Ánh sáng đèn là một phát minh vĩ đại, lần đầu tiên nhân loại phát minh ra ánh sáng đèn là vào năm 1800. Bắt đầu từ đèn sợi đốt, sau đó phát triển thêm đèn Huỳnh Quang vào năm 1937, và lần đầu tiên đèn LED được phát minh vào năm 1907. Thật kỳ diệu vì đây là những phát minh mang tầm ảnh hưởng lớn đến đời sống, xã hội loài người và là những cú hích tích cực đối với nền công nghiệp, sản xuất toàn thế giới.

Vậy ánh sáng các loại đèn được tạo ra như thế nào? Thật đáng để tìm hiểu phải không nào? Chúng ta cùng đọc tiếp bài viết để hiểu rõ hơn sự tạo thành của ánh sáng của các loại đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang và đèn LED nhé!

Đèn Sợi Đốt

Sơ lược lịch sự hình thành đèn sợi đốt

Đèn điện lần đầu tiên được phát minh ra năm 1880, trong quá trình nghiên cứu cho đến năm 1879 thì bằng phát minh đèn sợi đốt được trao chính thức cho nhà khoa học Edison.

Đèn sợi đốt có cấu tạo khá đơn giản gồm: Sợi đốt, bóng thủy tinh và đuôi đèn.

 - Sợi đốt làm bằng Vonfram, chịu được nhiệt độ cao, có chức năng biến nhiệt năng thành quang năng.

 - Đèn được làm bằng thủy tinh chịu nhiệt, chịu được nhiệt độ cao và bảo vệ sợi đốt.

 - Đuôi đèn (đuôi xoáy E27 hoặc E14 và đuôi ngạnh B22) được làm bằng nhôm hoặc sắt tráng kẽm gắn chặt với bóng thủy tinh, có chức năng nối với mạch cung cấp điện cho đèn hoạt động.

Đặc điểm của đèn sợi đốt: phát ra ánh sáng liên tục nên không gây mỏi mắt, hiệu suất phát quang thấp do đó không tiết kiệm điện năng, tuổi thọ thấp.

Hiện nay đèn sợi đốt có hai loại: loại chứa khí trơ và loại chứa khí Halogen. Bóng đèn chứa khí trơ là loại đèn sợi đốt thông thường. Dòng sợi đốt khí trơ có đặc điểm là bầu đèn lớn, vỏ thủy tinh rất nhanh bị đen trong quá trình sử dụng, công suất và tuổi thọ đều thấp (tầm 1000 giờ).

Bóng đèn khí halogen cũng là một loại đèn sợi đốt nhưng trong bóng, ngoài khí trơ còn có thêm khí thuộc nhóm halogen (iốt, brôm), khắc phục được tình trạng bóng đèn bị đen do kim loại Vonfram bốc hơi ở nhiệt độ cao tích tụ dần trên thành bóng. So với đèn sợi đốt thông thường, với cùng công suất và tuổi thọ, đèn halogen có kích thước bé hơn, hiệu suất phát sáng cao hơn và độ ổn định quang thông tốt hơn, được chế tạo với công suất từ vài W đến vài chục KW, dùng để chiếu sáng ngoài trời, trường quay, trong máy sao chụp và máy chiếu. Tuổi thọ của đèn Halogen tầm 2000 giờ đến 3000 giờ.

Ánh sáng đèn sợi đốt được tạo ra như thế nào?

Khi có dòng điện đi qua, dây tóc Vonfram của bóng đèn sẽ nóng đỏ lên và phát ra ánh sáng. Tuy nhiên, phần lớn điện năng đi qua bóng đèn chuyển thành nhiệt năng, chỉ 5% chuyển hóa thành quang năng. Do đó, đèn sợi đốt gặp một vấn đề rất nghiêm trọng – tốn điện. Đây chính là bất lợi của đèn sợi đốt, từ đó tạo cú hích cho sự phát minh ra các dòng đèn khác tiên tiến hơn.

Đèn Huỳnh Quang

Sơ lược lịch sự hình thành đèn huỳnh quang

Đèn huỳnh quang được công bố năm 1937 tại New York và được thương mại hóa năm 1938. Đèn huỳnh quang thuộc loại nguồn sáng phóng điện áp suất thấp, ánh sáng được phát ra bởi bột huỳnh quang sau khi chúng được kích thích bằng các tia cực tím phát ra bởi sự phóng điện của hơi thủy ngân.

Cấu tạo của đèn huỳnh quang: Đèn huỳnh quang gồm điện cực Vofram có dạng lò xo xoắn, nối ra ngoài qua chân đèn và bên trong vỏ đèn phủ một lớp bột huỳnh quang (hợp chất chủ yếu là photpho). Nhà sản xuất sẽ bơm vào bên trong đèn một ít hơi thủy ngân và khí trơ (neon, argon…) để tăng độ bền của điện cực và tạo màu cho ánh sáng.

