Khảo sát và đề xuất các tiêu chuẩn của LED

Nhu cầu cấp thiết hiện nay là phải có một bảng tiêu chuẩn đánh giá chất lượng LED tại nước ta, trong phạm vi đề tài này với các trang bị hiện có sẽ tập trung nghiên cứu về nguyên lý phát

NGUYỄN THANH PHONG

KHẢO SÁT VÀ ĐỀ XUẤT TIÊU CHUẨN CỦA LED

Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nanô (Chuyên ngành đào tạo thí điểm)

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS : NGUYỄN VĂN HIẾU

Thành phố Hồ Chí Minh - 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

PTN CÔNG NGHỆ NANO

HVTH: Nguyễn Thanh Phong i

LÝ LỊCH KHOA HỌC

I Sơ lược lý lịch:

Họ và tên: Nguyễn Thanh Phong, Sinh ngày: 27/06/1973

Chỗ ở hiện nay: 60 đường số 1, khu phố 3, phường An Lạc, quận Bình Tân, thành phố Hồ Chí Minh

Điện thoại: Nhà riêng: 08 22362842, Di động: 0913711945

Email: vinaphong@moet.edu.vn

Cơ quan làm việc: trường THPT Bình Chánh

Địa chỉ cơ quan: 1D/17 đường Huỳnh Văn Trí, ấp 4 xã Bình Chánh, huyện Bình Chánh, thành phố Hồ Chí Minh

Điện thoại: 08 38758650

II Quá trình đào tạo:

Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian bảo vệ (ngày, tháng, năm) 29/08/1997

Nơi bảo vệ (trường, thành phố): Hội đồng chấm luận văn khoa vật lý trường Đại học

sư phạm TP Hồ Chí Minh

Người hướng dẫn khoá luận tốt nghiệp: TS Trần Quốc Hà

HVTH: Nguyễn Thanh Phong ii

III Quá trình công tác:

1998-1999 Trường THCS Vĩnh Lộc A Giáo viên

1999-2005 Trường Bồi Dưỡng Giáo dục Bình Chánh Giáo viên

2005-2012 Phòng Giáo dục huyện Bình Chánh Phụ trách chuyên môn

HVTH: Nguyễn Thanh Phong iii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 11 năm 2014

Nguyễn Thanh Phong

HVTH: Nguyễn Thanh Phong iv

đã hướng dẫn tận tình, dẫn dắt tôi nghiên cứu trong suốt đề tài, đã tạo điều kiện về nơi làm thí nghiệm để tôi thực hiện đề tài, nhắc nhở, đôn đốc, chỉ bảo tận tình để tôi hoàn chỉnh nội dung luận văn này

Để có được kiến thức làm luận văn tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy ở phòng thí nghiệm đã truyền đạt kiến thức cho tôi cụ thể: GS-TS Đặng Mậu Chiến; TS Tống Duy Hiển; TS Đoàn Đức Chánh Tín

Chân thành cảm ơn ban giám đốc cùng toàn thể nhân viên Trung Tâm Nghiên cứu

và Triển khai khu công nghệ cao đã tạo điều kiện cho tôi được làm việc với phòng sạch tại đây Bày tỏ lòng biết ơn của mình đến thày cô khoa vật lý chất rắn cao, khoa điện tử viễn thông, phòng bộ môn vật lý ứng dụng trường Đại học khoa học tự nhiên đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ cho tôi hoàn thành các thí nghiệm để hoàn thành luận văn này

Cảm ơn ThS Vũ Thế Đảng, em Đinh Hoàng Việt Minh đã đồng hành cùng tôi trong suốt quá trình làm luận văn này

Chân thành cảm ơn lãnh đạo Phòng Giáo dục và Đào tạo huyện Bình Chánh, ban giám hiệu trường THPT Bình Chánh đã tạo điều kiện để tôi có thời gian học tập và công tác trong suốt thời gian qua

Xin cảm ơn gia đình đã tạo điều kiện và kinh phí để tôi có thể học tập và công tác trong suốt thời gian vừa học tập và công tác

Trân trọng gởi đến mọi thành viên, Nguyễn Thanh Phong

HVTH: Nguyễn Thanh Phong v

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Lý thuyết vùng năng lượng với 3 vùng năng lượng của điện tử 8

Hình 2 2: Các quá trình xảy ra giữa 2 vùng năng lượng 8

Hình 2.3 Minh họa cho sự tái hợp của electron-lỗ trống 10

Hình 2.4 Minh họa cấu tạo lớp chuyển tiếp p-n bên trong LED 11

Hình 2.5 Đặc tuyến Volt –Ampe của chuyển tiếp p-n khi phân cực thuận 12

Hình 2.6 Quang phổ của ánh sáng tự nhiên 14

Hình 2.7 Phòng thí nghiệm quang học đại học Duy Tân – Đà Nẵng 22

Hình 2.8 Công ty bóng đèn Điện Quang chi nhánh Đồng An – Bình Dương 22

Hình 2.9 Kính hiển vi kết nối máy tính Olympus MX-51 đặt tại Phòng sạch-Trung tâm nghiên cứu và triển khai – khu công nghệ cao 26

Hình 2.10 Cấu tạo LED Epistar 3W 27

Hình 2.11 Hệ đo 4200-SCS tại phòng thí nghiệm Trung Tâm Nghiên cứu Triển khai (Khu Công nghệ cao Tp.HCM) 28

Hình 2.12 Đặc tuyến I-V của LED WHITE COOL 1 28

Hình 2.13 Dạng đặc tuyến I-V của các LED Epistar 3W 29

Hình 2.14 Đặc tuyến thu được của LED Die tại nhiệt độ To và T1 30

Hình 2.15 Cảm biến Synapse CCD và quang phổ kế IHR 320 30

Hình 2.16 Hệ thống Synapse CCD và buồng tối tại Phòng Thí Nghiệm Bộ Môn Vật Lý Ứng Dụng trường đại học khoa học tự nhiên 31

HVTH: Nguyễn Thanh Phong vi

Hình 2.17 Sơ đồ kết nối Camera CCD với máy tính 32

Hình 2.18 Bước sóng của LED RED1 32

Hình 2.18 Bước sóng của LED RED1 33

Hình 2.20 Bước sóng của LED WHITE WARM 1 33

Hình 2.21 Bước sóng của BLUE 1 34

Hình 2.22 Bước sóng của GREEN 1 34

Hình 2.23 Hệ đo tuổi thọ LED với các yếu tố tác động như nhiệt độ, độ ẩm vv 37 Hình 3.1 Mô hình đường đi của dòng điện từ điện cực này đến điện cực kia theo 2 giả thuyết Rooad A và road B vv 41

Hình 3.2 Mô hình đường đi của dòng điện từ điện cực này đến điện cực kia theo giả thuyết đường nhắn nhất 42

Hình 3.3 Kết quả mô phỏng hình dạng điện cực có ảnh hưởng đến mật độ dòng J chạy đến điện cực 43

Hình 3.4 Kết quả nghiên cứu hình dạng điện cực có ảnh hưởng đến mật độ dòng J chạy đến điện cực trong 4 loại LED của nhóm tác giả Jung-Tang CHU Kết quả cho thấy khi giảm khoảng cách L và tăng diện tích bao phủ của điện cực, sẽ làm tăng một cách đáng kể công suất phát sáng của LED Ta có thể thấy rằng so với mẫu LED (a) thì mẫu LED(d) có hiệu suất phát sáng cao gấp 7 lần tại cường độ 1.2A 44

