Đèn chiếu sáng LED

Đèn LED, còn gọi là bóng đèn LED (tiếng Anh: LED lamp), là loại đèn điện được dùng trong chiếu sáng, tạo ánh sáng bằng một hoặc nhiều diode phát quang (LED). So với đèn sợi đốt, đèn LED có tuổi thọ dài hơn nhiều lần và hiệu quả hơn so với hầu hết đèn huỳnh quang; một số nhà sản xuất như Cree tuyên bố chip LED có hiệu suất chiếu sáng lên đến 303 Lumen trên Watt (lm/W). Tuy nhiên, hiệu suất thực tế của đèn LED có thể thấp hơn do mạch điều khiển LED điện tử trong đèn. Đèn LED thương mại hiện tại đạt hiệu suất khoảng 200 lm/W.

Dự báo thị trường đèn LED sẽ tăng trưởng gần gấp 4 lần trong 10 năm tới, từ 67,6 tỷ đô la năm 2019 lên 262,8 tỷ đô la năm 2030, với tỷ lệ tăng trưởng hàng năm (CAGR) là 12,9%. Đến năm 2016, nhiều bóng đèn LED tiêu thụ chỉ khoảng 10–25% năng lượng so với đèn sợi đốt và bền hơn gấp 25 lần.

Giống như đèn sợi đốt (và khác với đèn huỳnh quang), đèn LED đạt độ sáng tối đa ngay lập tức mà không cần thời gian khởi động. Việc bật và tắt thường xuyên không ảnh hưởng đến tuổi thọ của đèn như với đèn huỳnh quang. Công suất ánh sáng giảm dần theo tuổi thọ hoạt động của đèn LED.

Một số bóng đèn LED có thể thay thế trực tiếp cho đèn sợi đốt hoặc đèn huỳnh quang khi chúng bị hỏng. Trên bao bì, bóng đèn LED thường thể hiện công suất ánh sáng tính bằng Lumen (lm), công suất tiêu thụ tính bằng Watt (W), nhiệt độ màu tính bằng Kelvin (K), hoặc mô tả màu như 'trắng ấm', 'trắng mát' hoặc 'ánh sáng ban ngày', cũng như phạm vi nhiệt độ hoạt động, và đôi khi công suất tương đương với đèn sợi đốt cùng lumen.

Tính chất phát sáng có hướng của đèn LED ảnh hưởng đến thiết kế của sản phẩm. Một bóng đèn LED có thể cung cấp ánh sáng tương đương một bóng sợi đốt tiêu tốn điện năng gấp nhiều lần; tuy nhiên, trong hầu hết các hệ thống chiếu sáng, nhiều đèn LED được kết hợp để tạo ra đèn với chi phí thấp hơn và các đặc tính cải thiện như phân bố ánh sáng, tản nhiệt và chỉ số hoàn màu.

Đèn LED hoạt động với dòng điện một chiều (DC), trong khi nguồn điện chính thường là dòng điện xoay chiều (AC) và có điện áp cao hơn nhiều so với mức mà đèn LED có thể chịu. Vì vậy, bên trong đèn LED thường có mạch điện để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều phù hợp. Các mạch này thường bao gồm bộ chỉnh lưu, tụ điện, và có thể có các linh kiện điện tử khác như thiết bị điều khiển độ sáng. Trong các bóng đèn LED dây tóc, mạch điều khiển đơn giản hơn vì nhiều LED được nối tiếp, tổng điện áp hoạt động gần bằng điện áp nguồn. Đèn LED cần một hệ thống cung cấp điện (mạch điều khiển) để kết nối và điều khiển từ mạng điện chính. Dạng sóng của dòng điện có thể chứa nhiễu tùy thuộc vào công nghệ của đèn LED.

