Nghiên cứu chế tạo led phát ánh sáng phù hợp với nhịp sinh học của con người

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu chế tạo LED phát ánh sáng phù hợp với nhịp sinh học người NGUYỄN MINH THÔNG thong9886@gmail.com Ngành Vật lý kỹ thuật HÀ NỘI, 05/2023 ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu chế tạo LED phát ánh sáng phù hợp với nhịp sinh học người NGUYỄN MINH THÔNG thong9886@gmail.com Ngành Vật lý kỹ thuật Giảng viên hướng dẫn: Viện: TS Nguyễn Đức Trung Kiên Chữ ký GVHD Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu HÀ NỘI, 05/2023 ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu chế tạo LED phát ánh sáng phù hợp với nhịp sinh học người Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Nguyễn Đức Trung Kiên CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Nguyễn Minh Thông Đề tài luận văn: Nghiên cứu chế tạo LED phát ánh sáng phù hợp với nhịp sinh học người Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật Mã số SV: 20211152M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 28/04/2023 với nội dung sau: - Lỗi soạn thảo lỗi in ấn, theo mẫu chuẩn nhà trường - Hình phần tổng quan chỉnh sửa thêm trích dẫn phù hợp gồm hình 1.2, 1.13, 1.14, 1.15 - Quy trình sấy LED chỉnh sửa phù hợp - Chip LED sử dụng luận văn chip LED 450nm - Chuẩn hóa giá trị bảng 3.6 - Chỉnh sửa kích thước ảnh 4.17, 2.7, 2.8 Giáo viên hướng dẫn Ngày 06 tháng 05 năm 2023 Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học trình bày luận văn thành nghiên cứu tơi nhóm nghiên cứu suốt thời gian học tập Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học vật liệu (ITIMS) – Đại học Bách khoa Hà Nội Các số liệu kết có luận văn xác hồn tồn trung thực, khơng chép tài liệu khoa học khác Hà Nội, ngày tháng năm 2023 Học viên cao học Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Ký ghi rõ họ tên Nguyễn Đức Trung Kiên Nguyễn Minh Thông i LỜI CẢM ƠN Luận văn thực với trang thiết bị phịng thí nghiệm LED 707 Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu (ITIMS), tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số NCUD.022019.47 Luận văn quãng thời gian hai năm rưỡi làm việc nghiên cứu nhóm LED 707 Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Nguyễn Đức Trung Kiên, thầy Đào Xuân Việt, cô Lê Thị Thảo Viễn tất thầy cô Viện ITIMS với đóng góp chân thành, định hướng nghiên cứu đắn kịp thời giúp em có bước đầu tiếp cận việc nghiên cứu khoa học tốt Cảm ơn bạn Dương Phúc Lâm, chị Nguyễn Mai Cao Hoàng Phương Lan người anh, người chị trực tiếp hướng dẫn cách thực định hướng nghiên cứu, động viên giúp đỡ kịp thời q trình thực thí nghiệm Cảm ơn bạn sinh viên khóa K63, K62 người làm việc, đồng hành em lúc khó khăn Em xin chân thành cảm ơn! TĨM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Trong lĩnh vực chiếu sáng, LED (lighting emitting diode) nghiên cứu, ứng dụng mạnh mẽ với ưu điểm vượt trội so với loại đèn truyền thống Ngày nay, chiếu sáng LED phát triển sang giai đoạn với tên gọi chiếu sáng người (Human centric lighting: HCL), nghĩa khơng quan tâm đến vai trị thị giác ánh sáng mà quan tâm đến vai trò phi thị giác ánh sáng tác động đến người Do vậy, nguồn sáng LED cần quan tâm đồng thời tham số thị giác (CRI, CCT,…) tham số phi thị giác (CAF,M/P, CS, …) Các nghiên cứu trước nhận định CAF cao tác động ức chế melatonin làm cho tỉnh táo để phù hợp với việc học tập làm việc người, CAF thấp không ức chế