Nghiên cứu công nghệ chế tạo tấm dẫn sáng chiếu cạnh ( EdgeLit Light GuideELLG) sử dụng trong đèn chiếu sáng phẳng dùng LED

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Ổ Ề Ê S V ỨU Ô ẾU ELL ) SỬ DỤ Ế Ô Ệ Ệ ẤP Ế ẤM DẪ (ED E-LIT LIGHT GUIDEÈ ẾU S P Ẳ DÙNG LED Mã số: 2011-01-19-CT hủ nhiệm đề tài: PGS. TS. P M THÀNH HUY 9/2014 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Ổ Ề Ê S V ỨU Ô Ô Ệ ẾU Ế Ệ ẤP Ế ẤM DẪ (EDGE-LIT LIGHT GUIDE- ELL ) SỬ DỤ È ẾU S P Ẳ DÙNG LED Mã số: 2011-01-19-CT Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài (ký, họ tên, đóng dấu) hủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) , 2014 2 D S VÊ Ệ STT M Ề à t n ch c anh ơn c n tác hiệm tr n đề tài 1 PGS. TS. Phạm Thành Huy Trường ĐHBKHN Ch nh m 2 TS. Lê Anh Tuấn Trường ĐHBKHN Thư ký đề tà 3 PGS. TS. Phạm Hồng Dương V n Hàn Lâm Thành ên KH&CN V t Nam 4 ThS. Phạm Hoàng M nh V n Hàn Lâm Thành ên KH&CN V t Nam 5 ThS. Chu Anh Tuấn V n Hàn Lâm Thành viên KH&CN V t Nam 6 TS. Trịnh Xuân Anh Trường ĐHBKHN Thành viên 7 ThS. Đỗ Quang Trung Trường ĐHBKHN Thành viên 8 TS. Cao Xuân Thắng Trường ĐHBKHN Thành viên V P STT P à t n ch c anh ơn c n tác ội un phối hợp 1 TS. Trần Ngọc Kh êm V n đào tạo Quốc tế Ngh ên cứu ề khoa học ật l u tính chất quang c a (ITIMS) ật l u 2 KS. Đỗ Hồng L ên Trung Tâm R&D Thử ngh m Ch ếu Sáng, Công ty đèn ch ếu sáng CP Bóng đèn Phích panel nước Rạng đông phẳng dùng ELLG 3 D MỤ V Hình 1.1: Mức độ thâm nhập thị trường c a đèn LED trắng Hình 1.2: Đèn LED công suất cao lắp ráp tạ V n Khoa học V t nam. Hình 1.3: Hình ảnh một số LED bán dẫn thông dụng Hình 1.4: Sơ đồ cấu trúc k nh đ ển c a ch p laser, LED Hình 1.5: Sơ đồ năng lượng c a chuyển t ếp p-n Hình 1.6: Đặc trưng Volt-ampe c a một đ -ôt bán dẫn. Thế th ên áp thuận ào khoảng từ 2V đến 4V Hình 1.7: Phổ phát xạ c a 3 LED có màu lục, lam àng à đỏ (RGY and B). Hình 1.8: Cấu trúc c a LED trắng dùng ật l u GaN Hình 1.9: Phổ phát xạ c a LED trắng dùng GaN, ph bằng bột Phosphor màu àng Hình 1.10: Nguồn sáng d n à nguồn sáng đ ểm Hình 1.11: Cấu trúc cơ bản c a Quả cầu tích phân Hình 1.12: Sự phụ thuộc c a h số nhân c a quả cầu tích phân ào h số phản xạ bề mặt à tỷ l d n tích cổng ra trên d n tích mặt cầu. Hình 1.13: Đường đ c a một t a sáng trong tấm dẫn sáng Hình 2.1: H n tượng phản xạ à khúc xạ c a t a sáng Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động c a đèn LED panel phẳng ch ếu một cạnh Hình 2.3: Ma trận ô uông mật độ đều Hình 2.4: Ma trận kẻ ô mật độ tăng dần từ cạnh ào trung tâm Hình 2.5: Mô hình ma trận các chấm ch ết sáng dùng cho đèn panel ch ếu 2 cạnh Hình 2.6: Ma trận các chấm ch ết sáng cho tấm dẫn sáng ch ếu 4 cạnh. Phía trên à bên phả là hàm phân bố mật độ tương ứng ớ lát cắt ngang à dọc Hình 2.7: Ma trận các chấm ch ết sáng cho tấm dẫn sáng ch ếu 4 cạnh kết xuất cho bản n lướ hoặc n offset Hình 3.1: Ví dụ ma trận ch ết sáng đơn g ản hóa cho đèn LED panel ch ếu cạnh 600x300 mm Hình 3.2: Th ết bị căng lướ th công Hình 3.3: Th ết bị ch ếu V làm lướ n 4 Hình 3.4: Sản ph m tấm lướ n cho đèn LED panel kích thước 1200x300 mm Hình 3.5: Máy cắt laser dùng để cắt định dạng các tấm PMMA Hình 3.6: Th ết bị khuấy trộn mực n lướ Hình 3.7: In lướ th công tấm dẫn sáng ch ếu cạnh kích thước 1200x300 mm Hình 3.8: Th ết bị sấy khô dùng để sấy tấm dẫn sáng sau kh n lướ Hình 3.9: Kết quả đánh g á h ếu suất c a đèn LED panel chế tạo dùng tấm dẫn sáng kích thước 300 x 300 mm Hình 3.10: Kết quả đánh g á h ếu suất c a đèn LED panel chế tạo dùng tấm dẫn sáng kích thước 600 x 300 mm Hình 3.11: Kết quả đánh g á h ếu suất c a đèn LED panel chế tạo dùng tấm dẫn sáng kích thước 600 x 600 mm Hình 3.12: Kết quả đánh g á h ếu suất c a đèn LED panel chế tạo dùng tấm dẫn sáng kích thước 1200 x 600 mm Hình 3.13: Th ết kế ma trận đ ểm ch ết sáng cho tấm dẫn sáng 300x300 mm Hình 3.14: Kết quả đo phân bố cường độ ánh sáng theo phương nằm ngang (trên) à phương thẳng đứng (dướ ) c a đèn LED phẳng chế tạo dùng tấm dẫn sáng kích thước 1200x300 mm Hình 3.15: Sơ đồ công ngh chế tạo tấm dẫn sáng bằng phương pháp phun ph Hình 3.16: Ảnh chụp ha mẫu tấm dẫn sáng chế tạo bằng phương pháp phun ph Hình 3.17: Kết quả đo phân bố cường độ ánh sáng theo phương nằm ngang (trên) à phương thẳng đứng (dướ ) c a đèn LED phẳng chế tạo dùng tấm dẫn sáng kích thước 300x300 mm, 600x300 mm, 600x600mm và 1200x600 mm. ình 3.18: Tấm thấu kính dùng làm tấm phân sáng cho đèn LED panel 1200x600 mm ình 3.19: Sơ đồ cấu trúc ình 3.20: Ảnh h ển thấu kính à t a sáng trong tấm phân sáng truyền qua c a tấm thấu kính ình 3.21: Ch ếu sáng uông góc ớ trục quang c a tấm thấu kính ình 3.22: Ch ếu sáng song song ớ trục quang c a tấm thấu kính ình 3.23: Sơ đồ cấu trúc đèn LED panel dùng tấm thấu kính ình 3.24: Kết qua đo phân bố cường độ sáng đèn LED panel dùng tấm thấu kính 5 Hình 4.1: Hình ẽ mặt cắt ngang mô tả cấu trúc c a th ết bị so ứng lực dùng đèn LED trắng kết hợp ớ ha tấm phân cực tròn trá à tròn phả do chúng tô đề xuất Hình 4.2: Hình ẽ phố cảnh c a th ết bị ớ một mẫu cần so ứng lực Hình 4.3: Phổ phát xạ c a đèn LED trắng Hình 4.4: Ảnh chụp c a mẫu ật có ứng lực dư đặt trong th ết bị so ứng lực 6 D MỤ VẾ Ắ CFL: Đèn huỳnh quang compact CCT: Nh t độ màu tương quan ELLG: Tấm dẫn sáng ch ếu cạnh HPM: Đèn cao áp thuỷ ngân HPS: Đèn cao áp Sodium LED: Đ ốt phát quang LED panel: Đèn LED phẳng MICA: Polymetyl Meta Acrylat MH: Đèn metal hal de PMMA: Polymetyl Meta Acrylat PC: Polycarbonate PS: Poly Styrene T8: Đèn huỳnh quang T8 T10: Đèn huỳnh quang T10 WLED: Đ ốt phát quang ánh sáng trắng 7 Ô Ế QUẢ Ê ỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tà : hi n c u c n n hệ chế tạ tấm ẫn sán chiếu cạnh (E Lit Light Guide-ELL ) sử n tr n đèn chiếu sán phẳn - Mã số: B2011-01-19-CT - Ch nh m: PGS.TS. Phạm Thành Huy - Cơ quan ch trì: r - Thờ g an thực h n: 2011-2013 n ại h c ách h a e- ùn LED à ội 2. M c ti u: - Phát tr ển được công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh có các thông số k thuật ưu t, g á thành rẻ sử dụng trong đèn ch ếu sáng phẳng dùng LED, cụ thể là chế tạo được tấm dẫn sáng có h số b ến đổ quang – quang h u ích  0 , có độ đồng đều > 80%. 3. ính mới à sán tạ : Công ngh ch ếu sáng dùng LED là một l nh ực mớ , đang phát tr ển mạnh trên thế g ớ à được xem như là xu thế tất yếu trong cả ch ếu sáng dân dụng à công ngh p. Là một nước có nền công ngh p chế tạo non trẻ, trong công ngh p ch ếu sáng cho đến nay hầu hết các nhà sản xuất trong nước phả nhập các ật tư, phụ k n từ nước ngoà để lắp ráp sản ph m cuố cùng à lấy yếu tố nhân công thấp làm ưu thế, do đó tỷ l lợ nhuận không cao à phụ thuộc gần như hoàn toàn ào các nguồn nhập kh u. Đề tà Ngh ên cứu công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh (Edge-L t L ght Gu de-ELLG) sử dụng trong đèn ch ếu sáng phẳng dùng LED ớ mục t êu phát tr ển được công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh sử dụng trong đèn ch ếu sáng dùng LED có các thông số k thuật tương đương ớ các sản ph m cùng loạ , do đó mang tính ch ến lược nhằm tăng tỷ l nộ địa hóa trong các sản ph m ch ếu sáng, g ảm nhập kh u, t ến tớ ch động ề mặt công ngh à qua đó g úp khả năng cạnh tranh c a sản ph m ch ếu sáng V t Nam. 8 Trong đề tà này, chúng tô đã đề xuất ha cách t ếp cận khác nhau để chế tạo tấm dẫn sáng h u quả à có thể tr ển kha sản xuất thử ngh m ở quy mô lớn: (1) Chế tạo tấm dẫn sáng bằng công ngh phun ph sử dụng hỗn hợp các hạt hình cầu kích thước nano à m cro có ch ết suất cao. (2) Chế tạo tấm dẫn sáng bằng công ngh n lướ 4. ết quả n hi n c u:  Đã ngh ên cứu phát tr ển được à làm ch công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh sử dụng trong chế tạo đèn ch ếu sắng phẳng. Tấm dẫn sóng ch ếu canh chế tạo được có h u suất ch ết sáng > 0 à độ đồng đều > 80 à có thể áp dụng trong chế tạo nh ều loạ đèn khác nhau như đèn LED panel, đèn ốp trần, đèn bàn, đèn so ứng lực.  