Lịch sử

Trước khi đèn LED ra đời, ba loại đèn phổ biến được sử dụng cho chiếu sáng trắng là:

• Đèn sợi đốt, tạo ánh sáng bằng dây tóc được đốt nóng bởi dòng điện. Loại đèn này có hiệu suất rất thấp, chỉ khoảng 10–22 lumen/Watt (lm/W) và tuổi thọ ngắn (khoảng 1.000 giờ). Đèn sợi đốt đang dần được thay thế trong các ứng dụng chiếu sáng. Chúng phát ra bức xạ vật đen liên tục giống như ánh sáng mặt trời, nên có chỉ số hoàn màu (CRI) cao.
• Đèn huỳnh quang, tạo ra ánh sáng tử ngoại bằng phóng điện giữa hai điện cực trong ống chứa hơi thủy ngân và argon, và ánh sáng khả kiến được tạo ra nhờ lớp phủ phosphor bên trong ống. Đèn này hiệu quả hơn đèn sợi đốt, với hiệu suất khoảng 40–100 lm/W và tuổi thọ từ 6.000–20.000 giờ. Đèn huỳnh quang tiết kiệm năng lượng hơn nhiều so với đèn sợi đốt và bền hơn gấp 20 lần. Tuy nhiên, hàm lượng thủy ngân trong đèn gây hại cho môi trường và cần xử lý như chất thải nguy hại.
• Đèn halogen kim loại (metal-halide lamp), tạo ra ánh sáng bằng hồ quang giữa hai điện cực trong không gian chứa argon, thủy ngân và các kim loại khác, iod hoặc brom. Đây là loại đèn trắng hiệu quả nhất trước khi đèn LED xuất hiện, với hiệu suất khoảng 80–115 lm/W và tuổi thọ khoảng 6.000–10.000 giờ. Tuy nhiên, đèn halogen kim loại cần thời gian khởi động từ 5–7 phút và thường được sử dụng cho chiếu sáng công nghiệp và thương mại, không phải chiếu sáng dân cư. Giống như đèn huỳnh quang, đèn halogen kim loại cũng chứa thủy ngân.

Từ góc độ chuyển đổi năng lượng điện, các loại đèn trên đều không hiệu quả vì chúng chuyển đổi năng lượng thành nhiệt thay vì ánh sáng. Vào năm 1997, hệ thống chiếu sáng toàn cầu tiêu thụ 2.016 nghìn tỷ Watt-giờ (W-h) năng lượng, tương đương với công suất của 1.000 nhà máy điện lớn. Ở các quốc gia công nghiệp phát triển, chiếu sáng chiếm khoảng 12% tổng năng lượng điện tiêu thụ. Việc khan hiếm năng lượng và chi phí môi trường cao để sản xuất điện, đặc biệt là sự ấm lên toàn cầu do khí CO2 từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch — nguồn điện chính — đã thúc đẩy việc phát triển các loại đèn tiết kiệm năng lượng hơn.

Bóng đèn LED công suất thấp đầu tiên xuất hiện vào đầu những năm 1960, chỉ phát sáng ở bước sóng đỏ với tần số thấp. Đến năm 1968, những đèn LED thương mại đầu tiên được giới thiệu, bao gồm màn hình LED của Hewlett-Packard, do Howard C. Borden, Gerald P. Pighini và kỹ sư Mohamed M. Atalla phát triển, cùng với đèn LED chỉ thị của Công ty Monsanto. Tuy nhiên, những đèn LED đầu tiên không hiệu quả và chỉ phát ánh sáng đỏ đậm, không phù hợp cho chiếu sáng thông thường; do đó, chúng chỉ được sử dụng trong màn hình số và đèn báo chỉ thị.

Đèn LED màu xanh lam công suất cao đầu tiên được giới thiệu bởi Nakamura Shuji của công ty Nichia Corporation vào năm 1994. Sự phát minh của đèn LED xanh lam và đèn LED hiệu suất cao đã dẫn đến việc tạo ra 'đèn LED trắng' (white LED) đầu tiên, sử dụng lớp phủ phosphor để chuyển đổi một phần ánh sáng xanh lam thành ánh sáng trắng bằng cách kết hợp tần số đỏ và xanh lục. Akasaki Isamu, Amano Hiroshi và Nakamura Shuji đã nhận giải Nobel Vật lý năm 2014 nhờ phát minh này.