melatonin làm cho người không bị ngủ Nguồn sáng LED phổ biến LED trắng ấm LED trắng lạnh có CAF khơng phù hợp, nhiên nguồn sáng LED có CAF phù hợp chưa ý quan tâm phát triển Trong nghiên cứu tổ hợp LED đơn sắc LED phosphor để thu ánh sáng trắng phù hợp cho nhịp sinh học người Chúng tiến hành khảo sát tất trường hợp tổ hợp LED RGB LED RPGPB, RPYPB sau sử dụng chip LED blue có bước sóng đỉnh 450 kết hợp với vùng green có bước sóng đỉnh vùng 500-600 nm red vùng 600-700nm để tìm trường hợp tốt nhằm tìm kiếm nguồn sáng LED có CAF phù hợp CRI cao đáp ứng nhu cầu thị giác phi thị giác cho người Kết hợp với việc tìm trường hợp tối ưu đưa phổ tối ưu trường hợp bin CCT khác sau chế tạo LED phù hợp với nhịp sinh học người vào ban đêm HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên iii Nguyễn Minh Thông MỤC LỤC Nội dung LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN III DANH MỤC HÌNH VẼ VII DANH MỤC BẢNG BIỂU XI CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ LED 1.1.1 LED đơn sắc 1.1.2 LED trắng 1.2 VAI TRÒ CỦA LED 1.2.1 Vai trò thị giác LED 1.2.2 Vai trò phi thị giác LED 1.3 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 17 1.3.1 Tổng quan nghiên cứu cách ghép LED tạo ánh sáng trắng 17 1.4 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 20 CHƯƠNG LÝ THUYẾT TÍNH TỐN 22 2.1 XÂY DỰNG PHỔ TÍNH TỐN DỰA TRÊN PHỔ THỰC NGHIỆM 22 2.1.1 Xây dựng phổ LED đơn sắc 22 2.1.2 Xây dựng phổ tính tốn Yellow, Green Red phosphor 22 2.2 TÍNH TỐN ĐỂ ĐƯỢC PHỔ TỔNG 24 2.3 TÍNH TỐN CÁC THAM SỐ PHÙ HỢP VỚI THỊ GIÁC VÀ PHI THỊ GIÁC 24 2.3.1 Quy trình tính tốn LED trắng phù hợp vai trị thị giác 24 2.3.2 Quy trình tính tốn LED trắng phù hợp vai trò thị giác 31 2.4 KẾT QUẢ TÍNH TỐN 32 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN 33 3.1 LED = PHOSPHOR RED EU2+ + PHOSPHOR GREEN EU2+ + BLUE CHIP (RPGPB) 33 3.1.1 LED RpGpB (λR =600-700nm, λG =500-600nm, λB =400-500nm) 33 3.1.2 LED RpGpB (λR =600-700nm, λG =500-600nm, λB =445-455nm) 38 3.1.3 LED RpGpB (λR =655-665nm, λG =540-550nm, λB =445-455nm) 39 3.2 LED = RED CHIP + GREEN CHIP + BLUE CHIP (RGB) 41 3.2.1 LED RGB (λR =600-700nm, λG =500-600nm, λB =400-500nm) 41 3.2.2 LED RGB (λR =600-700nm, λG =500-600nm, λB =445-455nm) 46 3.2.3 LED RGB (λR =655-665nm, λG =540-550nm, λB =445-455nm) 48 3.3 LED = PHOSPHOR RED EU2+ +PHOSPHOR YAG CE3++ BLUE (RPYPB) 48 3.3.1 LED RPYPB (λR =600-700nm, λY =500-600nm, λB =400-500nm) 48 3.3.2 LED RPYPB (λR =600-700nm, λY =500-600nm, λB =445-455nm) 54 iv 3.3.3 LED RPYPB (λR =655-665nm, λY =540-550nm, λB =445-455nm) 55 3.4 KẾT LUẬN TÍNH TỐN 56 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO 57 4.1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO LED 57 4.2 PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO LED 59 4.2.1 Công đoạn hàn đế 59 4.2.2 Công đoạn hàn dây 59 4.2.3 Công đoạn định lượng hỗn hợp phủ 60 4.2.4 Công đoạn khuấy trộn 62 4.2.5 Công đoạn phun phủ 65 4.2.6 Công đoạn sấy LED 66 4.2.7 Phương pháp đo quang 68 4.2.8 Xử lý số liệu 69 4.3 ĐÓNG GÓI LED = BLUE CHIP + PHOSPHOR YAG + PHOSPHOR RED 69 4.3.1 Tham số quang chip LED 69 4.3.2 Tham số quang phosphor 70 4.4 KẾT LUẬN CHẾ TẠO 73 KẾT LUẬN 74 CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt LED Light Emitting Diode Điốt phát quang LED RGB Light Emitting Diode Red chip Green chip Blue chip Điốt phát quang đơn sắc màu đỏ xanh lục xanh lam LED RpYpB Light Emitting Diode Red phosphor YAG