Hình 3.5 Đặc tuyến I-V cho 4 loại LED với các hình dạng điện cực khác nhau 45 Hình 3.6 Hình dạng điện cực LED WHITE WARM và LED BLUE 46

Hình 3.7 Hình dạng điện cực LED RED 1 46

HVTH: Nguyễn Thanh Phong vii

Hình 3.8 Hình dạng điện cực của LED WHITE COOL, 47

Hình 3.9 Máy SEM tại phòng TN nano TT nghiên cứu và triển khai khu công nghệ cao TP.Hồ Chí Minh -Model: S-4800, HITACHI, Nhật bản 48

Hình 3.10 Một số hình ảnh được chụp từa máy SEM 48

Hình 3.11 Một số mẫu điện cực LED chụp từ máy Miroscope 48

Hình 3.12 Quy trình quan sát bề mặt điện cực của LED trên kính hiển vi kết nối máy tính 50

Hình 4.1 Hệ đo 4200-SCS tại phòng thí nghiệm Trung Tâm Nghiên cứu Triển khai (Khu Công nghệ cao Tp.HCM) 51

Hình 4.2 Kết quả đo đặc tuyến IV của chip LED 525nm (siêu sáng) tại SHTP labs Đặc tuyến gần như không đổi với 4 loại LED siêu sáng 52

Hình 4.3 Kết quả đo đặc tuyến IV của LED màu xanh tại SHTP labs Đặc tuyến gần như không đổi với 3 loại LED này ngoại trừ điện thế hoạt động Vth tăng nhẹ.52 Hình 4.4 Đặc tuyến Volt –Ampe của chuyển tiếp p-n khi phân cực thuận 53

Hình 4.5 Dạng đặc tuyến I-V của các LED Epistar 3W 54

Hình 4.5 Dạng đặc tuyến I-V của các LED Epistar 3W 55

Hình 5.1 Cảm biến Synapse CCD và quang phổ kế IHR 320 56

Hình 5.2 Hệ thống Synapse CCD và buồng tối tại Phòng Thí Nghiệm Bộ Môn Vật Lý Ứng Dụng trường đại học khoa học tự nhiên 56

Hình 5.3 Sơ đồ kết nối Camera CCD với máy tính 57

Hình 5.4 Bước sóng của LED RED1 57

HVTH: Nguyễn Thanh Phong viii

Hình 5.5 Bước sóng của LED WHITE COOL 1 58

Hình 5.6 Bước sóng của LED WHITE WARM 1 58

Hình 5.7 Bước sóng của BLUE 1 59

Hình 5.8 Bước sóng của GREEN 1 59

Hình 5.9 Bước sóng của LED RED2 60

Hình 5.10 Bước sóng của LED WHITE 2 60

Hình 5.11.Bước sóng của LED YELLOW 2 61

Hình 5.12 Bước sóng của LED BLUE 2 61

Hình 5.13 Bước sóng của LED GREEN 2 62

Hình 6.1 LED 12W âm trần trong chiếu sáng dân dụng 65

Hình 6.2 LED type 12W âm trần trong chiếu sáng dân dụng 65

Hình 6.3 LED Panel siêu mỏng gắn trần 18W-30x30 66

Hình 6.4 Biểu đồ độ rọi phòng học F.3.4 dùng đèn huỳnh quang 67

HVTH: Nguyễn Thanh Phong ix

MỤC LỤC BẢNG

Bảng 2.1 Mức năng lượng bandgap và bước sóng phát xạ 14

Bảng 2.2 các đại lượng về LED 16

Bảng 2.3 Các tiêu chuản chiếu sáng tại Việt Nam 18

Bảng 2.4 Kết quả đo bước sóng phát xạ của LED 34

Bảng 3.1 tổng kết kích thước led khảo sát 48

Bảng số liệu điện trở LED 50

Bảng 5.1 So sánh bước sóng đo thực tế và bước sóng của nhà xản xuất đưa ra 62

Bảng 5.1 So sánh bước sóng đo thực tế và bước sóng của nhà xản xuất đưa ra 63

HVTH: Nguyễn Thanh Phong x

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

LED WHITE COOL 1 LED trắng lạnh thứ nhất

LED WHITE WARM 1 LED trắng ấm thứ nhất

HVTH: Nguyễn Thanh Phong xi

MỤC LỤC

Mục lục hình v

Mục lục bảng ix

Danh sách các từ viết tắt x

Lời nói đầu 1

Chương I: Tổng quan về đề tài 2

1 Giới thiệu về các ứng dụng của LED 2

1.1 Đèn LED trong giao thông 3

1.2 Đèn LED trong chiếu sáng và trang trí ở các tòa nhà lớn 3

1.3 Đèn LED dùng trong trang trí nội thất 3

1.4 Đèn LED trong y học 3

1.5 Đèn LED trong nông nghiệp 5

1.6 Đèn LED trong quảng cáo 5

1.7 Đèn LED dùng trong báo hiệu hàng không, hàng hải, không lưu 5

1.8 Đèn LED trong ngư nghiệp 5

1.9 Công nghệ LED trong thiết bị nghe nhìn 5

1.10 Đèn LED với thời trang 6

2 Nhiệm vụ của đề tài 6

3 Công việc thực hiện 6

4 Kết quả cần đạt được 6

HVTH: Nguyễn Thanh Phong xii

5 Phương pháp thực hiện 6

6 Tiến độ thực hiện 7

Chương II: LÝ THUYẾT VỀ PHÁT QUANG CỦA LED 8

2.1 Cấu trúc và nguyên lý phát quang 8

2.1.1 Cơ chế phát xạ 8

2.1.2 Hiệu suất phát xạ 9

2.1.3 Tái hợp electron và lỗ trống 9

2.1.4 Nguyên lý phát quang nối p-n 11

2.1.5 Đặc tính điện của LED 12

2.1.6 Đặc tính quang của LED 12

2.2 Lý thuyết về ánh sáng 13

2.2.1 Phổ ánh sáng tự nhiên 13

2.2.2 Nguồn gốc ánh sáng trắng 14

2.2.3 Các đại lượng cơ bản trong quang trắc 15

2.3 Một số tiêu chuẩn đo lường quốc tế về chiếu sáng và LED 15

2.3.1 Bảng 2.2 các đại lượng về LED 16

2.3.3 Tiêu chuẩn Nhật Bản 17

2.3.4 Tiêu chuẩn TM-21-11 17

2.3.5 Các tiêu chuẩn khác 17

2.3.5.2 Chuẩn chất lượng LED 18

HVTH: Nguyễn Thanh Phong xiii

2.3.5.2 Phương pháp kiểm tra LED 18

2.4 Tiêu chuẩn đo lường Việt Nam về chiếu sáng 18

2.4.1 Tiêu chuẩn chiếu sáng dân dụng 21

2.4.2 Tiêu chuẩn chiếu sáng công cộng 21

2.4.3 Tiêu chuẩn chiếu sáng học đường 21

2.4.4 Các Phòng thí nghiệm đo lường quang học 21

2.4.5 Cơ quan chức năng về đo lường quang học 22

2.5 Phương pháp đo các thông số kỹ thuật của LED 22

2.5.1 Phòng thí nghiệm công nghệ bán dẫn, Trung tâm nghiên cứu triển khai, Khu Công Nghệ Cao Thành phố Hồ Chí Minh 23

2.5.2 Bộ môn Vật lý ứng dụng, Khoa Vật lý - Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học hoc học tự nhiên 25

2.5.4 Các nội dung thực hiện tại các phòng thí nghiệm cho đề tài 25

2.5.4.1 Quan sát hình dạng điện cực 26

2.5.4.2 Khảo sát đặc tuyến IV của LED Epistar 3W 27

2.5.4.2 Khảo sát bước sóng phát xạ của LED Epistar 3W 30

2.5.5 Các thông số về tuổi thọ LED 36

Chương III: KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ HÌNH DẠNG ĐIỆN CỰC LED 39