Đã ngh ên cứu các h u ứng ật lý, nguyên lý ch ết sáng, tính toán mô phỏng các ma trận đ ểm các đ ểm ch ết sáng, trên cơ sở đó chế tạo thử ngh m các tấm dẫn sáng ch ếu cạnh đảm bảo có h u suất ch ết sáng > 0 .  Đã ngh ên cứu à thử ngh m nh ều công ngh khác nhau để chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh trong đó tập trung ào ba công ngh chính là: o Công ngh phun ph tạo lớp ch ết sáng sử dụng các hạt cầu ch ết suất cao kích thước m cro, nano. o Công ngh n lướ đơn g ản có thể tr ển kha trong sản xuất quy mô công ngh p.  Đã thử ngh m ứng dụng các tấm dẫn sáng ch ếu cạnh chế tạo được trong chế tạo một số loạ đèn ch ếu sáng dùng LED à đánh g á các thông số k thuật thực tế trên các đèn chế tạo dược. 5. Sản phẩm:  02 quy trình công ngh chế tạo tấm dẫn sáng cạnh (ELLG) trên cơ sở ha công ngh khác nhau có thể tr ển kha sản xuất ở quy mô lớn: 9 o Quy trình công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh bằng công ngh phun ph sử dụng các hạt cầu ch ết suất cao từ 1.9 đến 2.3 phù hợp cho chế tạo các tấm dẫn sáng g á thành rẻ có h u suất ch ết sáng > 0%. o Quy trình công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh bằng công ngh khắc laser năng lượng cao phù hợp cho chế tạo các tấm dẫn sáng chất lượng cao có h u suất ch ết sáng > 5 . o Quy trình công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh bằng công ngh n lướ phù hợp cho chế tạo quy mô lớn các tấm dẫn sáng có g á thành chấp nhận được à h u suất ch ết sáng cao > 0 .  05 bản th ết kế tấm dẫn sáng ELLG cho các đèn LED panel.  05 loạ tấm dẫn sáng mỗ loạ 3-5 mẫu cho các đèn LED panel.  05 đèn hoàn chỉnh sử dụng tấm dẫn sáng ELLG.  01 g ả pháp h u ích đã được chấp nhận đơn từ 11/2013 h n đang trong thờ g an công bố rộng rã trên webs te c a cục sở h u trí tu .  Công bố 02 công trình khoa học.  Tham g a đào tạo 01 thạc s trong các ấn đề ngh ên cứu l ên quan (học ên: Nguyễn Phương Thảo; Đề tà ngh ên cứu Ngh ên cứu chế tạo à tính chất quang c a bột kẽm pha tạp lưu huỳnh ; Chuyên ngành Vật lý K thuật; Ngườ hướng dẫn TS. Nguyễn Đức Trung K ên, PGS. TS. Phạm Thành Huy). 6. iệu quả ph ơn th c chuyển ia kết quả n hi n c u à khả năn áp n : Trên cơ sở các công ngh phát tr ển được, từ 9/2013 nhóm ngh ên cứu đã thử ngh m chế tạo một số loạ đèn LED panel mẫu dùng tấm dẫn sáng ch ếu cạnh. Các đèn này đã được thử ngh m hoạt động l ên tục từ 9/2013 đến nay cho thấy độ bền, độ ổn định tương đố tốt à cho h u quả t ết k m ~65 lượng đ n năng sử dụng. Trên cơ sở các kết quả ngh ên cứu c a nhóm các đề tà thuộc chương trình Nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ chiếu sáng rắn , ngày 24-1-2014 H u trưởng trường ĐHBKHN à Tổng G ám độc Công ty CP Bóng đèn phích nước Rạng đông đã ký thoả thuận thành lập PTN phố hợp H ST-RALACO ề công ngh 10 ch ếu sáng rắn trong đó RALACO đồng ý sẽ t ếp tục tà trợ ngh ên cứu phát tr ển một số hướng ngh ên cứu có tr ển ọng ề các th ết bị ch ếu sáng dùng LED. Để chuyển g ao à thương mạ hoá một cách có h u quả các kết quả ngh ên cứu ào thực tế, các cán bộ thuộc nhóm đề tà chương trình ch ếu sáng rắn à V n AIST đã đề xuất à hoàn thành các công tác chu n bị cho c khở tạo một công ty Spinoff - Công ty BK NANO chuyên phát tr ển các sản ph m ch ếu sáng. Đề xuất đã được BGH à Ban Công sản c a ĐHBKHN thông qua à dự k ến sẽ chính thức ra mắt trong năm 2014. Ngày ơ quan chủ trì (ký, họ và tên, đóng dấu) tháng 09 năm 2014 hủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) 11 Information on research results 1. General information:  Project title: Research and development of Edge-Lit Light Guide-ELLG for application in LED panel lamps  Code number: B2011-01-19-CT  Coordinator: Pham Thanh Huy  Implementing institution: Hanoi University of Science and Technology (HUST)  Duration: from Nov. 2011 to October 30, 2013 2. Objective(s): To develop edge-lit light guide fabrication technology with unique light extraction features and cost-efficient for application in flat panel lamps. The light extraction technology allows for the most uniform light (> 80%) with the highest efficiency possible ( ≥ 0 ). 3. Creativeness and innovativeness: LED-based edge lighting technology is a new and innovative field of research that strongly developed and is considered as the future trends for lighting technology, both in general and industrial lighting. 4. Research results:  Sucessfully developed the ELLG fabrication technology for use in LED panel lamps. The ELLG products with high extraction efficiency (>70%) and high uniformity (> 80%) can be applied in fabrication of various types of lamps such as LED panel, LED downlight, LED ceiling, LED desk lamps..  Studied the physical phenomena, ligh extraction principle, and performed calculation and modeling the matrix of extraction points in ELLG to design the 12 structure of ELLGs and pilot production of ELLGs with light extraction efficiency > 70%.  Studied and tested different technologies for fabrication ELLGs with major attention to: o ELLGs fabrication by spray coating technology using high reflective index nano, microsphere; o ELLGs fabrication by screen-printing technology;  Sucessfully fabrication and evaluation parameters of LED panel lamps using obtained ELLGs. 5. Products:  02 technology processes for ELLGs fabrications  05 concept design of ELLGs for LED panels  05 different types of ELLGs (each with 3-5 samples)  01 patent (being process)  02 scientific article  Supporting and opening research topics for 01 MSc students 6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability:  ELLGs and LED products have been fabricated and tested since 9/2013 and resulted in energy saving of ~65% with the same quality of light.  A common research laboratory beween HUST and RALACO has been established since 2014.  A spinoff company specianlized in lighting materials and devices is expected to be announced in within 2014. 13 MỤ LỤ Trang Ặ VẤ 1.1. Ề 18 1: Ổ QU ổn quan tình hình n hi n c u à sản xuất đèn LED tr n 21 21 n ớc 1.1.1. Nhu cầu tiết ki m năng lượng và bảo v mô trường trong chiếu 21 sáng: 1.1.2. So sánh đèn LED à các nguồn sáng khác 22 1.1.3. Sự phát triển c a đèn LED trên thế giới 23 1.1.4. Tình hình nghiên cứu và sản xuất đèn LED tại Vi t Nam 24 1.1.5. Linh ki n phát sáng (LED) 30 1.1.1. Các loạ đèn LED 1.2. 