dùng trong chính các phòng nghiên cứu của LNT.

Không những chỉ chiếu sáng ở phòng thí nghiệm, công nghệ LED cũng đã bắt đầu bước chân ra khỏi phòng thí nghiệm. Ðiển hình là việc lắp đặt hệ thống đèn LED tại cầu sông Hàn và cầu Thuận Phước ở thành phố Ðà Nẵng. Bóng đèn chiếu sáng cho trụ cầu được tổ hợp từ các hệ thống ma trận đèn LED nhỏ. Hệ thống đèn LED lắp trên thành cầu có thân bằng nhôm, sử dụng kính chịu nhiệt. Mỗi bộ đèn có công suất tiêu thụ chỉ 25W, ánh sáng phát ra có thể đưa xa đến khoảng cách 20m. Ðây là công nghệ lần đầu được ứng dụng trong chiếu sáng công trình công cộng ở Việt Nam.

Mỗi đêm, LED đều thắp sáng mình và thắp sáng những ước mơ bằng những vũ điệu sắc màu kỳ diệu.

Tương lai tươi sáng cho OLED

Bên cạnh công nghệ màn hình LCD đã tồn tại khá lâu, gần đây có công nghệ OLED đang nổi lên 7với các đại diện như AMOLED hay Super AMOLED… 26

Được xem là một sự chọn lựa tiếp theo và đã thu hút khá nhiều hãng sản xuất màn hình nhảy vào cuộc.

Nếu màn hình điện thoại thông minh (smartphone) bạn vừa mới mua trông bóng bẩy, màu sắc tươi sáng cho cảm giác thật hơn thì đích thị smartphone đó không thể là màn hình LCD. Đơn cử, một số dòng điện thoại như Samsung Galaxy S, Google Nexus S và HTC Droid Incredible hiện dùng màn hình dựa vào công nghệ diode phát quang hữu cơ ma trận động (AMOLED - Active-matrix organic light-emitting diodes). Đây là công nghệ màn hình cho màu sắc rõ nét với độ tương phản cao, mỏng hơn, nhẹ hơn và chỉ tốn cỡ 1/4 năng lượng so với dạng màn hình LCD ma trận động có đèn phía sau (backlit).

Theo công ty nghiên cứu thị trường DisplaySearch, OLED đã xuất hiện hơn một thập niên nhưng chỉ thật sự cất cánh trong vài năm trở lại đây. OLED cũng chỉ tập trung ở các loại thiết bị nhỏ gọn như điện thoại di động, máy tính bảng… với màn hình có kích thước nhỏ. Khoảng hơn 40 triệu điện thoại màn hình OLED ma trận động đã được xuất xưởng vào năm ngoái và dự đoán số lượng này sẽ còn tiếp tục gia tăng trong năm nay.

Một số nhà phân tích nhận định, công nghệ màn hình OLED đã sẵn sàng bùng nổ bất cứ lúc nào ở thị trường điện thoại di động và đang dần thâm nhập vào máy tính bảng (tablet) cho đến TV… Và nếu số lượng nhu cầu về OLED tăng cao, các nhà sản xuất có thể giảm được chi phí vì hiện tại màn hình OLED vẫn còn đắt hơn so với màn hình LCD. Công nghệ OLED cũng có một số thuộc tính thú vị khác: Màn hình có cấu tạo bằng nhựa dẻo nên rất khó bẽ gãy hay dễ vỡ. Thế hệ mới của màn hình công nghệ OLED sẽ nhẹ hơn, dẻo hơn và có thể cuộn tròn.

Janice Mahon, Tổng giám đốc của UDC chuyên cung cấp OLED, cho biết thời gian phản ứng của điểm ảnh ở công nghệ OLED là một vài phần triệu của giây nếu không muốn nói là nhanh hơn gấp hàng ngàn lần công nghệ LCD. Trong lúc đó, thời gian phản ứng của LCD dao động từ 2 đến 30 phần nghìn giây. Đơn vị này càng nhỏ thì chất lượng ảnh càng tốt.