3.1 Bài toán hình dạng điện cực tối ưu 39

3.1.1 Khái niệm điện cực và thiết kế mặt nạ điện cực 40

3.1.2 Cơ sở tính toán lý thuyết cho hình dạng điện cực tối ưu 40

HVTH: Nguyễn Thanh Phong xiv

3.1.3 Cơ sở mô phỏng cho hình dạng điện cực tối ưu 42

3.1.4 Xu hướng phát triển của vật liệu điện cực 44

3.2 Hình dạng điện cực LED 46

3.3 Đo điện trở bề mặt 50

3.3.1 Mô tả cách đo 50

3.3.2 Bảng số liệu điện trở LED 50

Chương IV: KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TUYẾN IV CỦA LED 51

4.1 Lý thuyết đặc tuyến IV 51

4.2 Một số kết quả mô phỏng cấu trúc UVLED 52

4.3 Qui trình đo 53

4.4 Kết quả đo đặc tuyến IV 54

4.5 Khảo sát đặc tuyến I-V theo nhiệt độ 54

Chương V KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ BƯỚC SÓNG PHÁT XẠ CỦA LED 56 5.1 Mô tả hệ đo bước sóng phát xạ 56

5.2 Kết quả đo bước sóng phát xạ 57

5.3 Đánh giá và tiêu chuẩn bước sóng phát xạ 63

Chương VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 64

6.1 Các nội dung đề tài thực hiện 64

6.1 1 Đề xuất các tiêu chuẩn LED 64

6.1.2.Khảo sát một số ứng dụng chiếu sáng LED 64

HVTH: Nguyễn Thanh Phong xv

6.1.2.3 Các đề xuất về hành chính 68

6.1.2.4 Đề xuất xây dựng phòng thí nghiệm đo kiểm LED 68

6.1.2.5 Triển vọng của LED 69

6.2 Các nội dung còn tồn động 70

6.3 Hướng phát triển của đề tài 70

Tài liệu tham khảo 71

Phụ lục 74

LỜI NÓI ĐẦU

Sự phát triển của công nghệ bán dẫn đang được ứng dụng rộng rãi trong đời sống hiện nay Có rất nhiều loại linh kiện, thiết bị được chế tạo dựa trên cơ sở của ngành công nghệ này Một trong số đó phải kể đến sự ra đời của LED Theo xu hướng hiện nay của thế giới đó là tiết kiệm năng lượng và sử dụng năng lượng xanh, nước ta cũng đang hòa nhập theo xu hướng trên với sự phát triển mạnh mẽ của LED trong chiếu sáng Thị trường LED chiếu sáng tại Việt Nam rất đa dạng, nhưng chúng

ta chưa có một tiêu chuẩn chất lượng cho LED, gây ảnh hưởng tới người tiêu dùng Nhu cầu cấp thiết hiện nay là phải có một bảng tiêu chuẩn đánh giá chất lượng LED tại nước ta, trong phạm vi đề tài này với các trang bị hiện có sẽ tập trung nghiên cứu về nguyên lý phát quang, các đại lượng về quang học, các đặc trưng về điện của LED Từ đó tiến hành đo đạc khảo sát thực tế trên các LED thu thập từ thị trường, đưa ra nhận xét về chất lượng các LED này

Trên cơ sở những gì làm được, đề ra phương hướng làm sao có thể xây dựng một phòng thí nghiệm đo kiểm LED với mục đích lập ra bảng tiêu chuẩn chất lượng LED cho thị trường Việt Nam

Toàn bộ khóa luận được trình bày trong 5 chương ứng với các nội dung về lý thuyết và sử dụng máy móc thực tế để đo lường các thông số điện và quang của LED:

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 2: Lý thuyết về phát quang của LED

Chương 3: Khảo sát và đánh giá hình dạng điện cực LED

Chương 4: Khảo sát và đánh giá đặc tuyến IV của LED

Chương 5 Khảo sát và đánh giá bước sóng phát xạ của LED

Chương 6: Kết luận và hướng phát triển

Chương I:

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1 Giới thiệu về các ứng dụng của LED

Đèn LED ra đời từ những năm 60 của thế kỷ 20 và đến nay đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội Với nhiều cái “nhất” và “siêu” như: tuổi thọ cao nhất, có lợi cho sức khỏe nhất, siêu sáng, siêu tiết kiệm điện… đèn LED đã mang lại lợi ích vô cùng to lớn cho nhân loại Sau đây là những ứng dụng chứng tỏ được ưu thế vượt trội của nó LED được dùng để làm bộ phận hiển thị trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông.Có nghiên cứu về các loại LED có độ sáng tương đương với bóng đèn bằng khí neon Đèn chiếu sáng bằng LED được cho là có các ưu điểm như gọn nhẹ, bền, tiết kiệm năng lượng

Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa cho đồ điện tử dân dụng

Hiện tại đèn LED trắng có tuổi thọ tới 100.000 giờ sử dụng, gấp 100 lần so với bóng đèn 60W Điều này có nghĩa là chúng có thể thắp sáng liên tục trong vòng 60năm Và hơn thế nữa chúng dùng điện áp thấp cho nên không gây cháy nổ mà tích kiệm điện hơn nhiều so với bóng đèn khác

Điểm hấp dẫn ở loại đèn này là này nó có thể sử dụng để lắp đặt ở những nơi khó thay lắp chẳng hạn như bên ngoài toà nhà, bể bơi v.v thay vì phải sử dụng bóng đèn thông thường

Do những đặc điểm nổi trội trên nên giờ đèn LED đã được ứng dụng để Quảng Cáo Và cuộc cách mạng về đèn LED sẽ nhanh chóng thay đổi những biển quảng cáo, hộp đèn, đèn neon sign cũ kỹ Và nhanh tay cho những ai biết nắm bắt để có

cơ hội quảng bá Thương Hiệu, Cửa Hàng, Sản Phẩm v v bằng đèn LED

Khi đang thực hiện đề tài này thì giải Nobel Vật lý 2014 vừa được trao cho ba nhà khoa học Isamu Akasaki, Hiroshi Amano và Shuji Nakamura đã “phát minh ra các diode phát ánh sáng (LED) màu xanh dương cho phép tạo ra các nguồn sáng trắng sáng hơn và tiết kiệm năng lượng" Các diode xanh lá và đỏ đã xuất hiện từ

khá lâu nhưng vì không có ánh sáng xanh nên không thể tạo ra các bóng đèn trắng Bất chấp các nỗ lực, trong cả cộng đồng khoa học và trong ngành công nghiệp, bóng LED xanh vẫn là một thách thức trong ba thập kỷ