25 Các thông số trắc quan cơ bản 32 32 1.2.1. Quang thông 1.2.2. Độ rọi (illuminance) 33 1.2.3. Nhi t độ màu tương quan 33 33 1.2.4. H số trả màu CRI 34 1.2.5. Hi u suất đ n quang 34 1.2.6. Hi u suất quang quang 1.2. Kỹ thuật kiểm tra đ l ng 34 1.2.1. Lux kế 34 1.2.2. Photo-goniometer 34 1.2.3. Quả cầu tích phân-phổ kế 34 14 1.3. ác c n n hệ chế tạ ELL 36 1.3.1. Các giải pháp lắp ghép bộ đèn dùng LED 36 1.3.2. Nguyên lý hoạt động c a tấm dẫn sáng 37 38 1.3.3. Công cụ thiết kế 38 1.3.4. Công ngh chế tạo 2: 2.1. Ế QUẢ Ê ỨU 41 Nguyên lý hoạt động của đèn LED ùn tấm dẫn sáng chiếu 41 cạnh 2.1.1. Ưu đ ểm c a đèn LED phẳng dùng tấm dẫn sáng chiếu cạnh 41 2.1.2. Cấu trúc c a đèn LED phẳng dùng tấm dẫn sáng chiếu cạnh 43 2.1.3. Truyền dẫn ánh sáng trong tấm dẫn sáng có cấu trúc hình hộp 43 mỏng 2.2. ính năn cần thiết của tấm dẫn sán ùn ch đèn LED chiếu 45 cạnh 2.2.1. H u ứng ch ết sáng 45 2.2.2. H u suất ch ết sáng 46 2.2.3. Phân bố cường độ ánh sáng 46 2.3. Các mô hình ma trận chấm chiết sáng 49 2.3.1. Mô hình kẻ ô uông mật độ đều 49 2.3.2. Mô hình kẻ ô mật độ thay đổ 50 2.3.3. Mô hình ma trận các chấm ch ết sáng ch ếu ha cạnh 51 2.3.4. Mô hình ma trận các chấm ch ết sáng ch ếu 4 cạnh 52 2.4. Một số mẫu thiết kế c thể tấm dẫn sáng chiếu cạnh 55 2.4.1. Thiết kế ma trận đ ểm chiết sáng cho đèn LED panel kích 55 15 thước 30 x 30 2.4.2. Thiết kế ma trận đ ểm chiết sáng cho đèn LED panel kích 56 thước 60 x 60 2.4.3. Thiết kế ma trận đ ểm chiết sáng cho đèn LED panel kích 56 thước 120 x 30 2.4.4. Thiết kế ma trận đ ểm chiết sáng cho đèn so ứng lực 22 x 16 2.5. Kết luận ch ơn 2 57 3: QUY S 57 Ô ÊU Ệ Ế ẤM DẪ 58 55 3.1. Quy trình c n n hệ chế tạ tấm ẫn sán chiếu cạnh bằn c n 58 n hệ in l ới 3.1.1. Quy trình công ngh chế tạo 58 3.1.2. Kết quả thử ngh m chế tạo à đo đạc đánh g á một số mẫu 63 tấm dẫn sáng ch ếu cạnh dùng PMMA à phương pháp n lướ 3.2. Quy trình c n n hệ chế tạ tấm ẫn sán bằn c n n hệ phun phủ sử 70 n các hạt cầu chiết suất cao 3.2.1. Quy trình công ngh chế tạo 71 3.2.2. Kết quả thử ngh m chế tạo à đánh g á các thông số c a tấm 73 dẫn sáng ch ếu cạnh bằng phương pháp phun ph 3.3. hi n c u thiết kế à chế tạ thử n hiệm tâm ẫn sán chiếu cạnh sử 76 n tấm i thấu kính 3.3.1. Cấu trúc tấm thấu kính à nguyên lý ch ết sáng cho bộ đèn 76 LED 3.3.2. Th ết kế tấm dẫn sáng có các phần tử ch ết sáng dùng thấu 80 kính 3.3.3. Sản ph m thử nghi m tấm dẫn sáng dùng thấu kính 82 16 3.3.4. Kết luận sơ bộ về công ngh chế tạo LED panel dùng tấm vi 83 thấu kính 4: Ứ DỤ ẤM DẪ S Ế È S Ứ L DÙ 85 P Ẳ 4.1. Giới thiệu 85 4.2. Bản chất kỹ thuật của đèn s i ng lực 86 4.3. M tả chi tiết thiết b s i n lực ùn đèn LED 89 Ế LUẬ 90 L i cảm ơn 92 ài liệu tham khả 93 17 Ặ VẤ Ề Nguyên tắc đầu t ên c a k thuật ch ếu sáng là tránh cho ngườ nhìn khỏ bị chó , loá. Trong công ngh ch ếu sáng, ha loạ nguồn sáng có tính năng bù trừ là nguồn sáng đ ểm (spot l ght) à nguồn sáng d n (surface l ght). Nguồn sáng đ ểm có kích thước nhỏ, độ chó cao. Kh ch ếu sáng bằng nguồn sáng đ ểm, cảnh ật được ch ếu sáng có độ tương phản sáng tố cao, tạo bóng đậm, gây ấn tượng mạnh. Tuy nh ên kh ch ếu sáng trực t ếp ào mắt sẽ gây hạ õng mạc, ì ậy nguồn sáng đ ểm chỉ được sử dụng hạn chế, tạo đ ểm nhấn, như trong ch ếu sáng cửa hàng àng bạc, bàn ăn à phòng nhảy. Nguồn sáng đ ểm trong tự nh ên là mặt trờ . Nguồn sáng d n có kích thước lớn, ánh sáng dịu, không tạo bóng, thích hợp ớ mô trường s nh hoạt kéo dà . Phần lớn các bộ đèn ch ếu sáng nộ thất là nguồn sáng d n. Nguồn sáng d n trong tự nh ên là bầu trờ . Để b ến các nguồn sáng đ ểm thành nguồn sáng d n, ngườ ta phả sử dụng choá đèn hoặc máng đèn. Choá đèn à máng đèn có ha tính năng cơ bản, chống loá à phân bố lạ ánh sáng. Trước đây, bóng đèn dùng trong ch ếu sáng nộ thất ch yếu gồm ha loạ , đèn dây tóc à đèn huỳnh quang. Đèn dây tóc có đặc tính c a nguồn sáng đ ểm, độ chó cao, h u suất thấp. Để thuận t n trong chức năng ch ếu sáng nộ thất, bóng đèn dây tóc phả dùng cùng ớ chao, chụp đèn. H n nay, để nâng cao h u suất ch ếu sáng, đèn huỳnh quang à đèn huỳnh quang compact đã dần dần thay thế đèn dây tóc. Đèn huỳnh quang thông thường như T10 hoặc T8 có kích thước tương đố lớn nên thường được sử dụng có máng hoặc thậm chí không máng đèn. Máng đèn huỳnh quang có ha loạ , máng sơn trắng à máng gương. Máng trắng dùng để che chắn chống loá, nhưng không phân bố được ánh sáng một cách đa dạng. Máng gương dùng mặt cong tráng k m loạ để đổ hướng ánh sáng. Cả ha loạ này đều có h u suất b ến đổ quang-quang thấp (từ 40 đến 50 ). Đèn huỳnh quang compact ra đờ ớ mục đích thay thế đèn dây tóc, tạo nguồn sáng đ ểm, lắp ừa ớ chao đèn dây tóc. Đèn HQ compact có độ chó cao hơn đèn HQ dà thông thường, kh nhìn trực d ên gây chó , hạ mắt. Kh dùng ớ chụp đèn dây tóc, do kích thước lớn hơn nên các loạ chao chụp đèn không đáp ứng yêu cầu chống loá. Hơn n a, đèn compact hay được treo ở nh ng nơ thường xuyên bật tắt, làm g ảm đáng kể tuổ thọ c a đèn, gây lãng phí. 18 L nh k n ch ếu sáng dùng đ ốt bán dẫn đã có nh ng bước t ến mạnh mẽ trong nh ng năm gần đây, và đã l ên t ếp đạt nh ng kỷ lục mớ mà không một loạ nguồn sáng truyền thống nào so sánh được. Cho đến nay, h u suất phát quang c a LED trắng đạt tớ hơn 50 , tức là khoảng 1 0 lm/W [Nakamura, Muka and Senoh, Appl. Phys. Lett. Vol. 64, No.13, 28 March 1994). LED thương mạ công suất 1 W c a hãng Osram có h u suất đ n quang từ 120-150 Lm/W, gấp đô h u suất c a đèn compact thông thường. Hơn n a, cường độ ánh sáng trên một đơn ị d n tích rất cao. Vớ một ch p LED kích thước 1 x 1 mm2 kh dòng nuô là 1 A, ta có thể thu được quang thông tớ 260 Lm. Mặc dù ậy c đưa các ch p LED ào ứng dụng chế tạo các th ết bị ch ếu sáng ẫn còn một số hạn chế cả ề mặt k thuật, cũng như thị trường do g á thành cao, các ấn đề l ên quan đến tản nh t kh rất nh ều ch p LED được th ết kế đặt gần nhau trong các th ết bị ch ếu sáng, à đặc b ết là ấn đề l ên quan đến độ chó c a mỗ ch p LED rất cao (có thể lên tớ 100000 Cd/m2) có thể làm tổn thương õng mạc c a mắt kh nhìn trực t ếp. Hơn n a, Các đèn LED ốp trần à đèn LED ch ếu sáng công cộng h n nay được th ết kế phổ b ến dướ dạng các ma trận LED. Ma trận đèn LED gây rất nh ều bóng, cản trở sự nhìn rõ, làm mỏ mắt ngườ sử dụng. Để g ả quyết ấn đề này, ngườ ta cũng đã dùng tấm tán xạ để phân tán ánh sáng đều hơn trên bề mặt bộ đèn. Tuy nh ên g ả pháp này đò hỏ bộ đèn có độ dày đáng kể, ch ếm nh ều d n tích trong không g an. G ả pháp dùng tấm dẫn sáng ch ếu cạnh (ELLG- Edge L t L ght Gu de) được co là g ả pháp t ên t ến nhất để tạo ra nguồn sáng dịu, phân bố rộng, độ chó đều. Tấm ELLG đã được phát m nh à cả t ến nh ều lần để dùng cho màn hình mỏng LCD và LED (xem US Patent 4909604, 5079675, 5278545, 5339179). Các th ết bị ch ếu sáng dùng LED có sử dụng tấm dẫn sáng ch ếu cạnh mớ chỉ xuất h n ở thị trường trong nước một ha năm gần đây ớ nguồn gốc c a các th ết bị này hầu hết được nhập kh u từ nước ngoà (ch yếu là Trung Quốc, Đà Loan, Hàn Quốc), tuy g á thành còn rất đắt, nhưng đã chứng m nh được tính ưu t ề th m m , khả năng t ết k m đ n, cũng như khả năng tích hợp đ ều kh ển theo chương trình à do đó đã bước đầu được sử dụng ở một số công trình xây dựng cao cấp. Nắm được nhu cầu thị trường, một số nhà sản xuất th ết bị ch ếu sáng c a V t Nam như Công ty Cổ phần Bóng đèn Rạng đông (RALACO), Công ty Ch ếu sáng đô 19 thị (Hapul co), Công ty Cổ phần Năng lượng xanh K m Đỉnh đã bắt đầu thử ngh m lắp ráp các th ết bị ch ếu sáng dùng LED trong đó có sử dụng công ngh à tấm dẫn sáng ch ếu cạnh. Tuy nh ên, hầu hết các ật tư, l nh k n trong đó có tấm dẫn sáng hoàn toàn phả nhập