phosphor Blue chip Điốt phát quang phosphor với ánh sáng xanh lam đơn sắc phosphor vàng đỏ LED RpGpB Light Emitting Diode Red phosphor Green phosphor Blue chip Điốt phát quang phosphor với ánh sáng xanh lam đơn sắc phosphor xanh đỏ HCL Human centric lighting Chiếu sáng cho người M/P Melanopic/Photopic Tỷ lệ ức chế melatonin CS Circadian Stimulus Chỉ số kích thích sinh học CIE International Commission on Illumination Uỷ ban chiếu sáng quốc tế CAF Circadian Action Factor Chỉ số đánh giá tác động ánh sáng lên giấc ngủ người 10 ipRGCs intrinsically photosensitive Retinal Ganglion Cells Tế bào hạch cảm quang võng mạc 12 CCT Correlated Color Temperature Nhiệt độ màu tương quan 12 CRI Color Rendering Index Chỉ số hoàn màu 13 CLA Circadian Light Ánh sáng sinh học 14 S/P Scotopic/ Photopic Tỷ lệ thích nghi ánh sáng buổi tối 15 YAG Yttrium Aluminum Garnet Phosphor Powder Bột phosphor phát xạ vùng màu vàng cso bước sóng đỉnh 550nm 16 RP660 Red phosphor 660 Bột phosphor đỏ phát xạ màu đỏ có bước sóng đỉnh 660nm 17 ANSI American National Standards Institute, Inc Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ 18 CAF Circadian action factor Hệ số hoạt động sinh học vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ngun lý hoạt động chip LED Hình 1.2 Cấu tạo LED xanh lam Nakamura phát minh:121 Đế saphire; 122-lớp đệm; 123- lớp tiếp xúc loại n cho điện cực âm; 124- lớp đệm loại n thứ hai; 125lớp đệm loại n thứ nhất; 126- lớp tích cực; 128- lớp đệm loại p thứ hai; 129- lớp tiếp xúc loại p.[3] Hình 1.3 Cấu tạo LED Hình 1.4 Phân vùng bước sóng ánh sáng đơn sắc Hình 1.5 Phát xạ vật liệu làm LED khác Hình 1.6 Phối hợp chip LED đỏ, xanh lục, xanh lam để LED trắng Hình 1.7 Cơ chế phát quang LED phủ phosphor Hình 1.8 LED trắng tạo thành từ chip xanh lam phosphor vàng Hình 1.9 Hệ tọa độ màu CIE 1931 đường cong Plank Hình 1.10 Thang đo nhiệt độ màu tương ứng Hình 1.11 Chỉ số CRI sử dụng phổ biến Hình 1.12 Tế bào hạch võng mạc ipRGCs tế bào hình nón hình que mắt người [6] 11 Hình 1.13 Sự thay đổi melatonin cortisol ngày [9] 12 Hình 1.14 Q trình truyền tín hiệu từ ánh sáng đến não người [10] 12 Hình 1.15 Phổ độ nhạy melanopsin loại nguồn sáng [11] 13 Hình 1.16 Mối quan hệ CS, CLA mức độ ức chế melatonin (Figueiro, M G., B S Steverson, J Heerwagen, 2017) 15 Hình 1.17 Từ trái sang phải: đường cong hiệu suất quang phổ hình nón S, ipRGC (melanopic), hình que (scotopic), hình nón M, phản ứng quang học hình nón L, tất chuẩn hóa mức tối đa [12] 16 Hình 1.18 Tỷ lệ S/P CCT trường hợp có CRI =70 [14] 17 Hình 1.19 Các tổ hợp đèn LED 18 Hình 1.20 Giá trị CCT CAF tổ hợp 18 Hình 1.21 Biên giới Pareto trường hợp LED khác (a,b) phổ tương ứng trường hợp ghép RGB, RGpB, RpGpB(c,d,f) 19 Hình 1.22 CAF CRI với nhiệt độ màu khác 20 Hình 1.23 CAF lớn bé ánh thu trắng CCT khác 20 Hình 2.1 SPD thực nghiệm so với sử dụng hàm Gaussian kép 22 Hình 2.2 Phổ thực tế (đường nét liền), phổ mô SP7(đường nét đứt) 23 Hình 2.3 Các ví dụ SPD phosphor Eu2+(đường nét liền) phù hợp với mơ hình SPD(đường nét đứt) 23 Hình 2.4 Phổ độ nhạy mắt người 24 vii Quy trình: - Kết nối máy trộn với nguồn điện bật công tắc nguồn - Xác định thời gian tốc độ trộn cần thiết cho hỗn hợp cần khảo sát - Đặt cốc vào khay đựng máy khóa chặt phận giữ cốc (nếu có) - Bật máy trộn đợi q trình trộn đến đạt thời gian tốc độ cần thiết - Sau trình trộn kết thúc, dừng máy lấy cốc khỏi máy trộn - Lấy mẫu từ hỗn hợp trộn để kiểm tra