Công nghệ

Đèn LED, thường được chế tạo từ các mô-đun LED gắn trên bề mặt (SMD), có thể thay thế các loại đèn sợi đốt với công suất từ 5 đến 200 watt.

Một điểm khác biệt nổi bật của đèn LED so với các nguồn sáng khác là khả năng phát ánh sáng có hướng. Ánh sáng từ đèn LED phát ra dưới dạng chùm tia hẹp hơn.

Đèn LED ánh sáng trắng

Các hệ thống chiếu sáng phổ biến thường yêu cầu ánh sáng trắng, mô phỏng bức xạ của vật đen ở nhiệt độ cụ thể, từ 'trắng ấm' như đèn sợi đốt với nhiệt độ màu 2700K, đến 'ánh sáng ban ngày' khoảng 6000K. Những đèn LED đầu tiên chỉ phát ra ánh sáng trong dải bước sóng rất hẹp, với màu sắc đặc trưng cho tần số năng lượng của vật liệu bán dẫn. Có hai phương pháp chính để tạo ánh sáng trắng từ đèn LED: kết hợp ánh sáng từ nhiều đèn LED có màu sắc khác nhau hoặc sử dụng lớp phủ phosphor để biến đổi ánh sáng thành các màu khác. Ánh sáng từ đèn LED có thể khác với ánh sáng từ đèn sợi đốt, và tính chất hoàn màu được đo bằng chỉ số hoàn màu (CRI). Tính đến năm 2019, phần lớn các bóng đèn LED có CRI khoảng 80, trong khi những loại đắt tiền hơn có CRI lên đến 95, với 100 là giá trị lý tưởng nhất.

Phương pháp đầu tiên để tạo ánh sáng trắng từ đèn LED là kết hợp ánh sáng từ nhiều đèn LED với các màu sắc khác nhau. Đèn LED ba màu, hay còn gọi là đèn LED RGB (Red–Green–Blue), sử dụng các chip LED phát ra ánh sáng đỏ, xanh lục và xanh lam. Sự kết hợp của ba màu này tạo ra ánh sáng trắng. Tuy nhiên, chỉ số hoàn màu (CRI) của loại đèn LED này thường thấp, từ 25 đến 65, vì dải bước sóng phát ra khá hẹp. Giá trị CRI có thể được cải thiện bằng cách sử dụng nhiều màu cơ bản hơn để bao phủ dải bước sóng rộng hơn.

Phương pháp thứ hai là sử dụng chip LED kết hợp với lớp phủ phosphor để tạo ra các màu bổ sung từ một đèn LED duy nhất. Một phần ánh sáng từ đèn LED bị hấp thụ bởi các phân tử phosphor phát sáng, tạo ra ánh sáng có màu khác qua hiện tượng dịch chuyển Stokes. Phương pháp phổ biến nhất là kết hợp đèn LED xanh lam với lớp phosphor vàng, tạo ra dải bước sóng màu xanh lam hẹp và dải bước sóng 'màu vàng' rộng bao phủ từ màu xanh lá cây đến màu đỏ. CRI có thể dao động từ dưới 70 đến hơn 90, mặc dù nhiều đèn LED thương mại trong loại này có CRI khoảng 82. Loại đèn này đã được cải thiện hiệu suất, với sản phẩm sản xuất đạt 150 lm/W vào năm 2017, vượt qua đèn LED ba màu.

Phosphor sử dụng trong đèn LED ánh sáng trắng có thể điều chỉnh nhiệt độ màu trong khoảng từ 2.200 K (tương đương với ánh sáng đèn sợi đốt mờ) đến 7.000 K hoặc cao hơn.

Đèn LED đổi màu

Hệ thống chiếu sáng có thể thay đổi màu sắc nhờ vào việc sử dụng các dãy đèn LED đa màu có thể điều khiển riêng biệt, hoặc qua các dãy đèn LED đơn lẻ theo màu hoặc đèn LED đa chip với các màu kết hợp và điều khiển ở cấp độ chip. Ví dụ, kết hợp các đèn LED trắng với các nhiệt độ màu khác nhau có thể tạo ra một đèn LED có khả năng giảm nhiệt độ màu khi giảm độ sáng.

