nghiên cứu, phát triển phương pháp đo quang thông hpcobled (high power chip on board light emitting diode) và ứng dụng trong điều kiện thực

Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị Mở đầu 12 Chương Tổng quan COB LED công suất cao ứng dụng công nghệ chiếu sáng 16 1.1 Lịch sử phát triển điôt phát quang (LED) 16 1.2 Cơ sở vật lý LED 17 1.2.1 Sự hình thành chuyển tiếp pn - chuyển tiếp pn điều kiện cân 17 1.2.2 Chuyển tiếp pn điều kiện không cân 20 1.2.2.1 Chuyển tiếp pn phân cực thuận 20 1.2.2.2 Chuyển tiếp pn phân cực ngược 22 1.3 Tái hợp phát xạ tái hợp không phát xạ 22 1.3.1 Tái hợp phát xạ 22 1.3.2 Tái hợp không phát xạ 23 1.4 Điôt phát quang (LED) 25 1.4.1 Cấu trúc 25 1.4.2 Nguyên lý hoạt động 26 1.4.3 Vật liệu chế tạo 27 1.4.4 Phương pháp công nghệ chế tạo LED 28 1.4.5 Ảnh hưởng nhiệt độ đến thông số LED 29 1.4.5.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến điện áp đặt vào 29 1.4.5.2 Ảnh hưởng nhiệt độ đến quang thông 30 1.4.6 Phổ phát xạ 31 1.5 HPCOBLED (High Power Chip On Board Light Emitting Diode) 32 1.6 Ứng dụng 33 Kết luận chương 34 Chương Nghiên cứu phương pháp đo quang thông HPCOBLED 35 2.1 Phép đo xạ phép đo trắc quang 35 2.1.1 Quan hệ phép đo trắc quang phép đo xạ 36 2.1.2 Các định nghĩa, đơn vị phép đo xạ phép đo trắc quang 36 2.2 Hệ thống màu tiêu chuẩn CIE 38 2.2.1 Phổ công suất 38 2.2.2 Hàm tổng hợp màu 38 2.2.3 Tọa độ màu 40 2.2.4 Không gian màu đồng 41 2.2.5 Trộn màu 42 2.2.6 Nhiệt độ màu CT (Color Temperature) 42 2.2.7 Các nguồn sáng chuẩn theo CIE 44 2.2.7.1 Nguồn sáng chuẩn A 44 2.2.7.2 Nguồn sáng chuẩn D 44 2.2.8 Hệ số hoàn màu (Color Rendering Index - CRI hay ) 45 2.3 Nghiên cứu phương pháp đo quang thông HPCOBLED 46 2.3.1 Phương pháp đo quang thông sử dụng quang góc kế - GPM 46 2.3.1.1 Nguyên lý phương pháp GPM 46 2.3.1.2 Sơ đồ nguyên lý phương pháp GPM 46 2.3.1.3 Ưu nhược điểm phương pháp GPM 47 2.3.2 Phương pháp ISSM 48 2.3.2.1 Nguyên lý phương pháp ISSM 48 2.3.2.2 Sơ đồ nguyên lý phương pháp ISSM 49 2.3.2.3 Ưu nhược điểm phương pháp ISSM 50 2.3.3 Phương pháp ISPM 51 2.3.3.1 Nguyên lý phương pháp ISPM 51 2.3.3.2 Sơ đồ nguyên lý phương pháp ISPM 51 2.3.3.3 Ưu nhược điểm phương pháp ISPM 53 Kết luận chương 53 Chương Nghiên cứu thiết kế, chế tạo xây dựng hệ đo quang thông HPCOBLED 54 3.1 Phương pháp đo quang thơng sử dụng hệ đo cầu tích phân kết hợp thiết bị đo phổ xạ quang kế chuẩn 54 3.1.1 Nguyên lý phương pháp ISSPM 54 3.1.2 Sơ đồ khối phương pháp ISSPM 55 3.2 Thiết kế, chế tạo xây dựng hệ đo 56 3.2.1 Thiết kế cầu tích phân 56 3.2.1.1 Các yêu cầu kỹ thuật cầu tích phân 56 3.2.1.2 Xác định phần diện tích mở Ai cầu tích phân 56 3.2.1.3 Thiết kế chắn sáng 57 3.2.2 Chọn đèn chuẩn phổ 59 3.2.3 Chọn thiết bị đo phổ xạ 60 3.2.4 Chọn quang kế chuẩn 60 3.2.5 Chọn nguồn DC 61 3.2.6 Chọn ổn định nhiệt độ (TEC) 61 3.2.7 Xác định thiết bị phụ trợ đo kiểm soát nguồn DC 61 3.3 Chế tạo cầu tích phân phận kèm 61 3.3.1 Chế tạo cầu tích phân 61 3.3.2 Chế tạo chắn sáng 62 3.3.3 Lắng đọng lớp phủ phản xạ khuếch tán 62 3.3.3.1 Thực nghiệm 63 3.3.3.2 Xác