phân tích - Chỉnh nút khối lượng cho phù hợp với khối lượng tổng - Đóng nắp, bật máy Thiết lập thông số: - Các kênh từ 0- thiết lập sẵn Từ kênh 10- 99 tùy chỉnh thơng số: Dùng phím mũi tên “trái, phải” để di chuyển mục, dùng phím “lên, xuống” để thay đổi giá trị Hình 4.18 Giao diện điều khiển máy khuấy Kurabo Máy thiết lập bước bước tối đa 300s - Revolution (Rev)- Đảo: Tốc độ quay mâm chính, giá trị từ 1- - Rotation (Rot)- Quay: Tốc độ quay cốc, giá trị từ 1- (Mức tốc độ quay~ 1000 vịng/phút) Hình 4.19 Q trình vận hành máy khuấy - Operation time (thời gian vận hành): thời gian cần để thực bước, thiết lập giá trị “0” bước bị bỏ qua 64 - Vacuum level (mức độ chân không): Áp suất tuyệt đối máy thiết lập từ 1.3 đến 99.9 kPa Nếu giá trị “0”, máy hút chân không liên tục Nếu giá trị “-“, máy không hút chân không - Step (bước): Khi thực chu trình trộn, bước cần lập trình để thực thao tác cần thiết Bước “d” sử dụng để đặt thời gian trễ cho bước hút chân không, bao gồm: - Vacuum ON delay (thời gian trễ sau bật): Khoảng thời gian từ bắt đầu vận hành bước hệ thống bơm hút chân không bắt đầu hoạt động - Vacuum OFF delay (thời gian trễ trước tắt): Khoảng thời gian từ kết thúc vận hành hệ thống bơm chân không ngừng hoạt động Kết thúc nhập liệu nhấn Enter Nhấn Start để máy bắt đầu chạy máy Bảng 4.2 Thông số thiết lập cho máy khuấy trộn Bước Rev Rot Vacumum (kPa) Thời gian (s) Mục đích 5 - 90 Phân tán sơ 9 180 Phân tán loại bỏ bọt khí hồn tồn 9 0 9 0 9 0 d Vacuum ON delay = “0”, vacuum OFF level = “0” Hỗn hợp đầu Sau trình khuấy trộn, phosphor phân tán vào chất đóng rắn Sau đó, hỗn hợp chuyển sang hệ máy phủ Hình 4.20 Phosphor phân tán silicon, khơng có bọt khí 4.2.5 Công đoạn phun phủ Xác định đầu vào - Hỗn hợp phosphor silicon trộn từ công đoạn trước với khung leadframe chứa chíp LED xanh lam - Đặt khung lead-frame cố định vào máy phủ, đế gia nhiệt - Khởi động hệ máy phun phủ tự động NSW 65 Hình 4.21 Thiết bị phun phủ giao diện chương trình - Điểm quan trọng phải đảm bảo thơng số vị trí tốc độ di chuyển đầu kim cài đặt cho phủ thực đồng chíp LED khơng làm cho hỗn hợp phủ bị tác động mạnh, gây bọt khí làm cho phủ bị trơi Các thơng số điều chỉnh cách thay đổi tốc độ hướng di chuyển đầu phun, cài đặt thông số áp suất phun, thể tích phun khoảng cách từ đầu phun đến bề mặt chíp LED Sau phủ hoàn tất, hệ thống thực trình sấy khơ để đảm bảo phủ bám chặt bề mặt chíp LED Hình 4.22 Q trình đầu kim phun phủ lên chíp LED - Số lượng LED phủ: khoảng 140 LED phút - Thể tích phủ: 0,5 1,5 μL/1 hỗn hợp phosphor, phủ thành lần phủ phosphor đỏ trước cho đóng rắn phủ lớp vàng lên sau - Thời gian giữ nhiệt độ: phút sau phủ xong - Nhiệt độ đế: 70°C Đầu ra: Hỗn hợp ướt phosphor, silicon chất đóng rắn phủ lên bề mặt chíp LED 4.2.6 Cơng đoạn sấy LED Vai trị cơng đoạn sấy LED Sau phun phủ hỗn hợp phosphor silicon ướt lên LED, trình sấy thực để làm cho hỗn hợp phủ đóng rắn tạo thành lớp phủ đồng Quá trình sấy điều chỉnh để giảm thiểu tượng lắng hạt phosphor, lắng hạt xảy dẫn đến khác biệt độ sáng màu sắc LED 66 Hình 4.23 Hiện tượng lắng phosphor sau phủ Min-Jae Song đồng [39] nghiên cứu ảnh hưởng chế độ sấy nhận thấy chu trình sấy bước tăng nhiệt độ có hiệu việc giảm thiểu lắng Hình 4.24 Các chu trình sấy khảo sát thí nghiệm Min-Jae Song Quy trình thực nghiệm Dựa nghiên cứu khảo sát, chương trình sấy thiết lập với giản đồ sấy bước, bao gồm tăng nhiệt độ từ môi trường lên 70 độ C, sau