Bộ điều khiển LED

Chip LED hoạt động với nguồn điện một chiều có điện áp ổn định, do đó đèn LED cần một mạch điện đặc biệt gọi là bộ điều khiển LED, hay còn gọi là 'bộ chuyển nguồn LED' (LED driver), để chuyển đổi dòng điện xoay chiều từ mạng điện chính thành dòng điện một chiều có điện áp không đổi.

Bộ điều khiển LED là thành phần thiết yếu của bóng đèn LED hoặc hệ thống đèn LED. Một bộ điều khiển LED chất lượng cao không chỉ kéo dài tuổi thọ của đèn mà còn cung cấp các tính năng như điều chỉnh và thay đổi độ sáng. Nếu bộ điều khiển không được thiết kế hoặc sử dụng đúng cách, nó có thể làm giảm tuổi thọ của đèn LED (hoặc gây hỏng ngay lập tức) và có thể dẫn đến hiện tượng nhấp nháy hoặc các vấn đề khác. Bộ điều khiển LED có thể được tích hợp bên trong bóng đèn hoặc thiết bị (loại tích hợp) hoặc được đặt ngoài (loại độc lập). Tùy theo ứng dụng, cần chọn bộ điều khiển LED phù hợp, như bộ điều khiển ngoài trời cho đèn đường, bộ điều khiển trong nhà cho đèn chiếu sáng, hoặc bộ điều khiển tuyến tính cho đèn bảng.

Nhiều nghiên cứu đã khảo sát các chỉ số chất lượng điện liên quan đến công suất chiếu sáng, với các mức điện áp và dạng sóng khác nhau. Việc kiểm tra sóng hài (harmonic limit check) được thực hiện cho thiết bị chiếu sáng loại C, và các yêu cầu của tiêu chuẩn IEC 61000-3-2 được áp dụng để đánh giá các thiết lập khác nhau của bộ điều khiển LED.

Kiểm soát nhiệt độ

So với các hệ thống chiếu sáng khác, đèn LED cần được giữ mát vì nhiệt độ cao có thể làm giảm tuổi thọ và hiệu suất ánh sáng. Mặc dù đèn LED ít tỏa nhiệt hơn các loại đèn thế hệ trước do không có hồ quang điện hay dây tóc wolfram, chúng vẫn có thể gây bỏng. Do đó, cần phải kiểm soát nhiệt độ của đèn LED công suất cao để giữ cho các mối nối điện của thiết bị gần với nhiệt độ môi trường. Nhiệt độ tăng sẽ làm tăng cường độ dòng điện, gây ra hiện tượng nóng lên và tiếp tục làm tăng cường độ cho đến khi đèn LED bị hư hỏng.

Với cùng mức công suất, đèn LED tiêu thụ ít điện năng hơn nhưng lại tạo ra nhiệt tập trung ở một khu vực nhỏ. Vì vậy, đèn LED cần hệ thống làm mát hiệu quả. Đèn LED thường được trang bị các bộ phận tản nhiệt như tấm tản nhiệt và cánh tản nhiệt bằng nhôm hoặc nhựa với hạt than chì. Đối với các đèn LED công suất cao dùng trong công nghiệp, thường có thêm quạt làm mát để duy trì hiệu suất và độ bền.

Trong một số trường hợp, đèn LED và các mạch điện được đặt trong bóng thủy tinh giống như bóng đèn sợi đốt truyền thống, nhưng với khí heli bên trong để hỗ trợ dẫn nhiệt, giúp làm mát đèn LED. Trong những trường hợp khác, đèn LED được gắn lên bảng mạch với mặt sau bằng nhôm. Mặt nhôm của bảng mạch này truyền nhiệt đến đế nhôm của đèn thông qua keo tản nhiệt, và đế được bao bọc bởi lớp vỏ nhựa melamine.