định tỉ lệ dung dịch phun 63 3.3.3.3 Khảo sát ảnh hưởng khoảng cách phun 65 3.3.3.4 Ảnh hưởng áp suất phun 67 3.3.3.5 Khảo sát ảnh hưởng chiều dày lớp phủ 69 3.4 Lắp đặt hệ đo VMI-PR-001 71 3.5 Hiệu chuẩn hệ đo VMI-PR-001 73 3.5.1 Các bước thực hiệu chuẩn 73 3.5.2 Đánh giá độ ổn định hệ đo VMI-PR-001 75 3.6 Quy trình hiệu chuẩn quang thơng HPCOBLED 76 3.6.1 Xác định hệ số hiệu kabs 76 3.6.2 Quy trình đo quang thơng 76 3.7 Kết hiệu chuẩn quang thông HPCOBLED 77 3.7.1 Kết xác định hệ số kabs 77 3.7.2 Xác định quang thông HPCOBED 78 3.7.3 Ước lượng độ không đảm bảo đo 79 3.8 Nghiên cứu tính chất quang điện HPCOBLED 81 3.8.1 Khảo sát ảnh hưởng dòng If nhiệt độ đến dịch chuyển đỉnh phổ công suất 81 3.8.2 Ảnh hưởng dịng If nhiệt độ đến thơng số quang 82 3.8.3 Khảo sát ảnh hưởng dịng ni nhiệt độ đến thơng số màu 86 Kết luận chương 87 Chương Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến quang thơng HPCOBLED Mơ hình HPCOBLED 88 4.1 Mơ hình quang thông phụ thuộc nhiệt độ Mark W.Hodapp 88 4.1.1 Mơ hình Mark W.Hodapp 88 4.1.2 Mơ hình Mark W.Hodapp sử dụng HPCOBLED 89 4.2 Mơ hình HPCOBLED (High Power COB LED Model) 97 4.2.1 Giả thiết mơ hình HPCOBLED 98 4.2.2 Mơ hình HPCOBLED 98 4.3 Đánh giá độ xác mơ hình HPCOBLED 99 4.4 Ứng dụng xác định quang thông HPCOBLED theo nhiệt độ hệ đo không sử dụng điều khiển nhiệt độ (TEC) 101 4.4.1 Phương pháp xác định quang thông theo mơ hình HPCOBLED Tc = 25 0C 102 4.4.2 Chuẩn bị thực nghiệm 102 4.4.3 Thực nghiệm 103 4.4.4 Kết thực nghiệm thảo luận 103 Kết luận chương 104 Kết luận 106 Danh mục cơng trình 107 Bản quyền sáng chế 107 Tài liệu tham khảo 109 Phụ lục 114 Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục ký hiệu Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt  Diffusion electric field Điện trường khuếch tán Luminous Flux Quang thông Radiant intensity Cường độ xạ Luminous intensity Cường độ sáng 2π Geometry 2π Dạng hình học 2π 4π Geometry 4π Dạng hình học 4π e Electron Điện tử Ec Bottom of the conduction band energy Năng lượng đáy vùng dẫn Ee Electron energy Năng lượng điện tử EFn Fermi level of the semiconductor n Mức Fermi bán dẫn n EFp Fermi level of the semiconductor p Mức Fermi bán dẫn p Eg Band gap energy Độ rộng vùng cấm Eh Hole energy Năng lượng lỗ trống Ev Top of the valence band energy Năng lượng đỉnh vùng hóa trị h Planck constant Hằng số Planck Foward current Dịng ni n Electron density Nồng độ điện tử Na Impurity density acceptor Nồng độ tạp chất acceptor Nc The effective density of states of the conduction band Nồng độ trạng thái hiệu dụng vùng dẫn Nd Impurity density donor Nồng độ tạp chất donor Nv The effective density of states of the valence band Nồng độ trạng thái hiệu dụng vùng hoá trị p Hole density Nồng độ lỗ trống Ra Color rendering index Hệ số hoàn màu Auger recombination rate Tốc độ tái hợp Auger If RAuger Rth j-a Thermal resistance from junction to to Nhiệt trở từ chuyển tiếp đến môi ambient trường Ta Ambient temperature Nhiệt độ môi trường Tb Board temperature Nhiệt độ đế Tc Case temperature Nhiệt độ vỏ (hoặc