LED là viết tắt của từ Light Emitting Diode, nghĩa là các di-ot bán dẫn có khả năng phát ra ánh sáng. Hoạt động của Đèn LED dựa trên công nghệ bán dẫn. Trong khối điốt bán dẫn, electron chuyển từ trạng thái có mức năng lượng cao xuống trạng thái có mức năng lượng thấp hơn và sự chênh lệch năng lượng này được phát xạ thành những dạng ánh sáng khác nhau. Màu sắc của Đèn LED phát ra phụ thuộc vào hợp chất bán dẫn và đặc trưng bởi bước sóng của ánh sáng được phát ra. Năm 1907, di-ot bán dẫn có thể phát sáng đầu tiên được phát minh bởi nhà thí nghiệm người Anh có tên H.J. Round, tại phòng thí nghiệm Marconi. Khi đó tinh thể được ông lựa chọn thí nghiệm đó là SiC. Tuy nhiên thời điểm đó vật liệu này không cho ra được ánh sáng đủ mạnh để thay thế được đèn sợi đốt cũng như giá thành cao. Nó đã được chuyển hướng nghiên cứu sang các ứng dụng sử dụng sử dụng tia hồng ngoại phát ra từ đèn Led. Điển hình như các máy chiếu tia hồng ngoại trong y tế.

Mãi đến năm 1972, George chính là người phát minh ra bóng đèn LED tròn phát ra ánh sáng màu vàng, với cường độ chiếu sáng gấp 10 lần so với bóng đèn có ánh sáng màu đỏ và màu cam. Cũng trong năm 1972, T.P Pearsall tiếp tục phát minh ra led cho hiệu suất ánh sáng cao bằng sợi quang và giữ vai trò quan trọng trong lĩnh vực thông tin liên lạc.

LED ra đời với mục đích ban đầu, chính là làm các đèn chỉ thị thay thế cho các loại đèn trước đây như bóng đèn sợi đốt, đèn nê- ông, và màn hình bảy đoạn màu. Ban đầu, các sản phẩm được sản xuất trong các phòng thí nghiệm với giá cả rất đắt đỏ. Sau này thì bóng LED dần phát triển, để cho ra các dòng sản phẩm thông dụng hơn. Tuy nhiên, sự phát triển của nó càng ngày càng lớn và được ứng dụng nhiều hơn.

Ngày nay, công nghệ LED hầu như đã được thay thế trong các sản phẩm đèn chiếu sáng khác nhau. Từ những loại đèn phổ thông như bóng đèn led bulb, đèn tuýp, đèn trần,... cho đến những loại đèn đặc trưng như đèn đường, đèn nhà xưởng,...

Khó khăn nhất của công nghệ đèn Led là tạo ra loại Led sáng trắng, và cho đến nay có 4 phương pháp tạo ra ánh sáng trắng như sau:

1. Phương pháp trộn màu, đem tổ hợp các LED màu đỏ, màu xanh và xanh lá cây (green) theo một tỷ lệ nhất định về số lượng và độ sáng. Tối thiểu phải dùng 2 loại LED (xanh và vàng), nhưng cũng có thể dùng 3 loại (đỏ, xanh, xanh lá cây) hay 4 loại (đỏ, xanh, xanh lá cây, vàng).

2. Phương pháp biến đổi bước sóng, đặt LED màu xanh trong một hệ có chứa phốtpho chuyển đổi màu, biến một phần ánh sáng xanh ra màu đỏ và màu lá cây, làm cho mắt người cảm nhận thấy ánh sáng hỗn hợp tạo ra là màu trắng. Đơn giản nhất là sử dụng LED màu xanh với phốt pho màu vàng: cho ánh sáng xanh của LED kích thích một chất phốt pho có khả năng tái bức xạ ra màu vàng. Hỗn hợp ánh sáng xanh và vàng theo một tỷ lệ nào đó sẽ cho ra ánh sáng tựa như màu trắng. Nếu muốn có màu trắng thật hơn thì dùng LED màu xanh với nhiều loại phốt pho tái bức xạ ra những màu khác nhau, ánh sáng hỗn hợp tao ra có phổ tần phong phú và rộng hơn, nhưng giá thành cũng cao hơn. Cũng có thể dùng LED cực tím với các phốt pho tái bức xạ màu đỏ, xanh, xanh lá cây, khi đó ánh sánh hỗn hợp (theo một tỷ lệ nhất định) là màu trắng với phổ tần phong phú và rộng nhất.

3. Phương pháp LED màu xanh kích thích các điểm quang tử (quantum dot): đem bọc đầu LED màu xanh bằng một lớp siêu mỏng những tinh thể nano chứa 33 hoặc 34 cặp nguyên tử (thường là Cadmium và Selenium). Ánh sáng xanh kích  thích các điểm quang tử sẽ tạo ra được ánh sáng hỗn hợp màu trắng, có phổ tần tương tự LED cực tím với các loại phôtpho đã nói ở trên.

4. Phương pháp homoepitaxial ZnSe: hãng Sumitomo Electric (Nhật bản) dùng công nghệ homoepitaxial cấy LED xanh trên một lớp nền ZnSe, để vùng hoạt tính phát ra ánh sáng xanh còn vùng nền phát ra ánh sáng vàng. Ánh sáng hỗn hợp có màu trắng với phổ tần tương tự LED cực tím và các phốt pho, nhưng vì không dùng phốtpho nên hiệu suất phát ánh sáng trắng cao hơn.

Nguyên lý hoạt động của Led

Giống như những điốt thông thường, Đèn LED bao gồm hai lớp bán dẫn loại p và n ghép vào nhau. Khối bán dẫn loại p(anốt) chứa nhiều lỗ trống có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối bán dẫn loại n(catốt), cùng lúc khối bán dẫn loại p lại nhận các electron từ khối bán dẫn loại n chuyển sang. Kết quả là hình thành ở khối p điện tích âm và khối n điện tích dương.

Ở bề mặt tiếp giáp giữa hai khối bán dẫn, các electron bị các lỗ trống thu hút và có xu hướng tiến lại gần nhau, kết hợp với nhau tạo thành các nguyên tử trung hoà. Quá trình này giải phóng năng lượng dưới dạng các photon ánh sáng.

Bước sóng của ánh sáng phát ra phụ thuộc vào cấu trúc của các phân tử làm chất bán dẫn. Nếu bước sóng này nằm trong dải bước sóng từ vùng hồng ngoại đến vùng tử ngoại, mắt chúng ta có thể cảm nhận được màu sắc của ánh sáng đó.

=> Như vậy độ bền và chất lượng ánh sáng của đèn Led phụ thuộc vào chất liệu làm lớp bán dẫn đi ốt phát quang và công nghệ phương pháp sản xuất đèn Led của mỗi hãng. Đó là lý do vì sao giá của các loại đèn Led trên thị trường hiện nay có những loại chênh nhau cả chục lần. Đi kèm với đó là chất lượng ánh sáng cũng như độ bền của đèn sẽ khác nhau. Do đó bạn hãy chọn cho mình một loại đèn với chất lượng và khoảng giá phù hợp để sử dụng nhé.

=> Xem thêm bài viết : Đèn âm trần đẹp bền