Sụt giảm hiệu suất

Hiện tượng 'sụt giảm hiệu suất' (efficiency droop) xảy ra khi hiệu suất chiếu sáng của đèn LED giảm khi cường độ dòng điện vượt quá hàng chục miliampe (mA). Thay vì gia tăng dòng điện, độ sáng thường được cải thiện bằng cách kết hợp nhiều bóng đèn LED trong một bộ đèn. Giải quyết vấn đề giảm hiệu suất giúp giảm số lượng đèn LED trong các bộ đèn LED gia đình, từ đó giảm đáng kể chi phí.

Khi đèn LED hoạt động ở cường độ dòng điện cao hơn, mặc dù kém hiệu quả hơn, nó cũng tạo ra nhiệt độ cao có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của đèn. Để cân bằng giữa công suất ánh sáng, hiệu quả và tuổi thọ, các đèn LED công suất cao trong ngành công nghiệp thường hoạt động ở cường độ 350 mA.

Ban đầu, người ta lo ngại rằng nhiệt độ cao có thể gây ra hiện tượng giảm hiệu suất ở đèn LED. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã chứng minh rằng mặc dù nhiệt độ cao có thể giảm tuổi thọ của đèn LED, nhưng lại có thể cải thiện hiệu suất của nó. Sự sụt giảm hiệu suất, được xác định vào năm 2007, là do hiện tượng tái tổ hợp Auger (tái hợp hạt mang), và một nghiên cứu năm 2013 đã xác nhận rằng chính tái tổ hợp Auger là nguyên nhân chính gây giảm hiệu quả.

Ứng dụng

Đèn LED không chỉ được dùng cho chiếu sáng thông thường mà còn cho các mục đích đặc biệt. Khi cần ánh sáng màu, đèn LED phát sáng màu sắc mà không cần bộ lọc để hấp thụ năng lượng. Đèn LED có thể thay thế toàn bộ thiết bị chiếu sáng cố định (như bảng đèn LED thay thế đèn huỳnh quang âm trần) hoặc các bóng đèn riêng lẻ (như ống đèn LED thay thế ống huỳnh quang trong đèn âm trần, hay đèn LED cao áp thay thế bóng đèn cao áp HID). Khi thay thế thiết bị chiếu sáng, nếu đèn LED hoặc bộ điều khiển LED gặp sự cố, cả bộ đèn phải được thay thế vì không thể sửa chữa từng đèn riêng lẻ, mặc dù bộ điều khiển LED có thể thay thế riêng biệt. Ngược lại, khi chỉ thay bóng đèn bằng đèn LED, chỉ cần thay bóng đèn mà không cần thay thiết bị chiếu sáng. Trong một số trường hợp, thay thế bóng đèn LED có thể yêu cầu loại bỏ chấn lưu (ballast) để kết nối trực tiếp với nguồn điện, trong khi một số loại bóng đèn LED khác hoạt động mà không cần thay đổi kết cấu thiết bị.

Đèn LED ánh sáng trắng có tuổi thọ và hiệu suất vượt trội (cung cấp công suất chiếu sáng cao hơn với cùng mức điện năng tiêu thụ) so với nhiều loại đèn khác khi được sử dụng ở nhiệt độ phù hợp. Nguồn sáng nhỏ gọn của đèn LED tạo sự linh hoạt trong thiết kế thiết bị chiếu sáng và khả năng kiểm soát phân phối ánh sáng với các tấm phản xạ hoặc thấu kính nhỏ. Kích thước nhỏ của đèn LED giúp kiểm soát phân bố ánh sáng theo không gian rất linh hoạt, đảm bảo lượng ánh sáng và phân bố không gian của mảng đèn LED mà không làm giảm hiệu quả.