tiếp tục nâng lên đến 110 độ C 150 độ C bước với thời gian 10 phút Sau đó, q trình giữ nhiệt thực 150 độ C thời gian 60 phút Khung LED sau phủ gia nhiệt đế đưa vào tủ sấy, trang bị quạt đối lưu dịng khí nóng để đảm bảo LED sấy Khi chương trình sấy hồn thành, thiết bị tự động dừng nguội tự nhiên nhiệt độ mơi trường Hình 4.25 Tủ sấy LED chu trình sấy 67 Đầu ra: LED sau kết thúc cơng đoạn sấy, hồn tất quy trình đóng gói 4.2.7 Phương pháp đo quang Trong bước tiến hành đo thông số quang: quang phổ, thông lượng xạ điện tiêu thụ LED thành phẩm Đầu vào: LED hàn đế nhôm Thiết bị: - Bộ nguồn dòng Keithley 2602 Bộ điều khiển nhiệt độ: 5300 Series TECSource Arroyo Instruments - Hệ đo quang Gamma Scientific gồm cầu tích phân, xử lý tín hiệu quang Radoma GS-1290 kết nối với PC, phần mềm xử lý hiển thị quang phổ Gamma Scientific LightTouch LED Quy trình đo: - Đầu tiên, LED gắn lên đế nhôm đưa vào cầu tích phân, sau phần đế nhơm kết nối với tản nhiệt bên Bộ tản nhiệt điều khiển nhiệt độ điều khiển nhiệt độ có cảm biến đo nhiệt độ LED để điều chỉnh tốc độ tản nhiệt cho nhiệt độ LED đạt giá trị thiết lập ban đầu (250) - Để cung cấp nguồn cho LED đo công suất điện tiêu thụ, sử dụng nguồn dòng Keithley 2602 - Sau cấp nguồn cho LED, cần đợi đến LED đạt trạng thái ổn định nhiệt trước khởi động phần mềm Để thu thập quang phổ LED, sử dụng cầu tích phân truyền thơng tin qua cáp quang đến hệ thống xử lý tín hiệu quang Radoma GS-1290 Sau đó, thơng tin chuyển máy tính để phần mềm Gamma Scientific Light Touch LED xử lý hiển thị kết quang phổ, thông lượng xạ, nhiệt độ màu hiệu (CCT), số hoàn màu (CRI) thông số khác liên quan đến ánh sáng Hình 4.26 Sơ đồ khối hệ đo thơng số LED 68 Hình 4.27 Giao diện phần mềm Gamma Scientific LightTouch LED 4.2.8 Xử lý số liệu Sau thu kết đo từ phần mềm, ta xuất sử dụng phần mềm Osram Color Calculator Version 7.71 để tính tọa độ màu quang phổ Ngồi ra, thơng lượng xạ vùng phổ tính tốn phần mềm Microsoft Excel 2016 Hình 4.28 Giao diện phần mềm Osram Color Caculator 4.3 Đóng gói LED = Blue chip + phosphor YAG + phosphor RED Sau tính tốn thơng số có tỷ lệ tối ưu, tơi tiến hành chế tạo LED =chip LED blue 450 + YAG + RP660 mục tiêu nghiên cứu đưa quy trình 4.3.1 Tham số quang chip LED Gói LED sử dụng chip blue 450 nm phun phủ hai loại bột phosphor Chíp LED xanh có tham số quang đo hệ cầu tích phân Hình 4.29 Quang phổ màu chip LED xanh lam 450 69 4.3.2 Tham số quang phosphor Trong quy trình sử dụng bột phosphor phát quang vùng vàng đỏ để khảo sát Bột huỳnh quang phát xạ vùng vàng đỏ kích thích vùng bước sóng có đỉnh gần 450nm Chíp LED xanh lam sử dụng có bước sóng 450nm, vùng vật liệu phosphor vàng đỏ Hình 4.30 Phổ kích thích phát xạ huỳnh quang bột phosphor YAG RP660 Bảng 4.3 Thơng số bột phosphor Loại bột Kích thước D50 Bước sóng đỉnh Hiệu suất phát xạ tương đối YAG 15,0 μm±1 540 nm ≥100% R660 15,3 μm±1 660 nm ≥100% Ngồi ra, kích thước hạt vật liệu phosphor có ảnh hưởng đáng kể tới hiệu suất LED, chúng tơi lựa chọn loại vật liệu có kích thước hạt D50 = 15μm, phù hợp với bước sóng kích thích 450nm Hình 4.31 Phân bố kích thước hạt phosphor Trong q trình thực nghiệm chế tạo gói LED, thực nhiều khảo sát thông số hàn đế, hàn dây, khuấy trộn phun phủ đóng rắn 70 Hình 4.32 Quang phổ LED sau chế tạo Sau đóng gói thành cơng LED dựa vào quang phổ khẳng định chế tạo thành công LED với CRI đạt 80, CCT 2255K, CAF 0,22 hoàn toàn phù hợp với kết mô với thông