by 
Đèn thả chùm dùng OLED
Trong một bài viết trước ta đã thấy dùng OLED (organic light emitting diode - điốt phát sáng hữu cơ hay LED hữu cơ) để làm màn hình, màn hình sáng đẹp hơn, nhìn nghiêng vẫn thấy rõ, ít tiêu hao năng lượng, có ưu điểm vượt trội so với màn hình LCD.
Nhưng OLED không phải chỉ được dùng để làm màn hình. OLED thực sự đã tạo nên một cuộc cách mạng trong chiếu sáng. Cách đây không lâu, người ta nói rằng LED tạo nên một cuộc cách mạng trong kỹ thuật chiếu sáng, vậy sao nay lại nói OLED tạo nên cuộc cách mạng?
Ta biết rằng LED làm từ tinh thể bán dẫn hợp chất, thường là AsGa. (arsenic-gali). Bằng kỹ thuật vi điện tử, người ta pha tạp rất tinh vi để tạo ra trên bán dẫn lớp tiếp xúc p-n ở gần bề mặt. Khi tác dụng hiệu thế lên tiếp xúc p-n theo chiều thuận (cực âm nối với n, cực dương nối với p), điện tử bị đẩy chạy lại gặp lỗ trống, tái hợp với lỗ trống ở ngay cùng có tiếp xúc p-n. Khi tái hợp, tức là khi điện tử nhảy vào lỗ trống để thành nguyên tử trung hoà, có ánh sáng phát ra (photon), đó là ánh sáng của đèn LED. Cách phát sáng bằng LED rất tiết kiệm về năng lượng, là cách thắp sáng tiết kiệm điện nhất.
Ưu điểm của thắp sáng bằng LED ai cũng thấy rõ. Tuy nhiên có một nhược điểm quan trọng. Đó là do phải chế tạo lớp bán dẫn có tiếp xúc p-n rất tinh vi không thể làm trên diện tích lớn được nên mỗi đèn LED chỉ rất sáng ở một điếm nhỏ. Muốn có một diện tích sáng rộng nhìn vào ít chói, phải ghép nhiều LED, phải dùng chao đèn, tấm chắn mờ v.v... Tiết kiệm điện thật nhưng vẫn còn bất tiện khi mắt người quen với ánh sáng thiên nhiên. Có cách thắp sáng nào cũng tiết kiệm điện nhưng thuận tiện hơn, mỹ thuật hơn không? Câu trả lời hiện nay là có: thắp sáng dựa trên OLED. Ta biết rằng OLED gần đây phát triển rất mạnh là nhờ thành công về nghiên cứu polyme dẫn điện một lĩnh vực kết hợp rất chặt chẽ giữa hoá và lý, đã có nhiều giải nobel được trao tặng.
Các chất bán dẫn đều là rắn, có cấu trúc tinh thể, nghĩa là các nguyên tử, phân tử sắp xếp rất có trật tự, có tính tuần hoàn. Trên cơ sở này từ những năm 1950 đã phát triển lý thuyết chất rắn, từ đó vận dụng cho chất bán dẫn, làm ra điót, tranzito, LED v.v...
Các chất polyme còn gọi là cao phân tử có cấu trúc là những phần tử lớn dài, mềm hơn chất rắn và dễ tạo thành tấm mỏng mềm mại, trong suốt. Nhưng polyme không dẫn điện như điện tử hoặc lỗ trống có thể chuyển động dễ dàng trong đó. Chính các nhà khoa học Nhật Bản đã tìm được cách cắt đứt một số liên kết hoá học trong các đại phân tử để làm cho polyme có thể dẫn điện bằng điện tử (loại n) hoặc dẫn điện bằng lỗ trống (loại p) tương tự như ở bán dẫn. Vì vậy các nhà khoa học đã chế tạo được LED làm từ chất hữu cơ polyme, gọi là OLED. Cấu tạo đơn giản nhất của một OLED như hình vẽ ở hình 1.
Hình 1. Cấu tạo của OLED
1. Lớp điện cực catôt 2. Lớp phát xạ (lớp n)
3. Điện tử gặp lỗ trống phát ra photon
4. Lớp dẫn (p) 5. Lớp điện cực anôt
Hình 2. Đèn chùm OLED
Ở hình vẽ, 1 là điện cực goi là catốt, nối với điện thế âm. Vật liệu của điện cực có thể làm bằng ITO là vật liệu trong suốt dẫn điện. 2 là lớp phát thực sự là lớp polyme dẫn điện loại n, có nhiều điện tử có thể chuyển động dưới tác dụng điện trường. Lớp 4 là lớp dẫn, thực sự là lớp polyme dẫn điện loại p. 5 là lớp điện cực gọi là anốt để nối với cực dương. Có thể để chắc chắn dễ thao tác hơn, tất cả được dán lên một tấm giá đỡ bằng thuỷ tinh hoặc tấm nhựa mỏng trong suốt. Khi nối với hiệu thế cỡ vài ba vôn, cực dương nối với anôt, cực âm nối với catốt điện tử có thể chạy gặp lỗ trống và phát ra ánh sáng như vẽ ở hình 3. Đèn do hãng Toshiba chế tạo cung cấp cho vùng bị sóng thần ngày 11/3 ở Nhật. Độ sang 53 lumen, pin nạp thắp sáng được 20 giờ.