Đèn LED sử dụng nguyên lý trộn màu để tạo ra nhiều sắc thái khác nhau bằng cách điều chỉnh tỷ lệ ánh sáng của các màu cơ bản. Điều này cho phép kết hợp đa dạng màu sắc trong một đèn LED khi sử dụng các bóng LED với màu sắc khác nhau. Khác với các công nghệ chiếu sáng khác, phát xạ của đèn LED có tính định hướng (hoặc ít nhất là tuân theo định luật phản xạ Lambert), điều này có thể là lợi thế hoặc bất lợi tùy theo nhu cầu sử dụng. Đối với những ứng dụng yêu cầu ánh sáng phân tán, thường dùng bộ khuếch tán hoặc nhiều nguồn sáng LED riêng biệt để phát sáng theo các hướng khác nhau.

Đèn LED cho mục đích dân dụng

Bóng đèn LED được sản xuất với các kiểu đế đèn và hình dạng bóng tiêu chuẩn, chẳng hạn như đế vặn Edison (E27), kiểu MR16 với đế hai chân hoặc GU5.3 (nắp hai chân) hoặc GU10 (đui đèn lưỡi lê). Chúng được thiết kế để tương thích với các mức điện áp cung cấp cho ổ cắm. Các bóng đèn này bao gồm mạch điều khiển để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều và chuyển đổi điện áp thành giá trị phù hợp, thường là nguồn cung cấp chế độ chuyển mạch.

Tính đến năm 2010, một số đèn LED đã có khả năng thay thế các bóng đèn công suất cao hơn; ví dụ, một nhà sản xuất cho biết đèn LED công suất 16 watt có thể phát sáng tương đương với đèn halogen 150 watt. Một bóng đèn sợi đốt tiêu chuẩn cung cấp ánh sáng với hiệu suất khoảng 14 đến 17 lumen/W, tùy thuộc vào kích thước và điện áp của nó. Theo tiêu chuẩn của Liên minh Châu Âu, một bóng đèn tiết kiệm năng lượng được xem như 'tương đương với đèn wolfram 60 watt' phải có công suất ánh sáng tối thiểu là 806 lumen.

Một số loại đèn LED có thể tương thích với bộ điều chỉnh độ sáng (dimmer) tương tự như đèn sợi đốt, mặc dù bộ điều chỉnh độ sáng cho đèn sợi đốt không phải lúc nào cũng phù hợp với đèn LED. Đèn LED thường phát ánh sáng theo hướng, khác với đèn dây tóc và đèn huỳnh quang phát sáng ra mọi hướng, giúp đèn LED tận dụng ánh sáng hiệu quả hơn và tiết kiệm năng lượng hơn. Đèn LED có tuổi thọ từ 30.000 giờ trở lên; tuổi thọ này có thể giảm nếu đèn hoạt động ở nhiệt độ cao hơn mức quy định. Đèn sợi đốt thường có tuổi thọ khoảng 1.000 giờ, và đèn huỳnh quang compact khoảng 8.000 giờ. Đèn LED giữ cường độ ánh sáng ổn định trong suốt thời gian sử dụng. Theo tiêu chuẩn Energy Star, đèn LED phải giảm không quá 10% sau 6.000 giờ hoạt động, với mức giảm tối đa là 15%. Các đèn LED trên thị trường hiện nay cung cấp nhiều tùy chọn về màu sắc. Mặc dù giá đèn LED cao hơn hầu hết các loại đèn khác – mặc dù đang giảm dần – nhưng nhờ vào hiệu suất cao hơn, tổng chi phí sở hữu của đèn LED (gồm giá mua, chi phí điện và thay bóng) lại thấp hơn.

Nhiều công ty hiện cung cấp đèn LED cho các mục đích chiếu sáng thông thường. Công nghệ đèn LED đang ngày càng cải thiện nhanh chóng; các loại đèn LED tiết kiệm năng lượng mới đã có mặt trên thị trường.

Tính đến năm 2016, đèn LED đã trở thành nguồn sáng chính tại Hoa Kỳ nhờ vào sự giảm giá và sự loại bỏ dần các bóng đèn sợi đốt. Theo Đạo luật An ninh và Tự chủ Năng lượng năm 2007, việc sản xuất và nhập khẩu đa số các loại đèn sợi đốt đã bị cấm tại Hoa Kỳ. Giá đèn LED đã giảm đáng kể và nhiều sản phẩm được cung cấp với mức giá ưu đãi từ các công ty điện lực địa phương. Tuy nhiên, vào tháng 9 năm 2019, chính quyền Trump đã bãi bỏ các yêu cầu về bóng đèn tiết kiệm năng lượng mới.

