Sản xuất hàng loạt Đèn LED chiếu sáng giá rẻ

Phương pháp sản xuất đèn LED vi mạch có thể cắt giảm chi phí chiếu sáng.

Một khởi đầu ở California đã phát triển kỹ thuật sản xuất có thể cắt giảm đáng kể chi phí các bóng đèn LED – một kiểu chiếu sáng tiết kiệm năng lượng hơn, nhưng cũng đắt hơn.

Đèn LED thường được chế tạo trên một lớp nền tương đối đắt tiền là silicon carbide hoặc sapphire. Công ty Bridgelux đã đưa ra một quy trình mới tận dụng các máy hiện đang được dùng để chế tạo các chip máy tính silic, theo công ty có khả năng cắt giảm chi phí sản xuất LED đến 75 phần trăm.

Soi đường: Cấy gallium nitride trên các tấm vi mạch silic có thể cắt giảm chi phí sản xuất đèn LED trắng. Ảnh: Bridgelux

Mặc dù hiệu quả của chúng cao hơn và tuổi thọ dài hơn, mới chỉ có một ít ngôi nhà và công sở sử dụng chúng, phần lớn là vì chi phí ban đầu. Một chip LED làm tăng 30 đến 60 phần trăm so với một bóng đèn LED thương mại. Mạch điều khiển điện tử và các phần tử quản lý nhiệt làm tăng thêm ít nữa. Vì vậy một bóng đèn tương đương 60-watt giá là 40 đô-la, công nghệ của Bridgelux có thể kéo chi phí xuống tầm từ 9 đến 18 đô-la. Việc tích hợp các chip chiếu sáng với các mạch điện tử có thể tiếp tục làm giảm giá thành hơn nữa.

LED được chế tạo với kỹ thuật mới cho ra 135 lumen trên mỗi watt điện. Lộ trình Công nghệ Chiếu sáng của Bộ Năng lượng Mỹ kêu gọi một hiệu suất đạt 150 lumen/watt vào năm 2012. Một số nhà sản xuất đèn LED, chẳng hạn như Cree, ở Durham, BắcCarolina, đã bán các loại đèn LED với hiệu suất đạt được ở tầm đó. Trong khi đó, các bóng đèn sợi đốt phát ra khoảng 15 lumen/W, và bóng đèn huỳnh quang phát ra 50-100lumen/watt.


Các nhà sản xuất thường chế tạo đèn LED trắng bằng cách phủ thiết bị gallium-nitride xanh lam với chất lân quang màu vàng. Các gallium nitride được cấy trên tấm sapphire hoặc silicon carbide từ hai đến bốn inch. Cree xây dựng các chip của mình trên các tấm silicon carbide, "bởi vì chúng tôi tin rằng nó tạo ra đèn LED mạnh hơn," phát ngôn viên của công ty Michelle Murray cho biết.


Các tấm chip lớn hơn cho phép chế tạo cùng lúc nhiều thiết bị hơn, sẽ kéo giá thành xuống. Nhưng chế tạo các tấm sapphire hay silicon carbide lớn khó hơn và đắt tiền hơn. Các công ty như Osram Opto Semiconductors ở Đức hiện nay chuyển sang tấm sapphire15cm, có vẻ đó là kích thước lớn nhất có thể đạt tới. Trong khi đó việc chế tạo các tấm silicon 20cm là bình thường trong ngành công nghiệp sản xuất chip bán dẫn. Trên thực tế các tấm silicon mới của Bridgelux chỉ mới được chế tạo tại một nhà máy sản xuất silicon cũ ở Thung lũng Silicon.

Thật khó để cấy gallium nitride trên silicon, chủ yếu là vì các vật liệu co giãn ở các mức độ rất khác nhau, Colin Humphreys giải thích, một nhà nghiên cứu về khoa học vật liệu tại Đại học Cambridge. Quá trình này được thực hiện ở nhiệt độ khoảng 1.000°C, và khi làm mát, các gallium nitride bị nứt do phải chịu lực căng, Humphreys nói. Một cách để giải quyết vấn đề là chèn thêm các tấm phim mỏng quanh gallium nitride để nén lại và cân bằng lực căng gây ra trong quá trình làm mát.Trên thực tế, Humphreys và các đồng nghiệp đã sử dụng thủ thuật này để chế tạo LED gallium-nitride trên silicon, thiết bị của họ đã tạo ra được 70 lumens/watt. Bridgelux có thể đang dùng một kỹ thuật tương tự. "Kết quả của Bridgelux thật ấn tượng," Humphreys nói. "Đưa ra một hứa hẹn về việc giảm giá thành đáng kể mà không hề làm giảm hiệu suất."

Các nhà sản xuất đèn LED khác, gồm cả Osram, cũng đang cố gắng chế tạo đèn LED gallium-nitride trên silicon. Bridgelux hy vọng sẽ cung cấp đèn LED silicon thương mại đầu tiên trong vòng 2-3 năm tới.