số quang số đánh giá đạt hoàn toàn áp dụng cho chiếu sáng người vào ban đêm Hình 4.33 Tọa độ màu LED chế tạo thành công Tọa độ màu LED (x=0,5036; y=0,4186) nằm chuẩn ANSI khẳng định vùng ánh sáng trắng với chất lượng tốt 71 Hình 4.34 Ánh sáng phát từ LED Sau đóng gói LED thành cơng luận văn so sánh với kết tính tốn được: Hình 4.35 Quang phổ tính tốn chế tạo Hình 4.36 Tạo độ màu LED tính tốn chế tạo 72 Khi tính tốn tham số quang nhận lại CCT= 2200K, CRI =80, CAF = 0,2 Khi chế tạo tham số quang nhận CCT= 2255K, CRI= 80, CAF = 0,22 Kết tương đồng với nhau, chứng tỏ việc tính tốn nghiên cứu hồn tồn xác áp dụng vào thực tế, dựa vào phổ tính tốn tối ưu để thực phép chế tạo xác 4.4 KẾT LUẬN CHẾ TẠO Từ kết tính tốn dạng phổ, chế tạo LED = red phosphor 660 nm + yag phosphor 545 nm + blue chip 450 nm LED chế tạo có CCT = 2255K, CRI =80, R9 = 41, CAF = 0.22 73 KẾT LUẬN - Đã tính tốn CCT, CRI, R9, CAF đưa quang phổ tối ưu để đạt ánh sáng thị giác tốt (CRI cực đại) ánh sáng phi thị giác tốt (CAF cực đại CAF cực tiểu) nhiệt độ màu CCT = 2200K, 2500K, 2700K, 3000K, 3500K, 4000K, 4500K, 5000K, 5700K, 6500K +) Đã đưa dạng phổ tối ưu cho LED = phosphor Red Eu2+ λ3 + phosphor Green Eu2+ λ2 + Blue chip λ1 +) Đã đưa dạng phổ tối ưu cho LED = Blue chip λ1+ Green chip λ2+ Red chip λ3 +) Đã đưa dạng phổ tối ưu cho LED = phosphor Red Eu2+ λ3 +phosphor YAG Ce3+ λ2 + Blue chip λ1 - Từ kết tính tốn dạng phổ, chế tạo LED = red phosphor 660 nm + yag phosphor 545 nm + blue chip 450 nm LED chế tạo có CCT = 2255K, CRI =80, R9 = 41, CAF = 0.22 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CHO LUẬN VĂN - Tiếp tục xây dựng phổ tối ưu cho loại vật liệu khác mở rộng việc cố định chip Blue thay cố định Blue có bước sóng đỉnh vùng 450nm - Thực nhiều thí nghiệm chế tạo trường hợp tối ưu để đưa đời dòng sản phẩm LED đáp ứng nhu cầu thị giác phi thị giác 74 CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ Nguyễn Minh Thông , Dương Phúc Lâm , Nguyễn Mai Cao Hoàng Phương Lan , Phạm Thế Kiên , Đào Xuân Việt, Nguyễn Đức Trung Kiên “Tới ưu hóa việc sử dụng LED đơn sắc chiếu sáng cho người vào ban đêm”, Hội nghị Vật lý Chất rắn Khoa học Vật liệu Toàn quốc – SPMS 2021,vol 2, D128,839844 ,2021 Nguyễn Minh Thông, Dương Phúc Lâm, Nguyễn Mai Cao Hoàng Phương Lan, Hà Thu Huyên, Hồng Mai Anh, Nguyễn Ngọc Đơng, Đào Xn Việt, Nguyễn Đức Trung Kiên “Nghiên cứu tương quan tỉ lệ Melanopic/Photopic nhiệt độ màu LED trắng chế tạo từ LED đơn sắc LED phosphor” Hội nghị khoa học chiếu sáng tồn quốc 2023 Các cơng trình cơng bố khác hướng nghiên cứu: 1.Giải pháp hữu ích: Đèn LED phổ mặt trời chiếu sáng thúc đẩy hoa trái vụ cho Thanh long (chấp nhận đơn số 2-2022-00090) 2.Sáng chế: LED tím đỏ (chấp nhận đơn số 1-2022-01394) Nguyen Thi Tung Loan1, Vo Thi Phu1, Nguyen M.C.H.P Lan2, Dang Thi To Nu1, Nguyen Minh Thong2 Le Thi Thao Vien1 and Ta Thi Minh Luon1*“Nondoped phosphor for wled with high cri and R9” Hue University Journal of Science: Natural Science2022 Võ Thị Phu1, Tạ Thị Minh Luôn1, Nguyễn M.C.H.P.Lan2, Đặng Thị Tố Nữ1, Lê Thị Thảo Viễn1, Nguyễn Minh Thông2, Nguyễn Thị Tùng Loan1*“Vật Liệu Huỳnh quang khơng pha tạp phát xạ ánh sáng tồn phổ ứng dụng đèn LED trắng” Quy Nhon University Journal of Science,2022,16(5),55-63 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] S C Singh, “Basics of light emitting diodes, characterizations and applications,” Handb Light Emit Schottky Diode Res., no December 2009, pp 133–168, 2009 G P James R Biard, “Semiconductor Radiant Diode US3293513A.” 1962 [Online] Available: http://www.freepatentsonline.com/3293513.pdf “https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode.” “LED 3rd-2018-E Fred Schubert” A K Lunia, S K Patra, S Kumar, S Singh, S Pal, and C Dhanavantri, “Theoretical analysis of blue to white down conversion for light-emitting diode light with yttrium aluminum garnet phosphor,” J Photonics Energy, vol 4, no 1, p 043596, 2014, doi: 10.1117/1.jpe.4.043596 A Wolska, D Sawicki, and M Tafil-Klawe, “Visual and Non-Visual Effects of Light,” Vis Non-Visual Eff Light, 2020, doi: 10.1201/9781003027249 E Ceren and Y R Abdulhaq, “Assessment of the circadian stimulus potential of an integrative lighting system in an office area Medicon Village_ The Spark,” 2020, [Online] Available: http://lup.lub.lu.se/studentpapers/record/9016391 “https://www.licht.de/de/grundlagen/nicht-visuelle-lichtwirkungen/dieinnere-uhr/.” “Circadian-rhythm-1-During-the-day-the-blue-light-suppresses-melatoninand-increases.” C E Yilmaz and R Abdulhaq, “Assessment of the circadian stimulus potential of an integrative lighting system in an office area Medicon Village_ The Spark,” 2020, [Online] Available: http://lup.lub.lu.se/studentpapers/record/9016391 M S Rea and M G Figueiro, “Light as a circadian stimulus for architectural lighting,” Light Res Technol., vol 50, no 4, pp 497–510, 2018, doi: 10.1177/1477153516682368 N J Miller and A Irvin, “M/P Ratios: A Call for Consistency,” no February, pp 12–14, 2020 L Res, “Lighting Res Technol 2008; 40 : 373–376,” pp 373–376, 2008 Z Q Guo et al., “Studies of scotopic/photopic ratios for color-tunable white light-emitting diodes,” IEEE Photonics J., vol 5, no 4, 2013, doi: 10.1109/JPHOT.2013.2273736 L L Zheng et al., “Spectral optimization of three-primary LEDs by considering the circadian action factor,” IEEE Photonics J., vol 8, no 6, Dec 2016, doi: 10.1109/JPHOT.2016.2623667 C.-C Sun, “Linear calculation model for prediction of color rendering index performance associated with correlated color temperature of white lightemitting diodes with two phosphors,” Opt Eng., vol 51, no 5, p 054003, 2012, doi: 10.1117/1.oe.51.5.054003 76 [17] A Žukauskas, R Vaicekauskas, P Vitta, A Zabiliūtė, A Petrulis, and M Shur, “Color rendition engineering of phosphor-converted light-emitting diodes,” Opt Express, vol 21, no 22, p 26642, 2013, doi: 10.1364/oe.21.026642 [18] Q Dai, L Hao, Y Lin, and Z Cui, “Spectral optimization simulation of white light based on the photopic eye-sensitivity curve,” J Appl Phys., vol 119, no 5, Feb 2016, doi: 10.1063/1.4941396 [19] P Zhu, H Zhu, G C Adhikari, and S Thapa, “Design of circadian white light-emitting diodes with tunable color temperature and nearly perfect color rendition,” OSA Contin., vol 2, no 8, p 2413, Aug 2019, doi: 10.1364/osac.2.002413 [20] Z Guo et al., “Investigation on Three-Hump Phosphor-Coated White LightEmitting Diodes for Healthy Lighting by Genetic Algorithm,” IEEE Photonics J., vol 11, no 1, pp 1–10, 2019, doi: 10.1109/JPHOT.2018.2885091 [21] Z Guo et al., “Optimization studies of two-phosphor-coated white lightemitting diodes,” IEEE Photonics J., vol 5, no 2, p 8200112, 2013, doi: 10.1109/JPHOT.2013.2245885 [22] Y Ohno, “Spectral design considerations for white LED color rendering,” Opt Eng., vol 44, no 11, p 111302, 2005, doi: 