Đèn tuýp LED

Đèn tuýp LED được thiết kế để thay thế cho các thiết bị chiếu sáng dành cho đèn ống huỳnh quang. Một số đèn LED dạng ống có thể lắp vào các thiết bị hiện có nếu sử dụng chấn lưu phù hợp. Trong một số trường hợp khác, cần phải thay đổi kết nối điện của thiết bị chiếu sáng để loại bỏ chấn lưu. Đèn tuýp LED thường sử dụng nhiều đèn LED gắn trên bề mặt riêng lẻ và cần xác định hướng chiếu sáng phù hợp trong quá trình lắp đặt, khác với đèn ống huỳnh quang phát sáng ra mọi hướng quanh ống. Hầu hết các đèn ống LED có thể thay thế cho các ký hiệu ống T5, T8, T10 hoặc T12, với kích thước T8 là D26mm, T10 là D30mm và chiều dài là 590 mm (23 in), 1.200 mm (47 in) và 1.500 mm (59 in).

Nông nghiệp

Các nghiên cứu đã chứng minh hiệu quả vượt trội của việc trồng rau và cây cảnh dưới ánh sáng LED. Nhiều loại thực vật đã được kiểm tra trong điều kiện nhà kính để đảm bảo rằng chất lượng sinh khối và các thành phần sinh hóa của chúng không thua kém so với những loại trồng trong điều kiện ngoài tự nhiên. Hiệu quả của cây bạc hà, húng quế, đậu lăng, rau diếp, bắp cải, rau mùi tây và cà rốt được đo lường bằng sức khỏe và sự phát triển của cây, cũng như khả năng của đèn LED trong việc thúc đẩy tăng trưởng. Đồng thời, sự phát triển phong phú của các loài hoa trang trí như hoa linh trưởng, cúc vạn thọ và cây cổ thụ cũng được ghi nhận.

Đèn LED cung cấp ánh sáng hiệu quả tại các bước sóng cần thiết (đỏ + xanh lam), hỗ trợ canh tác trong nhà kính với thời gian tối thiểu nhưng đạt chất lượng và sản lượng cao. Do đèn LED không phát sinh nhiệt, cây có thể đặt gần nguồn sáng mà không lo bị quá nhiệt hay cháy, từ đó tiết kiệm không gian và nâng cao hiệu quả canh tác so với các nguồn sáng tỏa nhiệt.

Đèn chuyên dụng

Đèn LED trắng hiện đang chiếm ưu thế trên thị trường nhờ vào hiệu suất cao ở mức công suất thấp. Những ứng dụng này bao gồm đèn pin, đèn chiếu sáng lối đi hoặc sân vườn chạy bằng năng lượng mặt trời, và đèn xe đạp. Đèn LED màu cũng được ứng dụng rộng rãi trong đèn tín hiệu giao thông và đèn trang trí ngày lễ. Đèn ô tô LED được ưa chuộng nhờ vào độ bền cao và kích thước nhỏ gọn. Nhiều đèn LED được kết hợp trong các ứng dụng yêu cầu lượng ánh sáng lớn hơn khả năng của một đèn LED đơn lẻ.

Khoảng năm 2010, công nghệ LED đã chiếm ưu thế trong ngành chiếu sáng ngoài trời; các thiết bị LED trước đó không đủ sáng để sử dụng ngoài trời. Một nghiên cứu năm 2014 cho thấy người tiêu dùng nhận ra rõ ràng nhiệt độ màu và độ chính xác của đèn LED, với ưu tiên cho ánh sáng có nhiệt độ màu tự nhiên. Ngày nay, đèn LED có thể cung cấp ánh sáng với độ sáng và nhiệt độ màu ấm mà người tiêu dùng mong muốn cho hệ thống chiếu sáng ngoài trời của mình.