Ngày nay, theo cùng nhịp độ phát triển của khoa học, các cuộc nghiên cứu về LED và các ứng dụng của nó cũng đạt được những tiến bộ rõ rệt Xu thế nổi bật nhất hiện nay là nghiên cứu chế tạo LED trắng để ứng dụng vào lĩnh vực chiếu sáng, dần dần sẽ thay thế các bóng đèn huỳnh quang truyền thống vừa tiêu hao điện năng lớn, vừa có thời gian sử dụng ngắn hơn LED

1.1 Đèn LED trong giao thông

Trong giao thông, công nghệ LED tỏ ra vượt trội trong việc thỏa mãn tiêu chí tiết kiệm điện năng, mỹ quan, dễ điều khiển và bảo vệ môi trường

Tại Mỹ, nếu 50% việc chiếu sáng hiện nay được thay thế bằng cách chiếu sáng bằng LED, nước Mỹ vẫn được chiếu sáng như vậy nhưng bớt đi được 41 GW

Còn ở Đài Loan đã thay hơn 690.000 đèn giao thông trong một dự án tiết kiệm đủ điện năng để cung cấp cho hơn 60.000 hộ dân Theo Cục Năng lượng Đài Loan: “Đèn giao thông LED không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn an toàn hơn vì chúng sáng hơn và dễ nhìn thấy hơn.”

1.2 Đèn LED trong chiếu sáng và trang trí ở các tòa nhà lớn

Tuy chi phí lắp đặt ban đầu của đèn LED cao hơn so với các loại đèn khác nhưng khoản tiết kiệm điện năng đem lại còn nhiều hơn chi phí bỏ ra nên nhiều nơi trên thế giới đã có kế hoạch thay thế đèn chiếu sáng bằng đèn LED

Chuỗi nhà hàng của Chilê (gồm 827 nhà hàng) công bố kế hoạch sử dụng 125.000 bóng đèn LED, giúp tiết kiệm một khoản chi phí khổng lồ, khoảng 3,7 triệu USD/năm và trở thành đơn vị sử dụng LED lớn nhất tại Mỹ từ trước đến nay

Tòa nhà chọc trời Torre Agbar (Agbar tower - tháp Agbar) ở quảng trường Glòries Catalanes thuộc thành phố Barcelona, Tây Ban Nha có hệ thống chiếu sáng

về đêm bao gồm 4.500 đèn LED được điều khiển bởi hệ thống máy tính tự động, cho phép chiếu sáng với hơn 40 màu sắc bằng nhiều hình thù khác nhau

1.3 Đèn LED dùng trong trang trí nội thất

Đèn LED còn dùng để làm cho nội thất vừa có vẻ đẹp vừa huyền bí, vừa hiện đại với các thiết bị nội thất như bàn ghế, gường, bồn tắm… Ánh sáng nhiều màu của đèn LED sẽ được thiết kế phù hợp với tâm trạng, cảm giác của chủ nhân căn phòng và mục đích sử dụng

1.4 Đèn LED trong y học

Trẻ hóa da bằng đèn LED: Đèn chiếu LED được sử dụng với một bước sóng phù hợp ánh sáng màu vàng (bước sóng 590 nm), với cường độ thấp tạo ra một chuỗi tia sáng phát theo xung, được lập trình đặc biệt nhằm tác động kích thích quá trình trẻ hóa tự nhiên của da, theo công nghệ điều biến quang để điều biến tăng hoặc giảm hoạt động của các tế bào sống Khi chiếu vào da, các LED được lập trình sẵn

này sẽ tác động kích thích cơ thể tăng sinh collagen và elastin bên dưới

Trị vàng da bằng đèn LED: Vàng da sơ sinh - một trong những căn bệnh phổ biến ở trẻ sơ sinh Đèn LED cung cấp đủ ánh sáng cần thiết để loại bỏ lượng sắc tố vàng cam trong máu ở bệnh nhân bị dư thừa sắc tố vàng cam - căn bệnh có thể dẫn đến các tổn thương nghiêm trọng về não thậm chí tử vong Liệu pháp dùng đèn chiếu vàng da là một trong những biện pháp đơn giản và an toàn nhất để điều trị căn bệnh này

Điều trị mụn trứng cá bằng kỹ thuật LED: Đèn LED với bước sóng phù hợp, tạo ra một chuỗi tia sáng phát ra cường độ thấp, được lập trình đặc biệt nhằm tác động sâu xuống trung bì da, kích thích tăng sinh collagen và elastin, thúc đẩy quá trình chống viêm da, làm lành da và điều tiết làm giảm nhờn da

Phát hiện ung thư nhờ đèn LED: Nhóm nghiên cứu từ Hàn Quốc, dẫn đầu là giáo sư Keon Jae Lee của Bộ Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật (KAIST) đã sử dụng đèn LED gallium nitride (GaN) tương hợp sinh học để phát hiện ung thư tiền liệt tuyến "Chiếc đèn LED tích hợp sinh học đại diện cho một công nghệ mới với tiềm năng mạnh mẽ để giải quyết các thách thức quan trọng trong sức khỏe con người, giúp những người mắc bệnh ung thư có thêm lựa chọn khác để điều trị", Giáo sư John Roger từ Bộ Khoa học Vật liệu và Kỹ thuật, UIUC nói trên ScienceDaily

1.5 Đèn LED trong nông nghiệp

Đặc tính của cây trồng là chỉ hấp thụ một dải phổ ánh sáng nhất định, không phải hấp thụ toàn dải ánh sáng như ánh sáng trắng Do đó lá cây sẽ có màu, vì dải ánh sáng mà lá cây không hấp thụ sẽ phản xạ trở lại môi trường LED có đặc điểm

là phát ra dải sáng hẹp nên tùy theo loại cây trồng cần hấp thụ dải sáng nào sẽ dùng loại bóng LED có dải sáng thích hợp để giảm chi phí tiêu thụ năng lượng và giảm chi phí đầu tư, tăng hiệu suất canh tác tránh lãng phí, thích hợp cho việc canh tác trong nhà kính, và các sản phẩm nông nghiệp chất lượng cao

Hệ thống chiếu sáng cung cấp ánh sáng cho cây quan hợp sử dụng ánh sáng nhân tạo để cây sinh trưởng nên điện năng tiêu thụ là rất lớn Tuy nhiên, nhờ chiếu sáng bằng đèn LED, hệ thống sẽ sử dụng 1 lượng điện năng tối thiểu

1.6 Đèn LED trong quảng cáo

Các bảng hiệu quảng cáo đã có sự phát triển với sự đa dạng về chủng loại cũng như phong cách Nổi bật trong số đó là sự xuất hiện của đèn LED được các nhà quảng cáo rất “trọng dụng”

1.7 Đèn LED dùng trong báo hiệu hàng không, hàng hải, không lưu

Đặc điểm các loại đèn này là hoạt động chớp tắt liên tục, ánh sáng màu theo qui định, lắp trên các điểm cao như nóc tòa nhà cao tầng, tháp truyền hình, trạm phát sóng, cột điện cao áp, trạm truyền tải điện, sân bay và vị trí lắp đặt khó tiếp cận với nguồn điện lưới mà phải dùng acquy, năng lượng mặt trời.…