ngoạ , dẫn tớ các sản ph m tạo ra chưa có r êng đặc b t công ngh r êng, chưa ch động ề công ngh đáo, nổ trộ hoặc ưu à như ậy không tạo ra nh ng nét r êng độc t hơn các sản ph m h n đang có trên thị trường, chính ì ậy mà tính cạnh tranh c a nh ng th ết bị ch ếu sáng Made n V t Nam chưa cao. Gần đây nhất, Công ty Cổ phần Bóng đèn Phích nước Rạng đông ớ sự tư ấn c a các nhà khoa học tạ V n Khoa học Vật l u (IMS), V n Khoa học à Công ngh V t Nam à V n Vật lý K thuật, Trường Đạ học Bách Khoa Hà Nộ , đã bước đầu th ết lập một dây truyền chuyền chế tạo th ết bị ch ếu sáng ốp trần dạng phẳng, trong đó có sử dụng công ngh ch ếu cạnh à sử dụng tấm dẫn sáng. Tuy nh ên, để chế tạo các th ết bị này hầu hết các ật tư, l nh k n ẫn phả nhập kh u (Công công ngh chế tạo khuôn à làm khung nhôm c a đèn ốp trần được chuyển g ao từ ĐHBKHN; công ngh ch ếu sáng cạnh được chuyển g ao từ V n IMS). Trong bố cảnh này, c phát tr ển công ngh nhằm chế tạo được các phụ k n, vật tư, các thành phần tạo nên th ết bị ch ếu sáng dùng LED là hết sức cần th ết, đặc b t đố ớ sản xuất, g úp nâng cao tỷ l nộ địa hóa trong các sản ph m, g úp chúng ta có thể ch động được công ngh à qua đó có thể tạo ra nh ng sản ph m có khả năng cạnh tranh cao, g á thành thấp hơn so ớ các sản ph m cùng loạ nhập kh u. 20 1 Ổ QU ổn quan tình hình n hi n c u à sản xuất đèn LED tr n n ớc 1.3. 1.3.1. Nhu cầu tiết kiệm năn l ợng và bảo vệ m i tr ng trong chiếu sáng: Luật sử dụng năng lượng tiết ki m và hi u quả được Quốc hộ nước Cộng hoà xã hội ch ngh a V t Nam khoá XII, kỳ họp thứ thông qua ngày 1 tháng 6 năm 2010. Luật này có hi u lực thi hành từ ngày 01 tháng 01 năm 2011 đã nó lên tầm quan trọng và tính cấp thiết c a vi c sử dụng năng lượng tiết ki m và hi u quả. Chương 3 c a Luật này có nhiều quy định cụ thể về trách nhi m sử dụng năng lượng tiết ki m và hi u quả trong chiếu sáng công cộng và chiếu sáng dân dụng (Đ ều 17, 26, 27): Ch đầu tư, ngườ đứng đầu cơ sở quản lý h thống ch ếu sáng công cộng có trách nh m thực h n các yêu cầu sau đây: - Bảo đảm h thống ch ếu sáng được th ết kế theo t êu chu n, quy chu n k thuật đố ớ từng công trình à khu ực ch ếu sáng; ưu t ên sử dụng th ết bị ch ếu sáng h u suất cao, th ết bị ch ếu sáng sử dụng nguồn năng lượng tá tạo, tận dụng nguồn ch ếu sáng tự nh ên; - Kh sửa ch a, thay thế, lắp đặt mớ th ết bị ch ếu sáng phả sử dụng th ết bị ch ếu sáng được xác định là sản ph m t ết k m năng lượng; Theo báo cáo tổng kết c a Dự án Ch ếu sáng công cộng H u suất cao (VEEPL) Qu Năng lượng toàn cầu tà trợ à V n Khoa học à Công ngh V t nam ch trì (2005-2010), mức t êu thụ đ n năng cho ch ếu sáng ở V êt nam là 25 c a sản lượng đ n quốc g a (77.406 GWh năm 2010). V c thực h n thành công dự án VEEPL góp phần cùng ớ sự ban hành Luật sử dụng năng lượng t ết k m g ảm được 20 đ n năng dùng cho ch ếu sáng, tức là khoảng 380 GWh, bằng công suất 1 nhà máy đ n. Theo tính toán năm 2008, ch ếu sángcho tất cả các mục đích ch ếm khoảng 25 tổng đ n năng tiêu thụ ở V t Nam. 21 Tiêu thụ đ n năng cho ch ếu sáng theo khu ực như sau: 19 ngh p à công cộng; 46 cho ch ếu sáng trong nhà; 35 ch ếu sáng công cho thương mạ à quảng cáo. Thị phần ch ếu sáng trong nhà h n nay ở V t Nam ước tính khoảng 200 tr u bóng đèn. Trong số đó, 50 tr u là đèn sợ đốt, 80 tr u là đèn huỳnh quang ống thẳng, 60 tr u là đèn CFL, và số còn lạ là các loạ đèn đặc ch ng khác. Hai nhà sản xuất bóng đèn lớn nhất V tNam là Rạng Đông (phía Bắc) à Đ n Quang (phía Nam) hàng năm sản xuất khoảng 140 tr u bóng đèn cácloạ , trong đó: - 40 tr u bóng đèn sợ đốt, 60 tr u là đèn huỳnh quang ống thẳng, 40 tr u là đèn CFL, 30 trong số đó được xuất kh u ra nước ngoà . - Số lượng đèn CFL à T8 bán ra hàng năm đang tăng nhanh thay thế dần đèn sợ đốt à T10. Theo dự báo c a các chuyên g a, đến g a đoạn 2014-201 , đèn sợ đốt à T10 sẽ bị loạ bỏ hoàn toàn. Tuy nh ên, trong à năm gần đây, công ngh ch ếu sáng rắn, trong đó hạt nhân là đèn LED trắng đang mở ra một cuộc cách mạng ề phương thức à công ngh ch ếu sáng và trang trí. 1.1.2. S sánh đèn LED à các n uồn sán khác Đèn LED trắng có các ưu đ ểm ượt trộ so ớ các loạ đèn truyền thống như tuổ thọ cao, t ết k m năng lượng. Mặt khác khả năng tạo màu à tính uyển chuyển trong c tích hợp ớ các h thống ch ếu sáng à h ển thị mớ đem lạ cho chúng nh ng g á trị độc đáo. Có thể kể ra thêm các tính năng đặc b t c a LED như sau:  Tuổ thọ cao (20.000 đến 100.000 g ờ)  Kích thước nhỏ dễ dàng cho th ết kế  Chịu được sốc nh t à a đập  Thân th n mô trường, không chứa thuỷ ngân à các chất độc khác  Thờ g an bật sáng rất ngắn ( 82, cho h u suất ~ 6.1 lm/W à tổng thông lượng ánh sáng c a đèn là 955.85 lm. Vớ h u suất c a các ch p LED ban đầu ~ 100 lm/W tạ nh t độ hoạt động 35-40 oC, h u suất ch ết sáng c a tấm dẫn sáng đạt > 6 . Tương tự, các kết quả đo h u suất c a các đèn LED phẳng kích thước 600x300 mm, 600x600 mm, à 1200x300 mm cho kết quả h u suất ch ết sáng c a tấm dẫn sáng ch ếu cạnh tương ứng là ~85, 88, à lm/W. 63 Hình 3.9: Kết quả đánh giá hiếu suất của đèn LED panel chế tạo dùng tấm dẫn sáng kích thước 300 x 300 mm 64 Hình 3.10: Kết quả đánh giá hiếu suất của đèn LED panel chế tạo dùng tấm dẫn sáng kích thước 600 x 300 mm 65 Hình 3.11: Kết quả đánh giá hiếu suất của đèn LED panel chế tạo dùng tấm dẫn sáng kích thước 600 x 600 mm 66 Hình 3.12: Kết quả đánh giá hiếu suất của đèn LED panel chế tạo dùng tấm dẫn sáng kích thước 1200 x 600 mm Từ các kết quả hình 3.9-3.12, có thể nhận thấy rằng có tấm dẫn sáng kích thước 600x300 mm à 600x600 mm có th ết kế ma trận đ ểm ch ết sáng tố ưu hơn (do các thông số khác như cấu trúc, loạ tấm PMMA, tấm phản xạ à khuếch tán ánh sáng được đồng nhất) cho h u suất ch ết sáng > 85 , đây là g á trị rất cao so ớ g á trị đăng ký thực h n c a đề tà à cao hơn g á trị c a các sản ph m cùng loạ do Trung Quốc à Hàn Quốc sản xuất h n đang bán trên thị trường trong nước. Các tấm ch ết sáng 300x300 mm à 1200x300 mm có h u suất ch ết sáng > 6 là g á trị tốt tương 67 đương ớ các sản ph m cùng loạ c a Hàn Quốc h n đang bán trên thị trường. H n chúng tô đang tính toán mô phỏng lạ ma trận đ ểm ch ết sáng cho 02 loạ tấm dẫn sáng này để có thể nâng h u suất ch ết sáng lên cao hơn n a. Hình 3.13 là th ết kế mớ cho tấm dẫn sáng ch ếu cạnh kích thước 300x300 mm. Hình 3.13: Thiết kế ma trận điểm chiết sáng cho tấm dẫn sáng 300x300 mm Một trong nh ng thông số quan trọng nhất ừa là thước đo chất lượng sản ph m ừa ảnh hưởng tớ m thuật c a các đèn LED phẳng là độ đều đều, độ đồng nhất c a đèn. Đố ớ các đèn chất lượng thấp, do h u quả ch ết sáng là khác nhau tạ các ùng khác nhau trên bề mặt tấm dẫn sáng, ngườ dùng có thể nhận thấy nh ng ùng sáng tố khác nhau trên bề mặt đèn. Chính ì ậy, đố ớ các đèn LED phẳng chất lượng cao, yêu cầu phả đạt được độ đồng nhất > 80 (đây cũng là g á trị đăng ký thực h n c a đề tà ). Để đánh g á độ đồng đều c a đèn chúng tô đã t ến hành đo prof le quét theo cả ch ều dọc à ch ều ngang c a tấm dẫn sáng các mẫu đèn chế tạo à kết quả nhận được đố ớ đèn à kết quả đố ớ mẫu tấm dẫn sáng 1200x300 mm được trình bày trên hình 3.14. 