Các nhà sản xuất như Samsung, LG và AUO cũng đang chạy nước rút để sản xuất màn hình OLED thế hệ mới nhằm mở rộng quy mô sản xuất các loại màn hình có kích cỡ dành cho thị trường TV. Chẳng hạn, vào năm 2008, Sony đã giới thiệu chiếc TV XEL-1 kích cỡ 11” sử dụng công nghệ OLED, nhưng với giá khá đắt khoảng 2.499 USD nên cũng không thu hút được nhiều người tiêu dùng. Vào năm ngoái, Sony đã đột ngột tuyên bố thu hồi chiếc TV XEL-1 ra khỏi thị trường. Tuy nhiên những nhà sản xuất khác vẫn tiếp tục đẩy mạnh sản xuất OLED, ví dụ Samsung đã vừa trình làng chiếc TV 31” với công nghệ OLED.

Theo DisplaySearch, toàn bộ thị trường màn hình OLED đã phát triển nhanh như tên lửa, chỉ tính từ năm ngoái doanh số màn hình OLED ở tất cả kích cỡ đã đạt 1 tỷ USD, tức tăng 20% so với năm 2009 và dự báo sẽ cán mức 80 tỷ USD vào năm 2017. Công ty nghiên cứu thị trường iSuppli, cho biết hiện tại Samsung đang chiếm phần lớn thị phần trong toàn bộ thị trường màn hình OLED, hầu hết tập trung vào các thiết bị màn hình nhỏ như smartphone. Samsung đã cung cấp gần 90% màn hình OLED tức khoảng 46 triệu màn hình được xuất xưởng vào năm ngoái.

Hầu hết các nhà sản xuất điện tử đều rất quan tâm đến công nghệ này, nhưng Samsung vẫn là nhà đầu tư mạnh nhất với kế hoạch xây dựng nhà máy sản xuất màn hình OLED ước tính khoảng 2 tỷ USD vào cuối năm nay. Dự án này của Samsung có thể xuất xưởng khoảng 700 triệu màn hình OLED vào năm 2015.

Một số nhà phân tích nhận định thế hệ kế tiếp của màn hình OLED sẽ không có kích cỡ sánh ngang với TV thông thường mà chỉ khoảng 5 đến 7”. Loại màn hình OLED của Samsung dự kiến ra lò vào cuối năm nay sẽ thích hợp cho các máy tính bảng như chiếc Galaxy Tab 7” của Samsung mà hiện sử dụng màn hình LCD. Tuy nhiên, DisplaySearch cũng chỉ ra thách thức là liệu các nhà sản xuất có thể khắc phục trở ngại trong việc sản xuất hàng loạt màn hình có kích thước lớn? Bởi vì ngay cả các màn hình OLED có kích cỡ dành cho smartphone thì chi phí sản xuất đã cao hơn khoảng 20 đến 50% so với LCD. Trong lúc đó, nếu là màn hình OLED cỡ 10”, chi phí có thể cao hơn 500%.

Theo Jennifer Colegrove, Phó chủ tịch phụ trách mảng công nghệ màn hình của DisplaySearch, nếu nhìn trong dài hạn thì công nghệ OLED tỏ ra rất có tiềm năng cạnh tranh vì cấu trúc hiển thị của OLED đơn giản hơn so với LCD. Hiện tại, thị trường màn hình OLED phẳng sẽ tập trung ở điện thoại di động và TV. Màn hình OLED dẻo vẫn trong giai đoạn nghiên cứu và sẽ được hiện thực hóa trong tương lai gần. DisplaySearch dự đoán các thiết bị tablet đầu tiên sử dụng công nghệ OLED sẽ thâm nhập thị trường khoảng cuối năm nay và ngay cả Apple cũng có thể chuyển theo hướng này.

Cùng với sự phát triển của điện thoại di động, tablet và các phiên bản hệ điều hành dành cho nền tảng di động đã khiến công nghệ màn hình cũng có dịp bứt phá cùng với xu hướng công nghệ mới. Công nghệ màn hình không còn bó hẹp ở TV, màn hình máy vi tính mà giờ đây những công nghệ màn hình như OLED, AMOLED, PMOLED (màn hình OLED ma trận thụ động)… đã dường như gắn liền với các thiết bị di động và hứa hẹn còn xuất hiện trên các thiết bị chuyên dụng khác nữa.