Đèn LED là loại đèn thỏa mãn được các yếu tố trên: tuổi thọ cao, giảm chi phí thay thế, tiêu hao năng lượng ít, dãi màu đa dạng…

1.8 Đèn LED trong ngư nghiệp

Việc sử dụng đèn LED sẽ tiết kiệm được khoảng 80% chi phí nhiên liệu, tăng sản lượng đánh bắt cá lên khoảng 24,5%, mực lên khoảng 41,6%

Các nghiên cứu trên tàu đánh bắt cá kiếm, người ta thấy lượng năng lượng được tiết kiệm đạt tới 86,7% Ngoài ra chất lượng đánh bắt nhờ ánh sáng LED cải thiện rõ rệt với số lượng cá thu được gia tăng 24,5% Trên tàu đánh bắt mực, năng lượng tiết kiệm chỉ ở mức 40,1% và sản lượng mực thu được lại vượt trên 41,6% Ánh sáng LED cũng phù hợp hơn với sinh lý cá

1.9 Công nghệ LED trong thiết bị nghe nhìn

Màn hình máy tính và ti vi công nghệ LED có ưu điểm vượt trội so với các công nghệ trước đây (TV Plasma, LCD, ti vi đèn hình ống tia điện tử) vì nó cung cấp màu sắc tươi sáng, chất lượng cao, hình ảnh cực kỳ sắc nét mà không chiếm không gian TV đèn nền LED cũng có chất lượng phát ánh sáng cao bởi vì chúng

sử dụng một đi-ốt phát ánh sáng để tạo ra những hình ảnh siêu sáng

1.10 Đèn LED với thời trang

Đèn LED có kích thước nhỏ, tiêu hao điện năng ít, sử dụng dòng điện 1 chiều điện áp thấp, an toàn khi sử dụng nên đã được sử dụng trong cả lĩnh vực thời trang trong các bộ váy dạ hội, dày, cà vạt, bông hoa tai, mi mắt…

Ngày nay, đèn LED đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của xã hội nhờ những tính năng ưu việt của nó về tuổi thọ, tiết kiệm điện, có lợi cho sức khỏe… Tuy nhiên, ở Việt Nam, việc ứng dụng đèn LED vẫn còn rất hạn chế Nguyên nhân

là do người dân chưa nhận thức đầy đủ về hiệu quả thiết thực mà đèn LED mang lại Nguyên nhân khác là là do chi phí đầu tư ban đầu còn khá cao Vì vậy Chính phủ cần có cơ chế, chính sách khuyến khích các doanh nghiệp sản xuất đèn LED,

từ đó hạ giá thành sản phẩm; đồng thời tăng cường công tác truyên truyền nhằm nâng cao nhận thức của người dân về những lợi ích thiết thực mà đèn LED mang lại cho chính họ và cộng đồng

2 Nhiệm vụ của đề tài

Qua việc khảo sát ảnh hưởng của kích thước bề mặt điện cực đến các thông số bán dẫn LED hiện có trên thị trường LED và đề xuất tiêu chuẩn đo kiểm LED

3.Công việc thực hiện

- Tổng quan các tài liệu về bán dẫn, LED

- Tổng quan các tiêu chuẩn về LED của một số hãng chế tạo

- Thu thập các LED bán trên thị trường Việt Nam

- Khảo sát các thông số kỹ thuật của LED: Dùng kính hiển vi để khảo sát hình dạng điện cực, đo đặc tuyến I-V, kiểm tra bước sóng phát xạ, xây dựng hệ đo độ rọi

- Qua các kết quả khảo sát, nhận xét và đánh giá các thông số kỹ thuật của LED hiện có so với tiêu chuẩn công bố

- Đề xuất qui trình kiểm tra và đánh giá LED khi vào thị trường Việt Nam

4 Kết quả cần đạt được

- Nắm vững các kiến thức về cấu trúc và phát quang của LED

- Khảo sát được bề mặt của LED có trên thị trường

- Đánh giá các thông số kỹ thuật của các LED khảo sát có trên thị trường

- Hình thành qui trình kiểm tra và đánh giá LED

5 Phương pháp thực hiện

- Tham khảo các tài liệu về LED qua các công trình/ đề tài/ bài báo nghiên cứu Tham khảo các tiêu chuẩn và qui trình kiểm tra LED của các PTN tại Việt Nam (Viện đo lường VN, Vinatest, )

- Sử dụng các thiết bị khảo sát LED tại Trung tâm Nghiên cứu triển khai (Khu Công nghệ cao Tp.HCM) và Phòng thí nghiệm quang phổ (BM Vật lý ứng dụng, Trường Đại học KHTN)

- Dùng phần mềm Igro Pro phân tích dữ liệu và vẽ đồ thị

- So sánh và đánh giá và để xuất xây dựng một trung tâm đo kiểm LED

6 Tiến độ thực hiện

Tháng 12/2012: Tiếp cận đề tài

Tháng 04/2013: Thu thập tài liệu liên quan, viết đề cương

Tháng 06/2013: Xác định các nội dung thực hiện

Tháng 11/2013: Thu thập LED và đo bề mặt, đặc tuyến tại SHTP

Tháng 4-5/2014: Tiến hành các thông số đo khác

Tháng 06/2014: Viết báo cáo

Tháng 11/2014: Báo cáo

Chương II:

LÝ THUYẾT VỀ PHÁT QUANG CỦA LED

2.1 Cấu trúc và nguyên lý phát quang

2.1.1 Cơ chế phát xạ

Theo lý thuyết vật chất, bán dẫn có hai mức năng lượng: Mức hoá trị và mức dẫn điện Do đó năng lượng của điện tử chia thành 3 vùng: Vùng dẫn điện (condution band) ,vùng cấm (energy gap) và vùng hoá trị (valence band)

Hình 2.1: Lý thuyết vùng năng lượng với 3 vùng năng lượng của điện tử

Có 3 quá trình xảy ra giữa 2 vùng năng lượng: Hấp thụ, phát xạ và phát xạ

kích thích

Hình 2 2: Các quá trình xảy ra giữa 2 vùng năng lượng

- Bước sóng do nguồn quang phát ra phụ thuộc vào vật liệu chế tạo nguồn quang

Trong đó:

h: hằng số blanck (6,625.10-23 j.s); c: Vận tốc ánh sáng (300.000 km/s);

Eg: bề rộng khe năng lượng (eV); v: tần số phát xạ ra (Hz)

- Muốn nguồn quang phát ra ánh sáng có bước sóng dài thì phải dùng chất bán dẫn

có bề rộng khe năng lượng hẹp và ngược lại LED tiếp xúc mặt GaAs

2.1.2 Hiệu suất phát xạ

Hầu hết các loại LED đều được chế tạo để khi chiếu sáng công suất quangnhỏ hơn 30 - 60 milliwatts điện [mW] Khoảng năm 1999, Philips Lumileds giới thiệu cáp duy trì năng lượng LEDs chỉ sử dụng 1 watt [W] Chúng tiêu chiếm nhiều không gian cho chất bán dẫn chết so với chất bán dẫn hoạt động hay điều khiển năng lượng thoát ra Chất bán dẫn chết được gắn lên trên thanh kim loại để cho nhiệt thoát ra khỏi LED