68 Hình 3.14: Kết quả đo phân bố cường độ ánh sáng theo phương nằm ngang (trên) và phương thẳng đứng (dưới) của đèn LED phẳng chế tạo dùng tấm dẫn sáng kích thước 1200x300 mm 69 Kết quả khảo sát hình 3.14 cho thấy, theo phương ngang tấm dẫn sáng có độ đồng đều rất tốt trên toàn bộ ch ều dà ~ 1200 mm c a tấm dẫn sáng ớ h u suất tạ đ ểm cao nhất đạt ~98 lm/W à thấp nhất ~ 83 lm/W. Trong kh theo phương thẳng đứng cả h u sất à độ đồng đều c a cường độ ánh sáng đều thấp hơn so ớ phương thẳng nằm ngang ớ g á trị cao nhất đạt ~96 lm/W à g á trị thấp nhất ~69 lm/W. Như ậy, mặc dù theo phương nằm ngang độ đều đều c a cường độ sáng đạt > 90 à theo phương thẳng đứng đạt > 83 cao hơn g á trị đăng ký thực h n c a đề tà là > 80 , nhưng độ đồng đều c a cường độ sáng theo phương thẳng đứng là chưa tốt à cần được ngh ên cứu tố ưu thông qua c tố ưu ma trận đ ểm ch ết sáng n trên bề mặt tấm dẫn sáng. 3.2. Quy trình c n n hệ chế tạ tấm ẫn sán bằn c n n hệ phun phủ sử n các hạt cầu chiết suất ca Mặc dù công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh bằng phương pháp n lướ có nh ều ưu đ ểm như th ết bị chế tạo khá đơn g ản, quy mô sản ph m lớn à sản ph m có chất lượng khá tốt. Tuy nh ên, công ngh này, cũng có nh ng hạn chế kh chế tạo các loạ tấm dẫn sáng có kích thước lớn hơn như 1200x600 mm, 1200x1200 mm hoặc lớn hơn. Do đó trong ngh ên cứu đề tà , chúng tô đã t ến hành ngh ên cứu chế tạo tấm dẫn sáng bằng công ngh phun ph trong đó ma trận các đ ểm ch ết sáng được phun ph lên trên bề mặt tấm dẫn sáng à ật l u sử dụng là hạt cầu Al 2O3 và TiO2 ớ ha loạ kích thước khác nhau là 20-30 m và 80-100 m. Các hạt cầu có ch ết suất từ 1,9-2,3. Phương pháp phun ph là một phương pháp này cho năng suất cao, ch phí thấp đặc b t rất dễ dàng trong quá trình g a công phun ph ớ các loạ tấm dẫn sáng phẳng có kích thước lớn. Hình 3.15 là sơ đồ quy trình chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh bằng phương pháp phun ph . Trong quy trình này khâu quan trọng nhất chính là quá trình pha dung dịch phun ph . V c k ểm soát tốt quá trình pha dung dịch sẽ quyết định đến chất lượng c a tấm dẫn sáng thành ph m. 70 Dung môi Xylen B cầu: bột tán sáng có ch ết suất cao Dung mô làm sạch bề mặt tấm nhựa Tấm nhựa đạt yêu cầu Dung dịch phun ph Gia công làm nhám bề mặt Phụ g a, chất hoạt động bề mặt Gia công phun ph Polymer(PU) Polyurethane Hút mù , thu hồ dung mô G a đoạn hong khô sản ph m Sản ph m tấm dẫn sáng Hình 3.15: Sơ đồ công nghệ chế tạo tấm dẫn sáng bằng phương pháp phun phủ 3.2.1. Quy trình c n n hệ chế tạ ớc 1: huẩn b ật liệu Dung dịch phun ph bao gồm các ật tư à được pha theo các tỷ l như sau: + Polymer: PU (Polyol + polyxyanat) 100 pkl + Dung môi: Xylen 50 pkl + B cầu (hỗn hợp bột T O2 và Al2O3) 50 pkl + Chất phân tán: 2 pkl 71 + Phụ g a hoạt động bề mặt ớc 2: Chế tạ un 1 pkl ch phun phủ: Cho dung môi, chất phân tán, và phụ g a ào bình chứa à khuấy phân tán (có cánh khuấy dạng đ a) ở tốc độ thấp khoảng 500-600 òng phút trong khoảng 10 – 15 phút để dung mô à các chất phụ g a phân tán đều ào nhau. Sau đó nâng tốc độ khuấy lên đến khoảng 1200 – 1400 òng/phút à bắt đầu cho b cầu (bột TiO2, Al2O3 ch ết suất 1,9-2,3; kích thước hạt từ 20-100 µm). Quá trình khuấy phân tán ở tốc độ cao như ậy trong khoảng thờ g an 80 – 90 phút. Quá trình này sẽ kết thúc kh k ểm tra thấy hỗn hợp dung dịch nh ễu đều à đồng nhất. Sau đó đ ều chỉnh tốc độ khuấy ề còn khoảng 500 – 600 òng/phút à cho từ từ màng polymer đã được tính toán ào hỗn hợp dung dịch đồng nhất đang khuấy. Quá trình kết thúc khoảng 10 phút sau kh đã cho hết polymer ào. ớc 3: huẩn b bề mặt tấm ẫn sán Đối với các loại tấm nhựa PMMA, Acrl c, PC trước kh được phun ph dung dịch cần được xử lý bề mặt (làm nhám) à lau qua dung mô để làm sạch các loại bụi b n tạp chất còn lại trên bề mặt làm ảnh hưởng đến chất lượng bám dính c a màng. ớc 4: Kiểm tra độ nhớt dung d ch phun phủ tr ớc khi phun Dung dịch dùng để phun ph được chế tạo như dạng dung dịch sơn có độ nhớt phù hợp để sử dụng gia công bằng cánh phun ph . ớc 5: Phun phủ Quá trình phun ph được thực hi n sử dụng súng phun sơn chuyên dụng trong h thống buồng kín có hút mùi và thu hồi lạ dung mô để đảm bảo không tiêu hao nguyên li u và không ảnh hưởng vi c ô nhiễm mô trường làm vi c. L u ý: Nên tính toán khố lượng ừa đ để phun ph lên bề mặt c a các tấm PMMA, tránh để lâu dẫn đến gel hóa hoặc đóng rắn dung dịch phun ph . Chỉ nên sử dụng dung dịch phun ph sau khoảng 30 phút 45 để đảm bảo chất lượng c a màng sơn. 72 3.2.2. ết quả thử n hiệm chế tạ à đánh iá các th n số của tấm ẫn sán chiếu cạnh bằn ph ơn pháp phun phủ Hình 3.16: Ảnh chụp hai mẫu tấm dẫn sáng chế tạo bằng phương pháp phun phủ Quan sát trực quan chất lượng c a lớp ph bề mặt dùng các hạt cầu nano cho thấy, bề mặt c a tấm dẫn sáng có độ đồng đều kém hơn bề mặt c a tấm dẫn sáng chế tạo bằng phương pháp n lướ . Đ ều này, có thể là do k năng phun c a ngườ phun 73 chưa tốt dẫn tớ bề mặt chưa được ph đều à có thể khắc phục kh thay thế phun tay bằng th ết bị phun ph tự động. 74 Hình 3.17: Kết quả đo phân bố cường độ ánh sáng theo phương nằm ngang (trên) và phương thẳng đứng (dưới) của đèn LED phẳng chế tạo dùng tấm dẫn sáng kích thước 300x300 mm, 600x300 mm, 600x600mm và 1200x600 mm. 75 Kết quả cho thấy, phân bố cường độ ánh đố ớ các mẫu tấm dẫn sáng chế tạo bằng phương pháp phun ph là khá đồng đều, tất cả các mẫu khảo sát đều cho kết quả h u suất ch ết sáng > 0 à độ đồng đều > 80 đáp ứng tốt t êu chu n ban đầu đặt ra cho ngh ên cứu đề tà . Ở đây chúng tô muốn nhấn mạnh rằng, phương pháp phun ph là một phương pháp chế tạo đơn g ản, có thể chế tạo ở quy mô lớn, đặc b t phù hợp cho các đèn ch ếu sáng phẳng khổ lớn 600x1200 mm, 1200x1200 mm, 1200x1800mm, 1200x2400 mm…nh ng loạ đèn gặp rất nh ều khó khăn, à đò hỏ các th ết bị à quy trình chế tạo phức tạp. Hơn n a, g á thành chế tạo tấm dẫn sáng bằng phương pháp phun ph là thấp do nh ều không trong quy trình đã được lược bớt so ớ quy trình chế tạo bằng phương pháp phun ph . Tuy nhiên, trong quy trình chế tạo bằng phương pháp phun ph cũng có nh ng hạn chế như rất khó phun ph đồng đều toàn bộ bề mặt c a tấm dẫn sáng à dung dịch phun ph cần được k ểm soát tốt trong toàn bộ quá trình phun ph . 3.3. hi n c u thiết kế à chế tạ thử n hiệm tâm ẫn sán chiếu cạnh sử n tấm i thấu kính Trong ngh ên cứu c a chúng tô , để thử ngh m một số cách t ếp cận mớ trong chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh, chúng tô đã t ến hành ngh ên cứu th ết kế à chế tạo thử ngh m tấm dẫn sáng ch ếu cạnh sử dụng tấm thấu kính có các thông số quang học thay cho tấm dẫn sáng n các phần tử ch ết sáng bằng công ngh n lướ , phun ph hoặc khắc laser. Kết quả ngh ên cứu sẽ trình bày ở các phần dướ đây cho thấy, mặc dù chưa thể đưa ra thành quy trình công ngh chế tạo như đố ngh n lướ ớ trường hợp công à công ngh phun ph , các bộ đèn LED panel thử ngh m sử dụng tấm thấu kính nhận được cũng có các thông số k thuật à đặc tính tính ưu t so ớ công ngh cạnh tranh. 