điểm hàn HPCOBLED) Tj Junction temperature Nhiệt độ chuyển tiếp Tsp Solder point temperature Nhiệt độ điểm hàn V Voltage Điện áp ν Frequency Tần số Radiant flux Thông lượng xạ Ω Solid angle Góc khối ( ) Spectral sensitivity of the human eye functions Hàm phổ độ nhạy mắt người e Danh mục chữ viết tắt Ký hiệu Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt B CCT CGPM Blue Màu xanh da trời Correlated Color Temperature Nhiệt độ màu tương quan General Conference on Weights Hội nghị cân đo quốc tế and Measures International Commission on Illumination (Commission Internationale de LʹEclairge) Ủy ban quốc tế chiếu sáng CMFs Color matching functions Hàm tổng hợp màu CNC Computerized Controlled Điều khiển máy tính COB Chip On Board Chip tích hợp đế CRI Color Rendering Index Hệ số hoàn màu CT Color Temperature Nhiệt độ màu DC DC supply Nguồn điện DC DE Droop effect Hiệu ứng rơi EL Electroluminescence Điện huỳnh quang Electromagnetic Spectrum Phổ điện từ Green Màu xanh Goniophotometer Methhod Phương pháp đo quang thơng sử dụng quang góc kế CIE EMS G GPM HPCOBLED Numerically High Power Chip On Board COBLED công suất cao Light Emitting Diode IR Infra Red Hồng ngoại IS Integrating Sphere Quả cầu tích phân ISPM Phương pháp đo quang thông sử Integrating Sphere Photometer dụng cầu tích phân kết hợp với Method quang kế chuẩn ISSM Integrating Sphere Spectroradiometer Method Phương pháp đo quang thông sử dụng cầu tích phân kết hợp với thiết bị đo phổ xạ ISSPM Integrating Sphere Spectroradiometer Photometer Phương pháp đo quang thơng sử dụng cầu tích phân kết hợp với Method K LED MOCVD thiết bị đo phổ xạ quang kế chuẩn Kelvin Nhiệt độ Kelvin Light Emitting Diode Điôt phát quang Metal Organic Chemical Vapor Lắng đọng hóa học từ pha hợp Deposition chất kim NIST National Institute of Standards Viện tiêu chuẩn công nghệ quốc and Technology (USA) gia (USA) NMIs National Metrology Instituties Các Viện Đo lường quốc gia Solid State Lighting Nguồn sáng rắn Red Màu đỏ TEC Thermo Electric Cooler Bộ làm lạnh UV Ultra Violet Tử ngoại SSL R Danh mục bảng Bảng 1.1 Tóm tắt đặc trưng màu sắc LED từ vật liệu bán dẫn [49] 28 Bảng 2.1 Các đại lượng đơn vị phép đo xạ phép đo trắc quang [16] 37 Bảng 3.1 Các hóa chất sử dụng quy trình lắng đọng lớp phản xạ khuếch tán 63 Bảng 3.2 Tỉ lệ hợp phần dung dịch phun dùng lắng đọng lớp phản xạ khuếch tán 64 Bảng 3.3 Các thông số công nghệ sử dụng để khảo sát ảnh hưởng khoảng cách phun.65 Bảng 3.4 Các thông số công nghệ sử dụng để khảo sát ảnh hưởng áp suất phun 67 Bảng 3.5 Các thông số công nghệ lớp phủ phản xạ khuếch tán có chiều dày khác nhau.69 Bảng 3.6 Quang thông đèn chuẩn phổ xác định hệ VMI-PR-001 74 Bảng 3.7 Giá trị quang thông đèn chuẩn phổ thời điểm đo khác 76 Bảng 3.8 Kết đo dòng quang đèn chuẩn phổ (SCL-1400-E120) 78 Bảng 3.9 Kết đo dòng quang HPCOBLED (216A, S/N: 033) 78 Bảng 3.10 Kết xác định quang thông HPCOBLED (216A, S/N: 033) 79 Bảng 3.11 Độ không đảm bảo đo phép hiệu chuẩn HPCOBLED 79 Bảng 4.1 Kết khảo sát phụ thuộc quang thông vào nhiệt độ Tc HPCOBLED 90 Bảng 4.2 Giá trị quang thông HPCOBLED tính theo mơ hình Mark (4.2) 92 Bảng 4.3 Độ chênh lệch nhiệt độ (ΔT) HPCOBLED 97 Bảng 4.4 Sự suy giảm công suất HPCOBLED theo nhiệt độ Tc 99 Bảng 4.5 Quang thông HPCOBLED hai đế tản nhiệt 103 Bảng 4.6 Quang thông HPCOBLED nhiệt độ Tc=25 0C theo mơ hình HPCOBLED 104 Danh mục hình vẽ đồ thị Hình 1.1 Quá trình phát triển LED [78] 16 Hình 1.2 Sự hình thành chuyển tiếp pn 17 Hình 1.3 Giản đồ lượng chuyển tiếp pn điều kiện cân nhiệt [25] 18 Hình Giản đồ lượng chuyển tiếp pn phân cực thuận 20 Hình Đặc tuyến I-V chuyển tiếp pn làm từ vật liệu bán dẫn khác 21 Hình Giản đồ lượng chuyển tiếp pn phân cực ngược 22 Hình 1.7 Tái hợp điện tử - lỗ trống [28] 23 Hình 1.8 Các trình tái hợp cặp điện tử lỗ trống 24 Hình 1.9 Quá trình tái hợp cặp điện tử - lỗ trống mạng tinh thể [28] 25 Hình 1.10 Cấu trúc LED sơ đồ tương đương 25 Hình 1.11 Quá trình tái hợp cặp điện tử - lỗ trống phát xạ photon 26 Hình 1.12 Giản đồ biểu diễn bước sóng ánh sáng phát xạ khoảng bước sóng λ=(0,4 ÷ 1,7) m hợp chất AIIIBV[70] 27 Hình 1.13 Sơ đồ mơ tả ngun lý phương pháp MOCVD [61] 29 Hình 1.14 Đồ thị phụ thuộc thơng lượng xạ vào dòng If [9] 31 Hình 1.15 Đồ thị biểu diễn phân bố lượng điện tử lỗ trống 32 Hình 1.16 Cấu trúc HPCOBLED điển hình 33 Hình 1.17 Hình ảnh sản phẩm đèn chiếu sáng tạo từ HPCOBLED [39,45,46] 34 Hình 2.1 Phổ xạ điện từ vùng khả kiến [42] 35 Hình 2.2 Hàm độ nhạy mắt người V(λ) 35 Hình 2.3 Hàm tổng hợp hàm ( ), ( ), ( ) [16] 39 Hình 2.4 Hàm tổng hợp màu CIE 1931 [16] 40 Hình 2.5 Giản đồ tọa độ màu CIE 1931 [16] 40 Hình 2.6 Giản đồ nhiệt độ màu CIE 1931 [16] 43 Hình 2.7 Giản đồ nhiệt độ màu tương quan hệ CIE 1960 [7,16] 44 Hình 2.8 Đồ thị phân bố cơng suất hai nguồn sáng chuẩn CIE [16] 45 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý phương pháp GPM 47 Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý phương pháp ISSM 49 Hình 11 Dạng hình học đo 50 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý phương pháp ISPM 52 Hình 2.13 Dạng hình học đo 52 Hình Sơ đồ khối hệ đo ISSPM 55 Hình 3.2 Vị trí kích thước chắn sáng 57 10 Có thể thấy, cơng suất tiêu tán HPCOBLED bị suy giảm rõ rệt nhiệt độ Tc tăng Các HPCOBLED có cơng suất cao, suy giảm gia tăng nhiệt độ Tc tăng Trong trường hợp nhiệt độ Tc tăng từ 25 0C đến 100 0C, HPCOBLED có P = W, có cơng suất tiêu tán giảm lượng P ~ 0,275 W Trường hợp HPCOBLED có cơng suất P = 10 W cơng suất tiêu tán giảm lượng P ~ 0,471 W Tương tự vậy, HPCOBLED có cơng suất P = 20 W, cơng suất tiêu tán giảm lượng P ~ 0,842 W HPCOBLED có cơng suất P = 35 W cơng suất tiêu tán giảm lượng P ~ 1,412 W Sự suy giảm quang thông HPCOBLED nhiệt độ tăng theo mơ hình HPCOBLED biểu diễn hình 4.11 Có thể thấy rằng, giá trị quang thơng theo mơ hình HPCOBLED gần trùng khớp với giá trị thực nghiệm Điều chứng tỏ mơ hình (4.5) mơ tả gần hồn hảo suy giảm quang thông nhiệt độ tăng 760 1340 (a) 750 1300 730 1280 Quang th«ng, lm 740 Quang th«ng, lm (b) 1320 720 710 700 690 1260 1240 1220 1200 680 1180 Giá trị thực nghiệm Giá trị xác định theo (4.5) 670 660 20 30 40 