Đèn LED đang ngày càng được ưa chuộng cho chiếu sáng đường phố thay cho đèn thủy ngân và đèn hơi natri nhờ vào chi phí vận hành và thay thế thấp hơn. Tuy nhiên, có những lo ngại về việc sử dụng đèn đường LED với ánh sáng chủ yếu là màu xanh lam, có thể gây hại cho mắt. Một số đèn LED hoạt động với tần số gấp đôi tần số nguồn điện chính, có thể tạo ra tiếng ồn và gây nhầm lẫn với máy móc quay do hiệu ứng chớp sáng. Những vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách sử dụng nguồn sáng phù hợp.

Nhược điểm

Nhiều đèn LED không tương thích với các công tắc điều chỉnh độ sáng hiện có, vốn được thiết kế cho các loại đèn sợi đốt công suất cao hơn.

Khả năng hoàn màu của đèn LED khác biệt so với đèn sợi đốt vì đèn sợi đốt phát ra ánh sáng gần giống với bức xạ từ mặt trời, mà mắt người đã quen với. Để đánh giá khả năng hiển thị màu sắc của nguồn sáng, người ta sử dụng chỉ số CRI (Chỉ số Hoàn màu), đo lường khả năng nguồn sáng tái hiện tám màu mẫu so với tiêu chuẩn trên thang điểm từ 0 đến 100. Đèn LED có CRI dưới 75 không được khuyến khích cho chiếu sáng trong nhà.

Đèn LED có thể tạo ra hiệu ứng nhấp nháy, điều này có thể quan sát được khi quay video với tốc độ chậm. Mức độ nhấp nháy phụ thuộc vào chất lượng nguồn điện một chiều (DC) trong đèn, thường nằm ở phần đế. Ánh sáng nhấp nháy kéo dài có thể gây ra đau đầu và mỏi mắt.

Tuổi thọ của đèn LED, phản ánh qua khả năng duy trì ánh sáng của nó, giảm khi hoạt động ở nhiệt độ cao, điều này hạn chế khả năng thay thế các loại đèn huỳnh quang compact và đèn sợi đốt hiện có. Kiểm soát nhiệt độ là yếu tố quan trọng trong thiết kế đèn LED công suất cao. Đèn LED nhạy cảm với nhiệt độ cao như các linh kiện điện tử khác, và các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi không tương thích có thể làm giảm hiệu suất và tuổi thọ của đèn.

Đèn LED có tuổi thọ cao, ước tính gấp khoảng 50 lần so với đèn sợi đốt thông thường và dài hơn nhiều so với đèn huỳnh quang, mang lại lợi ích cho người sử dụng. Tuy nhiên, điều này có thể ảnh hưởng đến các nhà sản xuất vì giảm nhu cầu sản xuất bóng đèn thay thế trong tương lai.

Nhịp sinh học của con người có thể bị ảnh hưởng bởi ánh sáng. Ánh sáng ban ngày có nhiệt độ màu hiệu quả khoảng 5.700K (màu trắng xanh), trong khi đèn sợi đốt có nhiệt độ màu khoảng 2.700K (màu vàng). Những người bị rối loạn giấc ngủ theo nhịp sinh học có thể được điều trị bằng liệu pháp ánh sáng (tiếp xúc với ánh sáng trắng xanh vào ban ngày) và liệu pháp tối (đeo kính nhuộm màu hổ phách vào ban đêm để giảm ánh sáng xanh).

Một số tổ chức khuyến cáo không nên sử dụng đèn trắng ánh xanh vào ban đêm. Hiệp hội Y khoa Hoa Kỳ đã phản đối việc dùng đèn LED trắng ánh xanh để chiếu sáng các con đường trong thành phố.

Các nghiên cứu cho thấy việc sử dụng đèn LED để chiếu sáng đường phố dẫn đến việc thu hút nhiều loại côn trùng có cánh hơn tới 48% so với đèn HPS, điều này có thể gây ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái và gián tiếp thu hút nhiều bướm đêm Gypsy đến các khu vực cảng.