Một trong những điểm thuận lợi chính của ánh sáng dựa trên LED là tính hiệu quả cao của nó như là được đo đạt bởi ánh sáng mà nó phát ra trên mỗi đơn vị năng lượng đi vào LEDs trắng đã mau chóng đánh dấu và vượt lên cả hiệu quả tiêu chuẩn của hệ thống siêu ánh sáng Vào năm 2002, Lumileds đã làm cho LED 5 watt hiện lên với 1 hiệu suất toả sáng với 18 – 22 lumens/watt [lm/W]

Với sự so sánh này, 1 bóng đèn 60 – 100W nóng sáng bình thường phát ra khoảng 15 lm/W và tiêu chuẩn ánh sáng huỳnh quang phát ra trên 100 lm/W

Chúng ta nên lưu ý rằng nếu năng lượng lớn hơn 1 W thì ứng dụng tốt cho việc ứng dụng chiếu sáng vào thực tế Dòng điện đặc thù cho các LED này được cung cấp ban đầu là 350 m Những đèn LED năng lượng lớn có hiệu quả được công

ty Philip là Lumileds Lighting đòi hỏi là hiệu suất chiếu sáng là 115 lm/W ở 350

Mật độ hạt tải tổng cộng được tính bằng tổng nồng độ hạt tải ở trạng thái cân bằng và mật độ hạt tải thừa:

n=n o +Δn và p=p o +Δp (2.4)

Ở đây Δn và Δp lần lượt là nồng độ electron thừa và lỗ trống thừa

Biểu đồ của bán dẫn có electron và lỗ trống được thể hiện trong hình 2.1

Hình 2.3 Minh họa cho sự tái hợp của electron-lỗ trống

Số tái hợp xảy ra trong 1 đơn vị thời gian trong 1 đơn vị thể tích tỉ lệ với tích của nồng độ electron và lỗ trống

2.1.4 Nguyên lý phát quang nối p-n

Hình 2.4 Minh họa cấu tạo lớp chuyển tiếp p-n bên trong LED

Thành phần quan trọng nhất trong cấu tạo của LED là lớp chuyển tiếp p-n Chuyển tiếp p-n được hình thành khi cho bán dẫn loại p tiếp xúc với bán dẫn loại n.Bán dẫn loại p (nhóm V) chứa nhiều lỗ trống tự do mang điện tích dương,bán dẫn loại n (nhóm III) chứa nhiều điện tử tự do mang điện tích âm.Khi cho hai loại bán dẫn này tiếp nhau ,các lỗ trống có xu hướng chuyển động khuếch tán sang bán dẫn loại n, cũng lúc khối bán dẫn loại p nhận thêm điện tử (điện tích âm) từ khối bán dẫn n chuyển sang Kết quả là khối bán dẫn p tích điện âm (thiếu lỗ trống,dư thừa điện tử) và khối bán dẫn n tích điện dương (thiếu điện tử ,dư thừa lỗ trống) Ở biên giới vùng tiếp xúc hình thành điện trường làm cho một số điện tử bị lỗ trống hút ,và khi chúng tiến lại gần nhau ,chúng có xu hướng kết hợp lại với nhau tạo thành nguyên tử trung hòa điện.Quá trình này giải phóng ra năng lượng dưới dạng photon làm LED phát sáng

Tùy theo mức năng lượng giải phóng cao hay thấp mà bước sóng ánh sáng phát khác nhau (tức màu sắc của LED sẽ khác nhau) Mức năng lượng (và màu sắc của LED) hoàn toàn phụ thuộc vào cấu trúc năng lượng của các nguyên tử chất bán dẫn

LED thường có điện thế phân cực thuận cao hơn điốt thông thường, trong khoảng 1,5 đến 3V Nhưng điện thế phân cực nghịch ở LED thì không cao Do đó LED rất dễ bị hư hỏng do điện thế ngược gây ra

2.1.5 Đặc tính điện của LED

Khi LED được áp điện thế thấp ,dòng điện đi qua chủ yếu là dòng do bức xạ không tái hợp và một phần tái hợp ở bề mặt.Khi điện thế tăng ,dòng chủ yếu là dòng bức xạ khuếch tán

Với điện áp thuận VF, dòng điện thuận tương ứng là:

Hình 2.5 Đặc tuyến Volt –Ampe của chuyển tiếp p-n khi phân cực thuận

2.1.6 Đặc tính quang của LED

Hiệu suất lượng tử nội, hiệu suất lượng tử phát ra, hiệu suất lượng tử ngoài

và hiệu suất năng lượng:

Hiệu suất lượng tử nội được định nghĩa như sau:

Ở đây P là công suất quang học phát vào không gian

Hiệu suất lượng tử ngoài được định nghĩa là:

Phổ điện từ bao gồm tất cả các bước sóng hay các tần số của bức xạ điện từ

có năng lượng từ rất thấp cho đến các bức xạ điện từ có năng lượng rất cao Ánh sáng mặt trời bao gồm các bước sóng: sóng hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy và sóng cực tím (UV) Tuy nhiên, mắt người chỉ nhìn thấy ánh sáng có bước sóng từ 400-700nm Ánh sáng khả kiến có quang phổ tạo ra từ 7 dải màu: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím

Ngày nay với sự phát triển của ngành công nghệ vật liệu và bán dẫn đã tạo ra các loại LED có các màu sắc tương ứng với dải quang phổ của ánh sáng tự nhiên:

Mối liên hệ giữa bước sóng phát xạ và năng lượng bức xạ.Công thức:

Hình 2.6 Quang phổ của ánh sáng tự nhiên

Bảng 2.1 Mức năng lượng bandgap và bước sóng phát xạ

2.2.2 Nguồn gốc ánh sáng trắng

Ánh sáng được coi như là ánh sáng trắng nếu 3 loại tế bào hình nón trên võng

mạc của mắt người bị kích thích với một tỷ lệ nhất định Một cách dùng để tạo ra

ánh sáng trắng là dùng 2 màu ánh sáng đơn sắc, gọi là các màu bổ sung Cũng có

thể tạo ra ánh sáng trắng là gây ra bức xạ 3 màu.Nếu những màu sắc được phát ra

ở các bước sóng nhất định với tỷ lệ công suất nhất định thì hỗn hợp ánh sáng thu được là ánh sáng trắng

Một cách khác để tạo ra ánh sáng trắng là cho phát ra 1 băng rộng trên toàn

bộ phổ khả kiến

2.2.3 Các đại lượng cơ bản trong quang trắc

Quang thông Ф: đại lượng thông lượng ánh sáng dùng trong kỹ thuật chiếu

sáng được đo trong đơn vị lumens (lm) Một lumen của ánh sáng, không phụ thuộc

vào bước sóng của nó (màu), tương ứng với độ sáng mà mắt người cảm nhận được Mắt người cảm nhận khác nhau đối với các ánh sáng có bước sóng khác nhau, cảm nhận mạnh nhất đối với bước sóng 555 nm Một nguồn sáng đơn sắc phát ra 1 bước sóng 555nm có công suất phát sáng 1/683 Watt có quang thông là 1 lumen (lm) Lumen là đơn vị SI kí hiệu là lm

Cường độ sáng I: đo trong đơn vị candela (cd) Đó là thông lượng của một

nguồn sáng phát ra trong một đơn vị góc không gian (steradian).Candela là một đơn

vị cơ bản dùng trong việc đo thông số nguồn sáng và được tính như sau: 1 candela

là cường độ mà một nguồn sáng phát ra 1 lumen đẳng hướng trong một góc đặc Một nguồn sáng 1 candela sẽ phát ra 1 lumen trên một diện tích 1 mét vuông tại một khoảng cách một mét kể từ tâm nguồn sáng Có thể thấy cường độ nguồn sáng giảm theo khoảng cách kể từ nguồn sáng 1cd = 1lm/1steradian

Độ rọi E: là đại lượng đặc trưng cho thông lượng ánh sáng trên một đơn vị

diện tích Một diện tích mặt cầu 1m2 có một nguồn sáng cường độ 1 candela sẽ có

độ rọi là 1 lux 1lux = 1lm/1m2

Độ chói L: là cường độ của một nguồn sáng phát ánh sáng khuếch tán mở

rộng hoặc của một vật phản xạ ánh sáng Độ chói là đại lượng đặc trưng cho mật độ phân bố cường độ sáng I trên một bề mặt diện tích S theo một phương cho trước 1nit = 1cd/1m2

Hệ số phản xạ: là đại lượng đo bằng tỷ số giữa quang thông phản xạ (Φr) của vật thể so với quang thông tới của nó (Φ)

r



 

 (2.12)

Hệ số hấp thụ: là đại lượng đo bằng tỷ số giữa quang thông được hấp thụ

(Φa) của vật thể so với quang thông tới của nó (Φ)

a



 

Phân bố phổ: trình diễn phổ của bức xạ vùng nhìn thấy nêu lên mối tương

quan giữa công suất bức xạ phụ thuộc vào bước sóng

Nhiệt độ màu: (Đo bằng đơn vị Kenvin) Là màu của ánh sáng mà nguồn

sáng phát ra Nhiệt độ màu được định nghĩa là nhiệt độ tuyệt đối của một vật bức

xạ đen có phổ bức xạ giống phổ bức xạ của nguồn sáng

Độ hoàn màu: được biểu diễn bằng chỉ số hoàn màu (CRI) có độ lớn từ 0

đến 100, diễn tả độ hoàn màu của các vật được chiếu sáng trong mắt người so với màu thực của nó CRI càng cao thì khả năng hoàn màu càng lớn

Hiệu suất của đèn: là đại lượng đo hiệu suất của nguồn sáng trong đơn vị

lumen trên Oát (LPW), là tham số xác định lượng ánh sáng phát ra khi tiêu thụ một Oát năng lượng điện

Thời gian sống trung bình: là thời gian mà 50% số lượng đèn sử dụng bị

cháy (thường được xác định trong phòng thí nghiệm)

Do điều kiện về thiết bị khảo sát, phần luận văn tốt nghiệp này tập trung khảo sát các thông số kỹ thuật của LED gồm: hình dạng điện cực, đặc tuyến IV, bước sóng phát xạ và độ rọi

2.3 Một số tiêu chuẩn đo lường quốc tế về chiếu sáng và LED

2.3.1 Bảng 2.2 các đại lượng về LED

2 Light Distribution Phân bố ánh sáng

4 Lumen maintenance Độ ổn định cường độ sáng

6 Colour – CCT (Color_

temperature )

Nhiệt độ màu

7 Colour – maintenance Độ ổn định màu

8 Colour – spatial uniformity Độ đồng đều màu

9 Colour – spectral output Phổ màu phát xạ

12 Life – premature failure Khả năng lỗi

13 Life – rapid cycle switching Tốc độ đóng cắt nguồn

14 Life – end of life behaviour Vận hành ảnh hưởng đến tuổi thọ

2.3.2 Tiêu chuẩn của Mỹ (LM-79-08, LM-80-08…)

LM-79-08 Approved Method for Electrical and Photometric Measurement of SSL Products

LM-80-08 Approved Method for Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources RP-16-05 addendum a (2008) -section on light emitting diodes

Đính kèm phụ lục

2.3.3 Tiêu chuẩn Nhật Bản

1 JIS C 8155, LED module for general lighting service

2 TS C 8153, White light emitting diode devices for general lighting – performance specifications

3 IS C 8157, Self-ballasted LED lamps for general lighting services – performance requirements

2.3.5.2 Chuẩn chất lượng LED

1 ANSI C78.377-2008, Specification for Chromaticity of SSL Products

2 ENERGY STAR® Program Requirements, for Residential Light Fixtures - Eligibility Criteria – Version 4.3

3 EPA ENERGY STAR® Program Requirements for Solid State Lighting

Luminaires - Eligibility Criteria – Version 1.1

4 EPA first draft ENERGY STAR Luminaires specification, to replace the

Residential Light Fixtures (RLF, V4.3) and Solid State Lighting (SSL, V1.1)

5 DoE ENERGY STAR® Program Requirements for Integral LED Lamps,

DRAFT

6 UK Energy Saving Trust - LED Requirements for Replacement Lamps and Luminaires

2.3.5.2 Phương pháp kiểm tra LED

1 CIE Technical Report 127-2007, Measurement of LEDs

2 IESNA LM-79-2008, Approved Method for the Electrical and Photometric Measurements of Solid State Lighting Products

3 IESNA LM-80-2008, Approved Method for Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources

4 ASSIST May 2008, Recommendations for Testing and Evaluating White LED Light Engines and Integrated LED Lamps Used in Decorative Lighting Luminaires, Volume 4, Issue 1 May 2008 Revised April 2009

5 JIS C8152 & JEL311, Measurement methods and photometry for white light LEDs

6 Note that many IEC performance standards include test methods

2.4 Tiêu chuẩn đo lường Việt Nam về chiếu sáng

Bảng 2.3 Các tiêu chuẩn chiếu sáng tại Việt Nam

TCVN 6479:2010 Balat dùng cho bóng đèn huỳnh quang dạng

ống Yêu cầu về tính năng

ống và đui stacte

quang

Phương pháp xác định hiệu suất năng lượng

và yêu cầu an toàn

thể đối với balát điện tử được cấp điện từ nguồn một chiều hoặc xoay chiều dùng cho bóng đèn phóng điện (không kể bóng đèn huỳnh quang)

thể đối với balát điện tử được cấp điện từ nguồn xoay chiều dùng cho bóng đèn huỳnh quang

thể đối với balát dùng cho bóng đèn huỳnh quang

thể đối với balát dùng cho bóng đèn phóng điện (không kể bóng đèn huỳnh quang)

an toàn

đình và chiếu sáng thông dụng tương tự Yêu cầu chung về tính năng

năng

TCVN 7671-1:2007 Bóng đèn sợi đốt Yêu cầu về an toàn Phần 1:

Bóng đèn có sợi đốt bằng vonfram dùng ong gia đình và chiếu sáng thông dụng tương tự

thông dụng Yêu cầu về an toàn

thông dụng Yêu cầu về tính năng

chiều dùng cho bóng đèn huỳnh quang dang ống Yêu cầu về tính năng

bóng đèn phóng điện (không kể bóng đèn huỳnh quang dạng ống) Yêu cầu về tính năng

nghiệm

điện lắp chìm

điện dùng cho chiếu sáng đường phố

pha

điện có biến áp hoặc bộ chuyển đổi lắp sẵn dùng cho bóng đèn sợi đốt

về tính năng

năng lượng

Hiệu suất năng lượng

TCVN 8248:2009 Ba lát điện từ dùng cho bóng đèn huỳnh quang

Hiệu suất năng lượng

năng lượng

Theo bảng số liệu về hệ thống tiêu chuẩn cho các thiết bị chiếu sáng ta thấy rằng Việt Nam chưa hề có bộ tiêu chuẩn cho đo kiểm hay quy chuẩn cho các thiết

bị chiếu sáng sử dụng LED Có thể nói, đây là một thiếu xót rất lớn ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm người dân sử dụng, cũng như nền sản xuất sẽ tạo nhiều bất cập trong nền công nghiệp sản xuất và thị trường thiết bị chiếu sáng LED sau này

2.4.1 Tiêu chuẩn chiếu sáng dân dụng

Quy chuẩn xây dựng Việt Nam các công trình xây dựng sử dụng năng lượng

có hiệu quả: QCXDVN 09: 2005 của Bộ Xây Dựng

2.4.2 Tiêu chuẩn chiếu sáng công cộng

Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam các công trình xây dựng sử dụng năng

lượng có hiệu quả: TCXDVN 16: 1986 của Bộ Xây Dựng

2.4.3 Tiêu chuẩn chiếu sáng học đường

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7114-1: 2008 ISO 8995-1:2002

1 Độ rọi trung bình trên bảng: Ebảng  300 lux

2 Độ rọi trung bình trong lớp học (trên bàn học sinh): Ebàn  300 lux

3 Mức độ chói loá trong lớp: Hạn chế tối đa

4 Độ đồng đều của ánh sáng: trên bàn: U > 0,7; trên bảng: U > 0,6

5 Hiện tượng nhấp nháy ánh sáng: Hầu như không tồn tại (Sử dụng chấn lưu điện

tử làm việc ở tần số (20 - 30) kHz)

6 Chỉ số hoàn mầu của ánh sáng: Ra  0.85 (Sử dụng bóng đèn huỳnh quang T8 bột huỳnh quang 3 phổ 100%)

7 Màu sắc ánh sáng: Trắng dịu (nhiệt độ màu của nguồn sáng 5500K hoặc 6500K)

2.4.4 Các Phòng thí nghiệm đo lường quang học

Phòng thí nghiệm quang học đại học Duy Tân – Đà Nẵng

Hình 2.7 Phòng thí nghiệm quang học đại học Duy Tân – Đà Nẵng

Công ty bóng đèn Điện Quang chi nhánh Đồng An – Bình Dương

Hình 2.8 Công ty bóng đèn Điện Quang chi nhánh Đồng An – Bình Dương

2.4.5 Cơ quan chức năng về đo lường quang học

1 Cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quân đội Nhân dân Việt Nam

2 Chi cục Tiêu chuẩn - Đo lường - Chất lượng tỉnh Quảng Bình

3 Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng tỉnh Quảng Nam

2.5 Giới thiệu về các Phòng thí nghiệm đo tính chất LED

2.5.1 Phòng thí nghiệm công nghệ bán dẫn, Trung tâm nghiên cứu triển khai, Khu Công Nghệ Cao Thành phố Hồ Chí Minh

Trung Tâm Nghiên Cứu Triển Khai Khu Công Nghệ Cao (R&D-SHTP) hoạt động dưới hình thức mở Có thể hợp tác với tất cả các tổ chức và nhà nghiên cứu thuộc chính phủ, trường đại học, viện nghiên cứu và các công ty tại Việt Nam cũng như các quốc gia khác trên thế giới

Phòng Thí Nghiệm Bán Dẫn tại Trung Tâm Nghiên Cứu Triển Khai Khu Công Nghệ Cao có các thiết bị như:

- Quang khắc (máy đồng chỉnh mặt nạ wafer (Mask Aligner), máy tráng quay chất cảm quang (Resist Spinner), Wafer Track, Máy khắc ion phản ứng sâu (DRIE)

- Các thiết bị tạo màng: hệ thống phún xạ (Sputtering), hệ thống bốc bay bằng chùm điện tử (E-Beam Evaporator), hệ thống lắng đọng hóa học pha hơi sử dụng vật liệu cơ kim (MOCVD), hệ thống lắng đọng hóa học pha hơi sử dụng Plasma tăng cường (PECVD (SiOx, Si3N4), lò khuếch tán

- Wet Benches (rửa wafer, ăn mòn kim loại)

- Máy cắt rời Die (Die cutter), máy hàn dây (wire bonder), máy nung đế phẳng (hot plates), lò nung (ovens), …

- Các thiết bị đo lường màng mỏng (máy đo biên dạng (Profilometer), phát huỳnh quang (PL), nhiễu xạ tia X (XRD))

- Các thiết đị đo lường đặc tính điện (máy đo Hall (Hall Measurement), đặc trưng I-V (Probe Station), đo điện trở bề mặt (Four-Point Probe))

- Phần mềm mô phỏng (TCAD), phần mềm mô hình hóa phân tử

Các thiết bị chuyên đo lường:

- Nhiễu xạ tia X (XRD)

- Kính hiển vi quét điện tử (SEM)

- Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM), kính hiển vi quét xuyên hầm (STM)

- Máy cộng hưởng từ hạt nhân (Photon NMR)

- Máy quang phổ hồng ngoại dùng thuật toán biến đổi Fourier (FTIR)

Hướng nghiên cứu:

- Đèn LED phát tia tử ngoại dùng để khử trùng trong các tủ lạnh, thiết bị y tế, lọc nước

- Thiết kế, chế tạo Bio-chip theo nguyên lý hệ vi cân tinh thể thạch anh (QCM), dùng làm bio-sensor phát hiện các tác nhân sinh học như vi khuẩn, virus, DNA, tác nhân hóa chất, …

Các dự án đang thực hiện:

- Chíp cảm biến sinh học (Bio-chip) hợp tác với IC-DREC, ĐHQG TP.HCM

- Chip cảm biến áp suất (Pressure sensor) hợp tác với IC-DREC, ĐHQG TP.HCM

- Nghiên cứu, chế tạo chip Laser phát tia UV, hợp tác với Khoa Điện tử-Viễn thông – ĐH Khoa học Tự nhiên TP.HCM

- Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm Polymer nano composite

2.5.2 Bộ môn Vật lý ứng dụng, Khoa Vật lý - Vật lý kỹ thuật, Trường Đại học hoc học tự nhiên

Nghiên cứu:

Màng mỏng nano: Chế tạo và nghiên cứu tính chất của các loại màng có nhiều ứng dụng trong thực tế như màng TiO2, TiN, WO3, ZnO, SnO2… để chế tạo LED cực tím, màng quang xúc tác để diệt khuẩn, cũng như các loại màng cơ học để tăng độ bền cho các công cụ cơ khí, màng quang học, màng nhạy khí, v.v…

Công nghệ nano: Chế tạo chấm lượng tử CdS, CdSe, các cảm biến nano sinh học để ứng dụng trong y học, v.v…

Quang phi tuyến : Chế tạo tinh thể KDP hiệu suất quang phi tuyến cao bằng phương pháp pha tạp, sử dụng phương pháp Zcan để nghiên cứu các tính chất quang phi