50 60 70 Giá trị thực nghiệm Giá trị xác ®Þnh theo (4.2) 1160 80 90 100 1140 110 20 30 40 50 NhiƯt ®é Tc, C 90 100 110 4300 2450 (c) 2400 (d) 4200 2350 4100 2300 Quang th«ng, lm Quang th«ng, lm 60 70 80 NhiƯt ®é Tc, C 2250 2200 2150 4000 3900 3800 2100 3700 Giá trị thực nghiệm Giá trị xác định theo (4.5) 2050 Giá trị thực nghiệm Giá trị xác ®Þnh theo (4.5) 3600 2000 20 30 40 50 60 70 80 NhiƯt ®é Tc, C 90 100 110 20 30 40 50 60 70 80 90 NhiÖt ®é Tc, C Hình 11 Đồ thị phụ thuộc quang thông vào nhiệt độ HPCOBLED so sánh giá trị thực nghiệm giá trị tính theo mơ hình HPCOBLED a) W, b) 10 W, c) 20 W d) = 35 W 100 100 110 Kết thực nghiệm, kết tính theo mơ hình HPCOBLED so sánh với mơ hình Mark W.Hodapp biểu diễn hình 4.12 760 1340 (a) 750 (b) 1320 740 1300 Quang th«ng, lm Quang th«ng, lm 730 720 710 700 Giá trị xác định theo (4.2) Giá trị thực nghiệm Giá trị xác định theo (4.5) 690 680 30 40 50 60 70 1260 1240 1220 Giá trị xác định theo (4.2) Giá trị thực nghiệm Giá trị xác định theo (4.5) 1200 670 20 1280 80 90 100 1180 110 20 30 40 NhiÖt ®é Tc, C 50 60 70 80 90 100 110 NhiƯt ®é Tc, C 2450 (c) (d) 4300 2400 4200 Quang th«ng, lm Quang th«ng, lm 2350 2300 2250 2200 4000 3900 3800 Giá trị xác định theo (4.2) Giá trị thực nghiệm Giá trị xác định theo (4.5) 2150 4100 Giá trị xác định theo (4.2) Giá trị thực nghiệm Giá trị xác định theo (4.5) 3700 2100 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 NhiƯt ®é Tc, C 20 30 40 50 60 70 80 90 100 NhiƯt ®é Tc, C Hình 12 Đồ thị so sánh kết thực nghiệm, kết theo mơ hình HPCOBLED so sánh với kết theo mơ hình Mark W.Hodapp a) W, b) 10 W, c) 20 W d) = 35 W Như vậy, giả thiết mà đưa hồn tồn phù hợp mơ hình HPCOBLED biểu thức (4.5) mơ hình sử dụng để mô tả phụ thuộc quang thông vào nhiệt độ HPCOBLED 4.4 Ứng dụng xác định quang thông HPCOBLED theo nhiệt độ hệ đo không sử dụng điều khiển nhiệt độ (TEC) Mơ hình HPCOBLED mơ hình mơ tả phụ thuộc quang thông HPCOBLED vào nhiệt độ Các kết mục 4.2 mục 4.3 cho thấy, quang thông HPCOBLED xác định theo mô hình HPCOBLED phù hợp với kết thực nghiệm Tuy nhiên, mơ hình HPCOBLED, cịn có ưu điểm bật xác định quang thơng HPCOBLED nhiệt độ Tc = 25 0C mà không cần sử dụng TEC 101 110 4.4.1 Phương pháp xác định quang thơng theo mơ hình HPCOBLED Tc = 25 0C Để xác định quang thông HPCOBLEDở Tc = 25 0C mơ hình HPCOBLED, cần phải xác định quang thông HPCOBLED hai nhiệt độ Tc khác Các bước tiến hành thực sau: 1) Lựa chọn hai đế tản nhiệt khác cho HPCOBLED, để xác định hai nhiệt độ Tc khác T1 T2 2) Xác định quang thông ( nhiệt độ T1 T2 tương ứng v(T1), 3) Thay hai giá trị quang thông biểu thức: v(T2)) v(T1) công suất tiêu tán P HPCOBLED hai v(T2) vào biểu thức (4.5) thu ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (4.6) (4.7) : ( ( ) ( )) , Rc-a = 20,0 (0 C/W) [79], P(Tc = 25 0C) = Vf.If (W) Chia biểu thức (4.6) cho (4.7) có: ) ( ) ( Suy : 4) Xác định ( ( ( ( ( ) ( ( ) (4.8) ) ) ) ) ( (4.9) ) ) Thay biểu thức (4.9) vào biểu thức (4.6) thu giá trị quang thông HPCOBLED Tc = 25 0C sau: ( ) ( ) ( ( ) ( )) (4.10) Từ kết xác