Hình 3. Đèn OLED cầm tay khi mất điện.
Đèn do hàng Toshiba chế tạo cung cấp cho vùng bị sóng thần ngày 11/3 ở Nhật.
Độ sáng 53 lumen, pin nạp thầp sáng được 20 giờ.
Với cấu tạo như nói trên, tất cả các lớp của OLED có thể dày dưới milimét, phát ra ánh sáng toả về một bên hoặc cả hai bên, diện tích của tấm OLED có thể nhỏ, to tuỳ ý. ở đây không cần phải nuôi tinh thể mà có thể tạo các lớp bằng cách phun, phủ, thậm chí in như in mực lên báo.
Ở LED ánh sáng phát ra từ một điểm nhỏ, phải pha tạp bán dẫn rất công phu mới có được một màu mong muốn, mỗi LED chỉ cho được một màu. Để có được một màu tuỳ ý, phải tạo ra ánh sáng với ba màu cơ bản đỏ, lục, lam - RGB (red, green, blue) rồi trộn ba màu đó lại theo tỉ lệ thích hợp. Việc trộn ánh sáng màu từ các nguồn sáng điếm như LED là rất khó khăn, không đều.
Vì vậy để có LED phát ra ánh sáng trắng phải dùng LED gốc là LED phát ra màu xanh (B-blue) phía trên có phủ một lớp phốt pho để ánh sáng xanh kích thích cho ra hai màu đỏ (R- Red) và lục (G - Green), cả ba màu đó cộng lại mới có được ánh sáng trắng.
Ở OLED việc tạo màu thuận lợi hơn. Có thể pha tạp chất polyme để có được màu đỏ, màu lục, màu lam riêng biệt và pha trộn chúng bằng cách chồng chất các tấm polyme một cách thích hợp. Khác với LED, ở OLED dễ pha tạp vào các chất polyme để ánh sáng phát ra có màu này hay màu khác. Nhưng chủ yếu phải là ba màu chính đỏ (Red) Lục (Green) và Lam (Blue) để pha trộn lại có màu trắng (White).
Đèn chiếu sáng trang trí OLED ngày một thịnh hành.
Có thể kể đến những ưu điểm sau đây của OLED so với LED trong sử dụng để chiếu sáng.
1. Ánh sáng phát ra là do cơ chế điện tử bị đẩy vào lỗ trống, rất tiết kiệm điện. Về mặt tiết kiệm điện thì giữa LED và OLED không phải khác nhau nhiều.
2. Ở OLED ánh sáng là từ một điện tích phát ra, ở LED ánh sáng phát ra từ một điểm nhỏ. Đây là ưu điểm cơ bản, chưa có đèn nào có thể sánh kịp.
3. Có thể chế tạo OLED rất mỏng, từ vài trăm micromet đến một vài milimet. Bản chất của OLED là được cấu tạo từ các lớp chất hữu cơ nên có thể đảm bảo yêu cầu trên.
Có thể so sánh với cách chiếu sáng bằng LED để thấy cách chiếu sáng bằng OLED có những ưu điểm sau:
1. Ánh sáng ở OLED phát ra cũng là do cơ chế điện tử lấp vào lỗ trống như ở LED. về mặt tiết kiệm, ít tiêu hao năng lượng thì chiếu sáng bằng OLED có tiết kiệm hơn nhưng không phải là có ưu điểm quá vượt trội.
2. Ở OLED dễ dàng tạo ra ánh sáng phát ra từ một diện tích lớn, từ vài chục đến vài chục nghìn centimet vuông. Đây là ưu điểm hơn hẳn LED vì LED chỉ là nguồn sáng điểm, sáng chói nhưng chỉ ở một diện tích rất nhỏ. Vì vậy đèn bằng OLED có thể không cần chao, chụp, có khi như cửa sổ chiếu ánh sáng như ánh sáng Mặt Trời.
3. OLED có thể làm rất mỏng chỉ là một tấm rộng tuỳ ý nhưng dày chỉ một vài milimét.
Tấm OLED có thể hắt ra ánh sáng về một phía để ốp vào tường.
Cũng có thể làm OLED trong, lúc không làm việc ánh sáng mặt trời xuyên qua được đến 30 - 40%. Nhưng khi không có ánh sáng Mặt Trời (ban đêm) cho OLED hoạt động ánh sáng toả ra to, rộng như là ánh sáng mặt trời đến vậy.
4. Màu sắc của ánh sáng do OLED tạo ra dễ điều khiển khi chế tạo cũng như có thể làm thay đối khi sử dụng (điều khiển nguồn điện cung cấp cho OLED).
5. Dễ dàng tạo OLED theo cac kỹ thuật phun, phủ, in lên bề mặt... Người ta đã phủ OLED lên sợi vải và dệt thành vải để may đồ trang sức. Người mặc vải phát sáng OLED có thể điều khiển để màu sắc áo quần mình mặc thay đổi phù hợp với những diễn cảm mình mong muốn. Vấn đề còn tồn tại hiện nay là OLED chưa thật bền, dùng được lâu như LED đặc biệt là OLED màu xanh. Tuy nhiên tồn tại này đang được khắc phục nhanh chóng bằng công nghệ cao và cuộc cách mạng về chiếu sáng bằng OLED đang được lan rộng.
Tác giả: Nguyễn Xuân Chánh
0 comments: