Khảo sát và đề xuất các tiêu chuẩn của LED

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 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu 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. Nơi sinh: Sài Gòn, Dân tộc: Kinh. 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: 10/1993 đến 10/1997 Nơi học: trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Vật lý. Tên đề tài khoá luận tốt nghiệp (nếu làm khóa luận tốt nghiệp): Thiết kế các hệ đo đường nữa ngày, xác định thiên đỉnh và lắp đặt kính thiên văn. 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. Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu HVTH: Nguyễn Thanh Phong ii III. Quá trình công tác: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 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 2012-nay Trường THPT Bình Chánh Giáo viên Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu 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 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu HVTH: Nguyễn Thanh Phong iv LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này, tôi xin trân trọng cảm ơn quý thầy, cô đã tận tình giảng dạy, cung cấp kiến thức, tài liệu và hướng dẫn Luận văn. Trước hết, tôi bày tỏ lòng biết ơn đến PGS-TS. Nguyễn Văn Hiếu, Trưởng phòng quan hệ Quốc tế trường đại học khoa học tự nhiên, Trưởng Khoa Điện tử Viễn thông, Trưởng bộ môn Vật lý-Điện tử, Trường ĐH Khoa học Tự Nhiên Tp. Hồ Chí Minh. Thầy 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 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu 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 T o và T 1 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 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu 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 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu 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 V th 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 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu 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 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu 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 [...]... 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,... 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... Văn Hiếu DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa LED Light-emitting diode LED BLUE 1 LED xanh dương thứ nhất LED BLUE 2 LED xanh dương thứ hai LED GREEN1 LED xanh lá cây thứ nhất LED GREEN2 LED xanh lá cây thứ hai LED RED 1 LED đỏ thứ nhất LED RED 2 LED đỏ thứ hai LED WHITE COOL 1 LED trắng lạnh thứ nhất LED WHITE 2 LED trắng thứ hai LED YELLOW 1 LED vàng thứ nhất LED WHITE WARM 1 LED trắng ấm thứ... 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 HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 6 Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu 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... 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... 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 xiv Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu 6.1.2.3 Các đề xuất về hành chính 68 6.1.2.4 Đề xuất xây dựng phòng... 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... IV của LED Chương 5 Khảo sát và đánh giá bước sóng phát xạ của LED Chương 6: Kết luận và hướng phát triển HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 1 Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu 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. .. 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... 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 xii Luận