định quang thông HPCOBLED Tc = 25 0C theo mơ hình HPCOBLED, chúng tơi xác định quang thông HPCOBLED nhiệt độ phạm vi giới hạn nhiệt độ Tc Đây rõ ràng ưu điểm lớn mô hình HPCOBLED để ứng dụng mơ hình điều kiện thực Hãy xem xét thực nghiệm khả ứng dụng 4.4.2 Chuẩn bị thực nghiệm Để tiến hành thực nghiệm, thiết bị cần có là: 1) Hai HPCOBLED, có cơng suất P = 10 W P = 35 W (Nichia, Nhật bản); 2) Hai đế tản nhiệt có kích thước khác nhau; 3) Hệ đo VMI-PR-001 ; 4) Thiết bị đo nhiệt độ Tc ; 5) Thiết bị đo điện áp (3458A, Agilent); 102 6) Điện trở chuẩn, Rshunt = 0,01 Ω ± 0,01%; 7) Nguồn cấp DC (E3634A-Agilent) 4.4.3 Thực nghiệm Hình ảnh HPCOBLED gá hai đế tản nhiệt khác để tạo nhiệt độ Tc khác tương ứng T1, T2 biểu diễn hình 4.13 a) b) Hình 4.13 Ảnh HPCOBLED gắn hai đế tản nhiệt a) Đế tản nhiệt nhỏ, b) Đế tản nhiệt lớn 4.4.4 Kết thực nghiệm thảo luận Kết xác định giá trị quang thông HPCOBLED đế tản nhiệt khác tổng hợp bảng 4.5 Bảng 4.5 Quang thông HPCOBLED hai đế tản nhiệt Cơng suất Điện áp Dịng ni Tc, C U (V) If (A) Đế lớn 60 36,119 0,960 34,67 3584 Đế nhỏ 101 35,821 0,960 34,39 3290 Đế lớn 34,2 33,045 0,320 10,57 1157 Đế nhỏ 47,3 32,839 0,320 10,51 1133 Đế tản nhiệt Nhiệt độ 103 tiêu tán Quang thông, v (lm) P (W) Từ kết thu bảng 4.5, xác định quang thông HPCOBLED nhiệt độ Tc = 25 0C theo mơ hình HPCOBLED kết tính tổng hợp bảng 4.6 kèm theo kết nhà sản xuất Bảng 4.6 Quang thông HPCOBLED nhiệt độ Tc = 25 0C theo mô hình HPCOBLED Nhiệt độ Điện áp Dịng ni Tc (0C) (V) If (A) Theo mơ hình HPCOBLED, v (lm) Theo nhà sản xuất công bố, (lm) 25 36,872 0,960 3743 3796 25 33,455 0,320 1181,5 1200 v Từ kết thu bảng 4.6, xác định quang thông HPCOBLED nhiệt độ Tc = 25 0C theo mơ hình HPCOBLED từ biểu thức (4.5) so sánh với kết đo thực nghiệm hệ đo VMI-PR-001, kết công bố nhà sản xuất (Nichia) Các giá trị quang thông tổng hợp bảng 4.7 Có thể thấy, giá trị quang thông HPCOBLED với công suất P = 10 W tính theo mơ hình HPCOBLED có sai khác với giá trị thực nghiệm đo hệ đo VMI-PR-001 với sai số tương đối 0,63% so với nhà sản xuất cơng bố có sai số tương đối 1,54% Trường hợp, HPCOBLED có cơng suất P = 35 W tính theo mơ hình HPCOBLED có sai khác so với giá trị thực nghiệm đo hệ VMI-PR-001 với sai số tương đối 0,80% so với nhà sản xuất cơng bố có sai số tương đối 1,37% Như vậy, giá trị sai số xác định quang thông HPCOBLED theo mơ hình HPCOBLED hồn tồn chấp nhận Bảng 4.7 Quang thông HPCOBLED xác định nhiệt độ Tc = 25 0C theo mơ hình HPCOBLED, đo thực nghiệm hệ đo VMI-PR-001 theo nhà sản xuất công bố Công suất P(W) Nhiệt độ Quang thông, Điện áp Dịng ni (V) If (A) o Tc ( C) v(lm) Theo mơ hình HPCOBLED VMI-PR-001 Theo cơng bố nhà sản xuất Trên hệ đo 10 25 33,455 0,320 1181,5 1189 1200 35 25 36,872 0,960 3743 3773 3796 Kết luận chương 1) Chúng sử dụng hệ đo VMI-PR-001 để khảo sát phụ thuộc quang thông HPCOBLED có cơng suất khác (P = W, 10 W, 20 W 35 W hãng Nichia, Nhật Bản) vào nhiệt độ Tc 2) Chúng tơi xem xét mơ hình Mark mơ tả suy giảm quang thông LED rời rạc nhiệt độ tăng Tuy nhiên, kết sử dụng mô hình Mark biểu thức (4.2) khơng 104 thể mơ tả cách xác suy giảm quang thông HPCOBLED nhiệt độ gia tăng mơ hình khơng ý đến hình thành gradient nhiệt độ đường truyền dẫn nhiệt HPCOBLED 3) Để khắc phục không phù hợp việc mô tả suy giảm quang thông HPCOBLED với thực nghiệm sử dụng mơ hình Mark, chúng tơi nghiên cứu phát triển mơ hình HPCOBLED sở mơ hình Mark có ý đến hình thành gradient nhiệt độ đường truyền dẫn nhiệt Các kết kiểm chứng mơ hình HPCOBLED với kết thực nghiệm xác định hệ đo VMI-PR-001 hoàn toàn phù hợp Như vậy, kết luận rằng, mơ hình HPCOBLED biểu thức (4.5) sử dụng để mơ tả phụ thuộc quang thông HPCOBLED vào nhiệt độ cách xác 4) Chúng tơi nghiên cứu ứng dụng mơ hình HPCOBLED để xác định quang thơng nhiệt độ Tc = 25 0C mà không cần sử dụng đến thiết bị điều khiển nhiệt độ TEC Kết ứng dụng mơ hình HPCOBLED để xác định quang thông HPCOBLED (P = 10 W P = 35 W, hãng Nichia, Nhật Bản) nhiệt độ Tc = 25 0C cho thấy: giá trị quang thông HPCOBLED với cơng suất P = 10 W tính theo mơ hình HPCOBLED có sai khác với giá trị thực nghiệm đo hệ đo VMI-PR-001 với sai số tương đối 0,63% so với nhà sản xuất cơng bố có sai số tương đối 1,54% Trường hợp, HPCOBLED có cơng suất P = 35 W tính theo mơ hình HPCOBLED có sai khác so với giá trị thực nghiệm đo hệ VMI-PR-001 với sai số tương đối 0,80% so với nhà sản xuất cơng bố có sai số tương đối 1,37% Như vậy, kết xác định quang thơng HPCOBLED theo mơ hình HPCOBLED có sai số tương đối so với kết thực nghiệm nhà sản xuất hồn tồn chấp nhận 105 Kết luận 1) Trong luận án này, nghiên cứu, phát triển thành công phương pháp ISSPM xây dựng hệ đo VMI-PR-001 có độ xác cao dùng để hiệu chuẩn, đo thử nghiệm quang thông LED HPCOBLED Trong trình xây dựng hệ đo VMI-PR-001, nghiên cứu thành công: i Xác định quy trình thực nghiệm lắng đọng tạo lớp phủ phản xạ khuếch tán lên bề mặt bên cầu tích phân sử dụng vật liệu BaSO4 với thông số công nghệ sau:  Tỉ lệ hợp phần dung dịch (BaSO4) : (H2O) : (C2H4O)n= 60 : 40 : 0,5  Khoảng cách phun: d = 20 cm  Áp suất phun: P = 4,5 kg/cm2  Chiều dày lớp phủ:  ~ 0,67 mm ii Thiết kế, chế tạo thành cơng cầu tích phân:  Đường kính d = m  Bề mặt phản xạ khuếch tán có: R ~ 98% độ thăng giáng độ phản xạ ΔR ≤ 1,5% khoảng bước sóng λ = (380 ÷ 780) nm có dạng hình học đo 2π 4π iii Xây dựng phần mềm đo quang thông VMI_PRLab cho hệ đo VMI-PR-001 iv Xây dựng hệ đo VMI-PR-001 sử dụng để hiệu chuẩn quang thơng khảo sát tính chất quang HPCOBLED:  Độ không đảm bảo đo mở rộng phép hiệu chuẩn quang thông HPCOBLED với U = 1,22% , hệ số phủ k = 2) Nghiên cứu ảnh hưởng dịng ni If nhiệt độ Tc đến tính chất quang HPCOBLED Trên sở kết nghiên cứu tính chất quang điện HPCOBLED xem xét mơ hình Mark.W Hodapp, chúng tơi đưa mơ hình để mơ tả phụ thuộc quang thông HPCOBLED vào nhiệt độ gọi mơ hình HPCOBLED 3) Chúng tơi nghiên cứu ứng dụng mơ hình HPCOBLED điều kiện thực để xác định quang thông HPCOBLED nhiệt độ Tc = 25 0C hệ đo quang thông không cần sử dụng đến thiết bị ổn định nhiệt độ TEC Kết ứng dụng mơ hình HPCOBLED để xác định quang thơng HPCOBLED có cơng suất P = 10 W P = 35 W (hãng Nichia, Nhật Bản) nhiệt độ Tc = 25 0C cho thấy:  Giá trị quang thơng HPCOBLED có cơng suất P = 10 W tính theo mơ hình HPCOBLED có sai khác với giá trị thực nghiệm đo hệ đo VMI-PR-001 với sai số tương đối 0,63% so với nhà sản xuất công bố có sai số tương đối 1,54%  Giá trị quang thơng HPCOBLED có cơng suất P = 35 W tính theo mơ hình HPCOBLED có sai khác so với giá trị thực nghiệm đo hệ VMI-PR-001 với sai số tương đối 0,80% so với nhà sản xuất cơng bố có sai số tương đối 1,37% Như vậy, kết xác định quang thông HPCOBLED theo mơ hình HPCOBLED có sai số tương đối so với kết thực nghiệm nhà sản xuất hồn tồn chấp nhận 106 Danh mục cơng trình [1] Quan.C.X, Xuan.V.K, Nga.N.T, Mien.V.D and Son.V.T, “Evaluation of temperature and current effects on the optical properties of high power light emitting diodes in street lighting application”, Những tiến Vật lý Kỹ thuật Ứng dụng, 2013, pp469 - 473 [2] Cao Xuân Quân, Vũ Khánh Xuân, Nguyễn Tuyết Nga Võ Thạch Sơn, “Nghiên cứu tạo lớp phủ phản xạ khuếch tán cao từ vật liệu BaSO4 lên bề mặt cầu tích phân ứng dụng đo quang thơng LEDs”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Cơng nghệ qn sự, số 31, 2014, pp150-155 [3] Quan Cao Xuan, Xuan.V.K, Nga.N.T and Son Vo Thach, “Study on luminous flux measurement system of light-emitting diode in Vietnam metrology institute”, Tạp chí khoa học công nghệ, số 101/2014 (chấp nhận đăng) [4] Cao Xuan Quan, Vu Khanh Xuan, Luu Thi Lan Anh and Vo Thach Son, “Study of Temperature Effect on luminous Flux of High Power Chip on Board Light Emitting Diode”, Comm.Phys.Vol.24, No 3(2014), pp 267-273 [5] Quan.C.X, Xuan.V.K, Trung.NN, and Sơn.V.T, “Study on luminous flux measurement of high power chip on board light emitting diodes”, Hội nghị Quang học Quang phổ lần thứ VIII, Đà Nẵng, 12-16 tháng năm 2014 [6] Cao Xuan Quan, Nguyen Ngoc Trung, Vu Khanh Xuan, Nguyen Tuyet Nga and Vo Thach Son“Tối ưu hóa hình thành lớp phủ phản xạ khuếch tán bề mặt cầu tích phân sử dụng BaSO4”, Hội nghị Quang học Quang phổ lần thứ VIII, Đà Nẵng, 12-16 tháng năm 2014 [7] Cao Xuân Quân, Vũ Khánh Xuân Võ Thạch Sơn, “Phương pháp xác định quang thông COBLED công suất cao không sử dụng thiết bị ổn định nhiệt độ TEC”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa học Công nghệ quân sự, số 33 tháng 10/2014, pp 116-119 [8] Đề tài cấp năm 2012-2013 nghiệm thu ngày 12 tháng năm 2014, Tên đề tài: “Nghiên cứu xây dựng hệ thống chuẩn quang thơng có độ xác 1,5% dùng để hiệu chuẩn đo thử nghiệm quang thông đèn LED”, chủ nhiệm đề tài: Cao Xuân Quân Bản quyền sáng chế Sáng chế 1) Cao Xuân Quân Võ Thạch Sơn, “Phương pháp chế tạo lớp phản xạ khuếch tán cao vật liệu BaSO4” (đã có chấp nhận đơn hợp lệ) 2) Cao Xuân Quân, Võ Thạch Sơn, Vũ Khánh Xn, “Hệ đo quang thơng”(đã có chấp nhận đơn hợp lệ) 3) Cao Xuân Quân Võ Thạch Sơn, “Phương pháp xác định quang thông COBLED công suất cao không sử dụng ổn định nhiệt độ TEC”(đã nộp đơn xem xét) Bản quyền 1) Cao Xuân Quân, “Bài viết cầu tích phân đường kính d=1m có lớp phủ phản xạ khuếch tán R=98%, độ thăng giáng R