10.1117/1.2130694 [23] A Lita, A L Washington, L Van De Burgt, G F Strouse, and A E Stiegman, “Stable efficient solid-state white-light-emitting phosphor with a high scotopic/photopic ratio fabricated from fused CdSe-silica nanocomposites,” Adv Mater., vol 22, no 36, pp 3987–3991, 2010, doi: 10.1002/adma.201000493 [24] “Scotopic and Photopic Vision.” https://www.rpphotonics.com/scotopic_and_photopic_vision.html [25] L T Solutions, “Search English Home Abou t Us P rodu cts Appl i ca ti on s Sta n da rds Su ccessfu l Ca ses News E -Ca ta l og Con ta Products High Precision Spectroradiometer Integrating ct Us Home Sphere System P roduct Categories High P recision Spec,” 2022 [26] S I Systems, “Recommendations for Specifying Color Properties of Light Sources for Retail Merchandising,” Alliance SolidState Illum Syst Technol., vol 8, no 2, p 24, 2010, [Online] Available: http://www.lrc.rpi.edu [27] “‘Color rendering of white LED light sources,’” 2007 [28] K Houser, M Mossman, K Smet, and L Whitehead, “Tutorial: Color Rendering and Its Applications in Lighting,” LEUKOS - J Illum Eng Soc North Am., vol 12, no 1–2, pp 7–26, 2016, doi: 10.1080/15502724.2014.989802 [29] J H Oh, S J Yang, and Y R Do, “Healthy, natural, efficient and tunable lighting: Four-package white LEDs for optimizing the circadian effect, color quality and vision performance,” Light Sci Appl., vol 3, no 2, p e141, 2014, doi: 10.1038/lsa.2014.22 [30] Q Dai, Q Shan, H Lam, L Hao, Y Lin, and Z Cui, “Circadian-effect 77 [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] engineering of solid-state lighting spectra for beneficial and tunable lighting,” Opt Express, vol 24, no 18, p 20049, Sep 2016, doi: 10.1364/oe.24.020049 W.-H K Y.-R K S.-B S J.-P K M.-S Jang, “Effect of Particle Size on the Optical Properties of Yellow Silicate Phosphorr in Light-Emitting Diodes,” Int J Appl Ceram Technol., vol 10, p, 2013 K Du et al., “The rate equation based optical model for phosphor-converted white light-emitting diodes,” J Phys D Appl Phys., vol 50, no 9, 2017, doi: 10.1088/1361-6463/aa560a B S A B Horatio Quinones, “Silicone-phosphorr encapsulation for high power white LEDs” H Zheng, X Fu, B Wu, S Liu, and X Luo, “A method for geometry control of phosphor layer in high-power white LEDs by package structure,” 14th Int Conf Electron Mater Packag EMAP 2012, no August 2015, 2012, doi: 10.1109/EMAP.2012.6507884 Sheng Liu& Xiaobing Luo, Led packaging for lighting and applications: design, manufacturing and testing 2011 W Shu, X Yu, R Hu, Q Chen, Y Ma, and X Luo, “Effect of the substrate temperature on the phosphor sedimentation of phosphor-converted LEDs,” 18th Int Conf Electron Packag Technol ICEPT 2017, no August, pp 398–401, 2017, doi: 10.1109/ICEPT.2017.8046480 T Güner, D Köseoğlu, and M M Demir, “Multilayer design of hybrid phosphor film for application in LEDs,” Opt Mater (Amst)., vol 60, pp 422–430, 2016, doi: 10.1016/j.optmat.2016.08.023 M J Song, K H Kim, G S Yoon, H P Park, and H K Kim, “An optimal cure process to minimize residual void and optical birefringence for a LED silicone encapsulant,” Materials (Basel)., vol 7, no 6, pp 4088–4104, 2014, doi: 10.3390/ma7064088 X Y R H Q C Y M X L Weicheng Shu, “‘Effect of the substrate temperature on the phosphorr sedimentation of phosphorr-converted LEDs,’” in 18th International Conference on Electronic Packaging Technology, 2017, pp 398–401 78