3.3.1. ấu trúc tấm i thấu kính à n uy n lý chiết sán ch bộ đèn LED Tấm thấu kính (lent cular sheet) đã được b ết đến từ lâu trong rất nh ều ứng dụng quang học, đ ển hình là sử dụng để tạo ra tranh ảnh nổ 3D, để tạo ra các màng tăng độ sáng (Br ghtness Enhancement F lm- BEF) cho màn hình tính LCD. 76 nh 3.18: Tấm vi thấu kính dùng làm tấm phân sáng cho đèn LED panel 1200x600 mm Tấm thấu kính là một tấm hoặc màng quang học mỏng (có độ dày từ 0,2 mm đến 6 mm), trên bề mặt có các cấu trúc thấu kính trụ, thấu kính cầu hay các cấu trúc k ểu lăng kính khác nhau. Cấu tạo à các thông số c a tấm thấu kính được th ết kế, chế tạo tùy theo nhu cầu sử dụng cụ thể, í dụ được phân loạ theo công dụng như thấu kính để tán xạ ánh sáng, để dùng trong công ngh 3D, để chế tạo tấm dẫn sáng cho công ngh ch ếu sáng màn hình LCD hay làm đèn LED. Tấm thấu kính dùng để chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh cần có độ dày phù hợp ớ module LED sử dụng. Đố ớ LED công suất cao 1W, các tấm dẫn sáng PMMA cần có độ dày tố th ểu 8 mm, nguyên nhân ch yếu do mặt phát sáng có dạng bán cầu, không thể áp sát ào cạnh c a tấm dẫn sáng. Ch ều dày 8 mm c a tấm ật l u làm tăng g á thành đầu ào à tăng trọng lượng bộ đèn. Sử dụng module LED cấu thành bở chuỗ LED công suất trung bình từ 0,2W đến 0,4W (3528 hoặc 5050) sẽ g ảm được độ dày tấm dẫn sáng xuống khoảng 4,5 mm. Các tấm thấu kính thương mạ 77 hóa có kích thước 2440x1220 mm à độ dày từ 0,25 đến 6 mm, ật l u chế tạo là PET, PETG, PMMA, PC ớ chất lượng khác nhau. nh 3.19: Sơ đồ cấu trúc vi thấu kính và tia sáng trong tấm phân sáng Cấu trúc tấm thấu kính được ẽ trên hình 3.19, đó là một tấm ật l u quang học có ha mặt cấu trúc khác nhau, một mặt phẳng à một mặt có các thấu kính hình trụ. T ết d n c a thấu kính trụ có thể là cung tròn hoặc parabol, nhưng cũng có thể có hình dạng khác. T êu cự c a các thấu kính thông thường lớn hơn độ dày một chút (khoảng 10 ). T êu chí này không bắt buộc đố sáng, nhưng là bắt buộc ớ ớ thấu kính dùng làm tấm phân thấu kính dùng cho công ngh làm ảnh hoạc màn hình 3D. nh 3.20: Ảnh hiển vi truyền qua của tấm vi thấu kính 78 Kh so tấm thấu kính dướ kính h ển truyền qua, ta có thể thấy các sọc ánh sáng truyền qua được hộ tụ theo một ch ều song song ớ quang trục (hình 3.19). Ảnh phản xạ rất khó quang sát dướ kính h ển do độ phản xạ thấp (4 ) à định hướng (phản xạ gương). Kh t a sáng phát ra từ gó LED đ ào một cạnh c a tấm thấu kính, t a sáng sẽ bị khúc xạ, ớ góc c a t a sáng ớ pháp tuyến c a mặt phẳng cạnh bên cực đạ là 42o (kh ch ết suất ật l u n= 1,5). Đây cũng chính là góc tớ hạn cho h n tượng phản xạ toàn phần c a tấm thấu kính kh đặt trong không khí. Bằng một phép tính lượng g ác đơn g ản, ta thấy rằng tất cả các t a sáng đ ào tấm thấu kính sẽ phản xạ toàn phần trên mặt phân cách phẳng (phía dướ , hình 3.19), ì góc c a t a ớ pháp tuyến luôn lớn hơn 42o. Tuy nh ên, ớ các t a đ lên trên, do thấu kính trụ có mặt cong, đ ều k n phản xạ toàn phần sẽ bị phá ỡ nên t a sáng sẽ đ ra khỏ bề mặt thấu kính. Ta có thể quan sát thấy h n tượng này kh dùng một thanh LED ch ếu ào cạnh uông góc ớ trục quang c a tấm thấu kính (hình 3.21). nh 3.21: Chiếu sáng vuông góc với trục quang của tấm vi thấu kính Chúng ta nhận thấy rằng cường độ ánh sáng g ảm nhanh theo khoảng cách từ ị trí thanh LED đến ị trí quan sát. Hơn n a, tạ ị trí sát thanh LED, ta thấy phân bố ánh sáng không đều do chùm t a từ LED ra chưa chồng chập đầy đ lên nhau. Trên thực tế, các t a sáng phát ra từ ị trí sát ớ thanh LED sẽ bị che bở khung tản nh t 79 cho thanh LED, tuy có tác dụng g ảm phần ánh sáng gây lóa, nhưng quang thông tổng c a bộ đèn bị mất mát ô ích. Tốc độ suy g ảm cường độ sáng nhanh như quan sát thấy trên hình 3.20 dẫn tớ h quả là kích thước c a tấm phân sáng không thể lớn. Cấu hình ch ếu thanh LED uông góc thích hợp ớ đèn LED panel có ch ều ngang nhỏ hơn 30 cm kh ch ếu từ ha cạnh đố d ên nhau. Một phương án khác có thể tr ển kha đố ớ tấm thấu kính là phương án ch ếu song song ớ quang trục (hình 3.22). Chúng ta thấy rằng trong trường hợp này, tốc độ suy g ảm cường độ ánh sáng chậm hơn, ánh sáng được dẫn xa hơn. Vì ậy, trong đa số trường hợp, cấu hình này được sử dụng phổ b ến hơn, nhất là đố ớ các loạ đèn LED ch ếu cạnh có kích thước lớn hơn (vd. 1200x300 mm). nh 3.22: Chiếu sáng song song với trục quang của tấm vi thấu kính 3.3.5. hiết kế tấm ẫn sán có các phần tử chiết sán Thông số c a tấm ùn i thấu kính thấu kính dùng để chế tạo dẫn sáng được các nhà sản xuất th ết kế dựa ào th ết kế chung c a bộ đèn LED ch ếu cạnh ớ các hợp phần chính ẽ trên hình 3.23. Phần tử phát sáng là chuỗ LED gắn trên mạch n nhôm dùng làm tản nh t ớ các gó LED có công suất à hình dạng khác nhau. Thông thường các LED công suất lớn hơn 1 W có mặt bán cầu ớ phần thân hình trụ, còn các gó LED công suất trung bình có hình khố hộp, mặt phát xạ phẳng. Góc mở c a các gó LED cũng đóng a trò quan trọng trong sự lựa chọn thông số LED, bở gốc 80 mở lớn sẽ tăng sự đồng đều ề mặt phân bố, tuy nh ên mất mát trong ghép quang cũng tăng thêm. H n nay, các gó LED có góc mở từ 120o đến 145o được các nhà sản xuất LED cung cấp, là các loạ gó LED thích hợp ớ c chế tạo đèn LED ch ếu cạnh. Kích thước c a gó LED công suất trung bình cũng được chu n hóa, í dụ LED 5050 có kích thước ngoà 500x500 µm; LED 3528 có kích thước ngoà 350x280 µm. nh 3.23: Sơ đồ cấu trúc đèn LED panel dùng tấm vi thấu kính Đố ớ nhà sản xuất tấm thấu kính cho LED, c chọn lựa sản ph m ch đạo là ch ến lược quan trọng ì ch phí khuôn mẫu rất cao. Công ngh chế tạo tấm thấu kính là công ngh đùn nhựa (extrus on) áp lực cao ớ cấu trúc t nh tế. H n nay, ớ c sử dụng phổ b ến gó LED 3528, tấm ch ều dày 4 mm là lựa chọn tố ưu cho cả nhà cung cấp tấm thấu kính thấu kính ớ thấu kính lẫn nhà sản xuất đèn ch ếu cạnh. Thông số khác cần quan tâm hàng đầu là ật l u chế tạo: acryl c, PET à PETG là các ật l u thích hợp ì cố độ trong suốt cao, độ bền ớ mô trường à dễ g a công ớ máy cát laser CO2. Công ngh chế tạo đèn LED panel dùng sáng có ưu đ ểm so ớ các công ngh thấu kính làm tấm dẫn sáng à phân n lướ , n phun, khắc laser là bớt được một 81 khâu n ấn, có tính ổn định cao. Tuy nh ên, ì sự lựa chọn nguyên l u đầu ào hạn chế, ì ậy các nhược đ ểm có thể kể ra cũng nh ều, đò hỏ các nhà th ết kế phả có đ k ến thức tổng quát để tố ưu hóa tính năng sản ph m. Đó là:  Mất mát ánh sáng tạ các ùng lân cận ớ chuỗ LED, ánh sáng phát ra bị che chắn bở khung đèn.  Không đ ều kh ển được hàm phân bố các phần tử ch ết sáng, ì ậy phân bố cường độ sáng c a đèn bên cạnh đèn thường lớn hơn trung tâm.  Hạn chế sự đa dạng ề kích thước à hình dạng đèn. 3.3.6. Sản phẩm thử nghiệm tấm ẫn sán ùn i thấu kính H n nay, sau nh ều lần thay đổ th ết kế à thử ngh m, một số dòng sản ph m LED panel dùng tấm thấu kính đã được đưa ào sản xuất thử để so sánh ớ các công ngh khác. Một í dụ là đèn LED panel kích thước 1200x300 mm chế tạo ớ tấm phân sáng dùng thấu kính do Công ty V nh Huy cung cấp. Các thông số c a bộ đèn thu được như sau: Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của đèn LED panel 1200x300 mm nhập khẩu ại l ợn đ iá tr ơn đ Kích thước: Dà Rộng Dày 1200*300*1,5 mm Quang thông 3886 lumen Công suất t êu thụ (cả nguồn) 50 W H u suất quang 77 lumen/W Nh t độ màu CCT 3430 Kelvin H số truyền màu CRI 82 Độ l ch màu chu n so ớ 3500 K 0,1 SDCM Độ sa l ch phân bố cường độ sáng ±10 % H u suất b ến đổ quang-quang 77 % 82 Chúng ta nhận thấy rằng, c sử dụng tấm thấu kính đơn g ản hóa quy trình sản xuất, tuy nh ên, một số thông số c a đèn bị suy g ảm như h u suất b ến đổ quang-quang- tổng quang thông từ gó LED chuyển sang quang thông h u dụng c a bộ đèn đạt khoảng , so ớ g á trị lớn hơn 80 kh dùng công ngh n lướ . Hơn n a, phân bố cường độ sáng ngang theo đèn cũng bị ảnh hưởng ở tầm xa (hình 3.23), b ểu h n là cường độ sáng phần g a đèn bị suy g ảm. nh 3.24: Kết qua đo phân bố cường độ sáng đèn LED panel dùng tấm vi thấu kính 3.3.7. ết luận sơ bộ về công nghệ chế tạo LED panel dùng tấm vi thấu kính  Chúng tô đã ngh ên cứu, thiết kế và chế tạo thành công bộ đèn LED trên cơ sở tấm dẫn sáng sử dụng tấm thấu kính làm l nh k n phân phố ánh sáng.  