Đặc điểm đèn huỳnh quang: Đèn huỳnh quang khi phát sáng có hiện tượng nhấp nháy khi tần số dưới 50Hz, cần mồi phóng điện là chấn lưu (tắc te), tuổi thọ cao khoảng 8000 giờ, hiệu suất phát quang cao từ 20-25%. Tiết kiệm điện hơn 4 lần so với đèn sợi đốt.

Ngoài ra, đèn huỳnh quang có độ trễ ngắn khi bật, sự chậm trễ này thường do lỗi của máy biến áp hoặc chấn lưu. Việc bật tắt đèn làm giảm tuổi thọ đèn nhanh chóng. Đèn thường bị đen đầu khi sử dụng một thời gian.

Ánh sáng đèn huỳnh quang được tạo ra như thế nào?

Khi đóng công tắc, toàn bộ điện áp đặt vào tiếp điểm của tắc te làm xảy ra phóng hồ quang trong chấn lưu. Thanh lưỡng kim của tắc te sẽ biến dạng do nhiệt dẫn đến tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh mạch kín dòng điện chạy trong mạch đốt nóng các điện cực. Hồ quang mất, thanh lưỡng kim nguội đi dẫn đến mở mạch, từ đó tạo nên quá điện áp cảm ứng (do chấn lưu) làm xuất hiện hiện tượng phóng điện qua chất khí bên trong đèn.

Hiện tượng phóng xạ điện phát ra nhiều tia tử ngoại, các tia này kích thích bột huỳnh quang làm phát ra các bức xạ ánh sáng. Thủy ngân bốc hơi, hơi thủy ngân duy trì hiện tượng phóng điện tạo sự va chạm của các electron và khí trơ bên trong đèn, từ đó tạo ra ánh sáng.

Khoảng 15% lượng khí thải bị mất do sự tiêu hao năng lượng và nhiệt. Mặc dù hầu hết bức xạ tia cực tím nằm trong bóng đèn, nhưng một số khác lại thoát ra ngoài môi trường có khả năng gây nguy hiểm.

Đèn LED

Sơ lược lịch sử hình thành đèn LED

Đèn LED trong có vẻ như là một công nghệ mới, nhưng chúng được phát hiện và nghiên cứu phát triển hơn trăm năm qua, mở đường cho sự phát triển mạnh mẽ LED như này nay. Bạn có biết đèn LED lần đầu tiên được phát hiện và nhắc đến năm 1907 bởi kỹ sư người Anh Captain Henry Joseph Round và sau đó được thương mại hóa qua nhiều cột mốc lịch sử cho đến hôm nay – thời kỳ đỉnh cao của LED.

Cấu tạo của đèn LED

Nhìn chung, đèn LED có nhiều ứng dụng chiếu sáng trong các khu vực khác nhau. Do đó cấu tạo của mỗi mẫu đèn sẽ khác nhau. Nhưng về cơ bản, trong một bộ đèn LED phải có clip LED, mạch in, Driver và vỏ đèn để tản nhiệt và bảo vệ các bộ phận nhỏ bên trong.

Đặc điểm của đèn LED

 - Ánh sáng đèn LED phát ra liên tục và không bị nhấp nháy như đèn huỳnh quang. LED hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn, không nhạy cảm với nhiệt độ thấp và không bị ảnh hưởng khi bị bắt tắt thường xuyên. Điều này làm cho chúng an toàn hơn, hiệu quả hơn trong môi trường lạnh (đèn ngoài trời, đèn tủ lạnh và đèn kho lạnh) và tốt hơn cho các ứng dụng đòi hỏi phải thường xuyên chuyển mạch và tắt đèn.

 - Đèn LED tiết kiệm điện hơn đèn sợi đốt 20 lần. Độ bền cao và ánh sáng phát ra mạnh hơn so với các loại đèn sợi đốt và huỳnh quang nhiều lần. Tuổi thọ đèn LED thường từ 25000 giờ đến 100000 giờ, nhưng nếu nhiệt độ cao và dòng tiêu thụ cao thì tuổi thọ sẽ bị giảm.

 - Hơn nữa, đèn LED có hiệu suất chuyển đổi điện năng thành quang năng cao hơn so với các đèn khác tới 80%, do đó ánh sáng phát ra mạnh mẽ, hiệu quả và rất tiết kiệm điện.

 - Chỉ số hoàn màu của đèn LED rất cao, do đó ánh sáng sẽ mang lại sự trung thực trong hình ảnh và được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất.

Ánh sáng đèn LED được tạo ra như thế nào?

Đèn LED có cấu tạo bao gồm một cực âm và một cực dương được tách ra bởi một khối bán dẫn tại trung tâm. Khối bán dẫn này được ghép bởi 2 loại P và N. Toàn bộ được đặt trong một vỏ nhựa, có tác dụng như một lăng kính để định hướng ánh sáng phát ra ngoài.

Cụ thể nguyên lý phát sáng của đèn LED như sau:

Khối bán dẫn 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 chuyển 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 2 bên mặt tiếp giáp, một số diện tử bị lổ 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 bức xạ điện từ có bước sóng gần đó)

Từ đó đèn led sẽ sáng và trình tự đó lặp đi lặp lại liên tục.