Đã xây dựng phương pháp à đo đạc đánh g á độ đồng đều c a tấm phân sáng dùng tấm thấu kính.  Kết quả cho thấy, độ đồng đều đạt 10 là thông số chấp nhận được cho loạ đèn LED panel kích thước 1200x300 mm.  H u suất b ến đổ quang-quang 77% là cao hơn chỉ t êu đăng ký 70% đồng thời công ngh đơn g ản hơn so ới công ngh n lưới. 83  Do chưa đánh g á được chính xác g á thành, cũng như độ bền c a tấm thấu kính so với công ngh n lướ lên trên tấm phẳng, chúng tôi sẽ tiếp tực nghiên cứu, phát triển và hoàn thi n công ngh này trong thời gian sắp tới. 84 4 ỨNG DỤNG CHẾ T È S ỨNG L C DÙNG TẤM DẪN SÁNG PHẲNG 4.1. Giới thiệu Th ết bị so ứng lực được chế tạo để quan sát à đo ứng lực trong th y t nh hoặc các ật l u quang đàn hồ khác. Kh ật l u quang đàn hồ đẳng hướng chịu một áp lực nào đó từ bên ngoà hoặc từ bên trong sau kh đông đặc, ứng lực tạo ra sẽ làm ật l u trở thành dị hướng à ị trí có ứng lực sẽ có tính lưỡng ch ết. Vớ th ết bị so ứng lực, chúng ta có thể xác định một cách định tính hoặc định lượng được mức độ dị hướng bằng cách quan sát độ lưỡng ch ết. Th ết bị so ứng lực thông thường bao gồm một h thống ch ếu sáng, ha tấm phân cực tròn trá à phân cực tròn phả được bố trí sao cho ánh sáng không thể lọt qua (trường tố ), kh không có mẫu hoặc mẫu quan sát không có ứng lực dư. Kh đặt mẫu th y t nh có ứng lực dư tạ một ị trí nào đó, h u ứng lưỡng ch ết sẽ làm thay đổ pha g a ha thành phần Ex và Ey c a ectơ đ n trường c a ánh sáng đ qua mẫu làm cho ánh sáng có thể truyền qua tấm phân cực thứ ha . Cường độ c a ánh sáng truyền qua tỷ l thuận ớ ứng lực c a mẫu kh ánh sáng sử dụng là ánh sáng đơn sắc. Trong trường hợp ánh sáng từ nguồn sáng là tổ hợp c a nh ều bước sóng khác nhau, hình ảnh truyền qua c a ị trí có ứng lực dư sẽ có nh ều màu sắc à phân bố ở các ị trí khác nhau tùy theo hình dạng à kích thước c a ùng có ứng lực. Các th ết bị so ứng lực cổ đ ển sử dụng bóng đèn sợ đốt làm nguồn sáng. Bóng sợ đốt có nhược đ ểm là h u suất thấp, t êu thụ năng lượng đ n nh ều, toả nh t nh ều làm nóng mặt ngườ sử dụng. Hơn n a, để có thể tạo ra mặt phát sáng có d n tích lớn, cấu trúc c a th ết bị rất cồng kềnh do đèn sợ đốt là nguồn sáng đ ểm, cần một h thống quang học phức tạp để phân phố luồng sáng một cách đều đặn cho ngườ quan sát. Đã có g ả pháp dùng đèn LED phát ánh sáng màu xanh lục bước sóng từ 510 nm đến 540 nm làm nguồn sáng cho phân cực kế có cấu trúc ha tấm phân cực thẳng à một tấm ¼ bước sóng (sáng chế S 061612 B2 do ohnston c a Hãng Osram Syl an a đề xuất năm 2006). G ả pháp này không thích hợp ớ các mẫu có ứng lực 85 nhỏ ( í dụ như mẫu th y t nh mỏng), bở ì kh đó, độ l ch pha g a ha thành phần ectơ đ n trường Ex và Ey chưa đ lớn để tạo ra một ân g ao thoa, làm cơ sở để tính ứng lực. Hơn n a, bề mặt quan sát c a th ết bị do ohnston đề xuất có kích thước rất nhỏ (50x50 mm) à cường độ sáng yếu (1200 cd/m2) so ớ kích thước 160x220 mm2 à cường độ mạnh (4500 cd/m2) c a th ết bị đề xuất bở g ả pháp h u ích. Ha đ ều khác b t ch yếu c a g ả pháp h u ích so ớ g ả pháp c a ohnston bao gồm c sử dụng ha tấm phân cực tròn thay cho ha tấm phân cực thẳng cùng ớ tấm ¼ bước sóng, à c sử dụng đèn LED trắng thay cho đèn LED đơn sắc c a ohnston. Sau đây, chúng tô sẽ mô tả ch t ết cấu trúc c a th ết bị sẽ chế tạo theo đề xuất c a g ả pháp mớ , cho phép quan sát các ùng có ứng lực dư c a mẫu th y t nh có kích thước lớn à ứng lực nhỏ như phích nước đã qua lò để khử ứng suất. 4.2. Bản chất kỹ thuật của đèn s i ng lực Mục đích c a c chế tạo đèn so ứng lực là sử dụng một phương pháp ch ếu sáng mớ để tăng cường độ nhạy kh quan sát ứng lực dư c a mẫu th y t nh như ruột phích nước kh chưa tráng bạc, ống th y t nh dùng làm bóng đèn compact sau khi gia công, nhằm k ểm soát chất lượng c a các sản ph m trung g an này trước kh đưa ào các khâu chế tạo khác. Mặt khác, kết cấu sử dụng đèn LED phẳng do g ả pháp này đưa ra cho phép g ảm bớt được kích thước à trọng lượng c a th ết bị so ứng lực, đồng thờ cho phép t ết k m đ n năng được 20 lần so ớ g ả pháp cổ đ ển sử dụng đèn sợ đốt làm nguồn ch ếu sáng. Nhằm đạt được mục đích nêu trên, g ả pháp h u ích đưa ra một th ết kế ớ cấu trúc đèn ch ếu sáng hoàn toàn mớ (hình 4.1), trong đó dãy LED ch ếu sáng được bố trí ở phía dướ th ết bị. Ánh sáng từ dãy LED được ch ếu ào ha cạnh c a một tấm dẫn sáng 3 làm bằng ật l u quang học có n một ma trận các đ ểm ch ết sáng (l ght extractor) có hàm phân bố mật độ phù hợp tạo ra một nguồn sáng đồng đều. Để tăng thêm tính đồng đều c a mặt sáng, một tấm tán xạ mịn 5 có pha bột T O2 kích thước dướ 1 µm, được đặt lên trên tấm dẫn sáng, tạo thành một mặt ch ếu sáng có độ đồng đều cao. Trên mặt tấm tán xạ được đặt một tấm phân cực tròn 6 à trên đó là một tấm kính bảo . Một tấm phân cực tròn khác 8 được kẹp trong ha tấm kính bảo à gắn 86 lên phía trên buồng so ứng lực mẫu ật. Ha tấm phân cực tròn 6, 8 tạo thành một cặp phân cực bổ sung là phân cực tròn trá à phân cực tròn phả . Cặp phân cực này sẽ ngăn không cho ánh sáng từ đèn LED đ qua, ngay cả kh có mẫu th y t nh đồng nhất đặt trong buồng so ứng lực. Kh mẫu th y t nh có ứng lực dư, nó sẽ trở thành có tính lưỡng ch ết à làm thay đổ pha g a ha thành phần Ex và Ey c a ectơ đ n trường c a ánh sáng truyền qua mẫu làm cho ánh sáng có thể truyền qua tấm phân cực. Cường độ à màu sắc c a ánh sáng truyền qua tăng lên tạ ị trí có ứng lực dư c a mẫu th y t nh. Kh ứng lực dư c a mẫu th y t nh nhỏ đến mức không đ để tạo ra một ân g ao thoa, sự thay đổ màu sắc c a ùng có ứng lực cho ta thông t n ề độ lớn à ị trí c a nó. Sự thay đổ màu sắc này chỉ xảy ra kh ánh sáng ch ếu qua mẫu là tổ hợp c a nh ều bước sóng khác nhau, í dụ như phổ đèn LED trắng ẽ trên hình 3, trong đó bao gồm một ạch phát xạ mạnh màu xnh lam tạ 4 0 nm à một dả phát xạ rộng 120 nm có đỉnh tạ 580 nm, chứa các màu xanh lục, àng à đỏ. 1 0 8 9 1 1 1 2 7 1 4 3 6 5 1 2 Hình 4.1: Hình vẽ mặt cắt ngang mô tả cấu trúc của thiết bị soi ứng lực dùng đèn LED trắng kết hợp với hai tấm phân cực tròn trái và tròn phải do chúng tôi đề xuất 87 Hình 4.2: Hình vẽ phối cảnh của thiết bị với một mẫu cần soi ứng lực Hình 4.3: Phổ phát xạ của đèn LED trắng 88 Nó tóm lạ , th ết bị so ứng lực sử dụng đèn LED do chúng tôi đề xuất là một th ết bị đặc ch ng có độ nhạy cao, ứng dụng để quan sát định tính ứng lực nhỏ c a các mẫu ật th y t nh có kích thước lớn, không quan sát được bở các th ết bị thông thường như phân cực kế thương mạ . G ả pháp này cũng ưu t hơn các g ả pháp trước đây ở chỗ sử dụng đèn LED phẳng có mật độ sáng cao, đồng đều, t ết k m năng lượng à tuổ thọ cao. 4.3. M tả chi tiết thiết b s i n lực ùn đèn LED Cấu trúc ch t ết c a th ết bị so ứng lực dùng đèn LED trắng 12 kết hợp ớ hai tấm phân cực tròn trá 6 à tròn phả 8 được ẽ m nh hoạ trên trên hình số 4.1. Dãy LED trắng 1 được gắn trên dả mạch n nhôm dùng làm tản nh t 2, tất cả được gắn trong hộp đèn 12, dãy LED được cấp đ n bằng một nguồn nuô một ch ều (không ẽ). Ánh sáng từ dãy LED được ch ếu ào tấm dẫn sáng 3 từ ha phía. Để lấy được ánh sáng ra ngoà , một ma trận các chấm ch ết sáng được n hoặc khắc bằng t a laser lên tấm dẫn sáng. Mật độ c a các chấm ch ết sáng tăng dần từ ngoà ào đến trung tâm nhằm tạo ra phân bố cường độ sáng đều đặn trên toàn bộ phần d n tích lấy ánh sáng ra. Mặt dướ c a tấm dẫn sáng được đặt một tấm phản xạ 4 để hắt sáng lên phía trên, tăng cường độ sáng. Mặt trên tấm dẫn sáng được đặt một tấm tán xạ 5 để làm mờ các chấm ch ết sáng, tạo ra một mặt ch ếu sáng mịn à đồng đều. Ánh sáng đ ra từ mặt phát sáng này không phân cực, có ngh a là định hướng c a ectơ đ n trường c a ánh sáng là như nhau ớ tất cả các hướng. Để tạo ra ánh sáng phân cực, một tấm phân cực tròn 6 được đặt lên trên bề mặt tấm tán xạ. Tấm phân cực tròn cấu tạo từ một tấm phân cực thẳng ghép ớ tấm g chậm pha ¼ bước sóng ớ góc tạo thành g a trục quang học c a 2 tấm là 45o. Phần ánh sáng truyền qua (khoảng 40 cường độ) sẽ có phân cực tròn phả (kh ectơ đ n trường ch ều k m đồng hồ) hoặc phân cực tròn trá (kh c a ánh sáng quay theo ectơ đ n trường c a ánh sáng quay ngược ch ều k m đồng hồ). Kh ánh sáng truyền qua ha tấm phân cực bổ sung (trá à phả ), cường độ chùm sáng sẽ suy g ảm đáng kể, tạo nên trường tố trong th ết bị so ứng lực. Cặp phân cực bổ sung trong th ết bị này được cấu tạo từ ha tấm phân cực 6 và 8. Ha tấm th y t nh bảo 7 và 9 được lựa chọn sao cho không ảnh hưởng 89 đến tính chất phân cực c a th ết bị (không có tính lưỡng ch ết). Mẫu cần quan sát được đặt ở buồng so ứng lực nằm g a ha phần trên à dướí c a th ết bị, được cố định ớ nhau qua một kết cấu cơ khí 11. Kh mẫu th y t nh có ứng lực dư hoặc chịu tác động c a ngoạ lực, th y t nh sẽ trở thành có tính lưỡng ch ết à làm thay đổ pha g a ha thành phần Ex và Ey c a ectơ đ n trường c a ánh sáng truyền qua mẫu, làm cho ánh sáng từ phân cực tròn trở thành phân cực ell p à có thể truyền qua tấm phân cực. Cường độ à màu sắc c a ánh sáng truyền qua tăng lên tạ ị trí có ứng lực dư c a mẫu th y t nh. Kh ứng lực dư c a mẫu th y t nh nhỏ đến mức không đ để tạo ra một ân g ao thoa, sự thay đổ màu sắc c a ùng có ứng lực cho ta thông t n ề độ lớn à ị trí c a nó. Màu sắc c a ánh sáng truyền qua còn phụ thuộc ào cấu trúc phổ c a ánh sáng từ đèn ch ếu sáng. Nếu đèn ch ếu sáng là đèn sợ đốt như trong các th ết bị cổ đ ển, phổ phát xạ c a đèn là phổ phát xạ c a ật đen tuy t đố có nh t độ 2900 o K, ì thế màu sắc ch đạo sẽ chuyển từ àng sang đỏ. Để cân bằng cấu trúc phổ, ngườ ta phả sử dụng thêm bộ lọc sắc màu xanh lam để g ảm bớt phần đỏ. G ả pháp này làm g ảm cường độ sáng c a đèn một lượng đáng kể. Trong trường hợp phả tăng độ chính xác kh đo ứng lực, bộ lọc sắc màu xanh lục được sử dụng để tạo ánh sáng đơn sắc. G ả pháp c a chúng tô đáp ứng trường hợp tạo ra hình ảnh đa màu sắc do c sử dụng LED trắng đa sắc có phổ phát xạ ã trên hình 4.3. Hình 4.2 là hình ẽ phố cảnh th ết bị so ứng lực c a g ả pháp h u ích ớ tấm kính bảo tránh cho tấm phân cực khỏ bị xây xước, hộp đèn LED 12 được gắn phần trên c a th ết bị qua thanh g 11. Mẫu quan sát được đặt trên mặt kính . Trên hình 4.3 là phổ phát xạ c a LED trắng chúng tô sử dụng trong chế tạo đèn, trong đó bao gồm một ạch phổ mạnh màu xanh lam tạ bước sóng 4 0 nm à một dả phổ rộng 120 nm trả dà từ ùng xanh lục đến ùng đỏ, có đỉnh tạ 580 nm. Như ậy màu sắc c a ùng có ứng lực quan sát được sẽ là tổ hợp c a ha dả màu trên, tùy theo độ lớn c a ứng lực. Trong một ph ên bản tùy chọn, LED trắng có thể được thay bằng LED màu đơn sắc xanh lá cây như trong một g ả pháp trước đây do ohnston đề xuất. Tuy nh ên, g ả pháp h u ích ẫn có nh ều ưu đ ểm hơn g ả pháp c a ohnston, như sẽ mô tả trong phần h u quả đạt được c a g ả pháp h u ích. 90 Trên hình 4.4 là ảnh chụp một mẫu ật l u quang học có ứng lực dư. Ánh sáng nền nơ không có mẫu 13 có màu tía, là tổ hợp c a ánh sáng màu xanh lam à màu đỏ lọt qua, do đ ều k n tạo phân cực tròn c a tổ hợp phân cực thẳng à tấm ¼ bước sóng chỉ chính xác ớ ánh sáng màu àng. Trên mẫu ật chúng ta quan sát thấy một số dả b ến dạng màu từ xanh lam 14 đến đỏ 15 à nh ng ùng sáng trắng 16. Trong đó, nh ng nơ có ứng lực nhỏ sẽ thể h n bằng nh ng dả màu từ xanh lam đến đỏ, tùy thuộc ào độ dày mỏng c a mẫu ật l u. Tạ nh ng khu ực có ứng lực dư lớn hoặc quang trình dà , tất cả các dả màu đều có thể truyền qua, tổ hợp lạ thành màu trắng. Hình 4.4: Ảnh chụp của mẫu vật có ứng lực dư đặt trong thiết bị soi ứng lực So ớ th ết bị so ứng lực truyền thống sử dụng bóng sợ đốt, g ả pháp dùng LED trắng cho h u suất ch ếu sáng cao hơn khoảng 20 lần, tuổ thọ cao gấp khoảng 25 lần. Th ết bị so ứng lực sử dụng bóng đèn dây tóc làm nóng mặt ngườ dùng, trong kh g ả pháp h u ích dùng đèn LED hầu như g ảm được hoàn toàn h n tượng tỏa nh t xung quanh mặt quan sát, không gây bất t n cho ngườ sử dụng. 91 So ớ th ết bị do ohnston đề xuất, th ết bị chế tạo theo g ả pháp này cho độ sáng gấp 3, 5 lần. Hơn n a, th ết bị do g ả pháp này đề ra còn thích hợp so các mẫu ật l u có ứng lực nhỏ hơn ít nhất 5 lần so ớ th ết bị do ohnston đề xuất. So ớ th ết bị do ohnston đề xuất, th ết bị chế tạo theo g ả pháp này còn cho phép quan sát các mẫu ật có thể tích lớn hơn khoảng 100 lần mà ẫn g được kết cấu gọn nhẹ. 92 Ế LUẬ Vớ mục t êu ban đầu đặt ra là Phát tr ển được công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh có các thông số k thuật ưu sáng phẳng dùng LED t, g á thành rẻ sử dụng trong đèn ch ếu ớ các thông số k thuật cụ thể là tấm dẫn sáng cps h số biến đổi quang-quang h u ích ≥ 0 , à độ đồng đều > 80 . Sau hơn ha năm tr ển kha thực h n đề tà nhóm ngh ên cứu đã đạt được các kết quả cụ thể như sau:  Đã ngh ên cứu phát tr ển được à làm ch công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh sử dụng trong chế tạo đèn ch ếu sắng phẳng. Tấm dẫn sóng ch ếu canh chế tạo được có h u suất ch ết sáng > 0 à độ đồng đều > 80 à có thể áp dụng trong chế tạo nh ều loạ đèn khác nhau như đèn LED panel, đèn ốp trần, đèn bàn, đèn so ứng lực.  Đã ngh ên cứu các h u ứng ật lý, nguyên lý ch ết sáng, tính toán mô phỏng các ma trận đ ểm các đ ểm ch ết sáng, trên cơ sở đó chế tạo thử ngh m các tấm dẫn sáng ch ếu cạnh đảm bảo có h u suất ch ết sáng > 0 .  Đã ngh ên cứu à thử ngh m nh ều công ngh khác nhau để chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh trong đó tập trung ào ha công ngh chính là: o Công ngh phun ph tạo lớp ch ết sáng sử dụng các hạt cầu ch ết suất cao kích thước m cro, nano. o Công ngh n lướ đơn g ản có thể tr ển kha trong sản xuất quy mô công ngh p.  Đã thử ngh m ứng dụng các tấm dẫn sáng ch ếu cạnh chế tạo được trong chế tạo một số loạ đèn ch ếu sáng dùng LED à đánh g á các thông số k thuật thực tế trên các đèn chế tạo được. Kết quả đo đạc thực ngh m cho thấy các mẫu tấm dẫn sáng ch ếu cạnh tốt nhất nhận được bằng công ngh n lướ có h u suất ch ết sáng (hay h u suất chuyển đổ quang-quang) > 88 à độ đồng đều ~90 . Tất cả các mẫu chế tạo đều có h u suất ch ết sáng > 0 à độ đồng đều > 80 . 93 ác sản phẩm chính ( ia nộp) của đề tài ba ồm:  02 quy trình công ngh chế tạo tấm dẫn sáng cạnh (ELLG) trên cơ sở ha công ngh khác nhau có thể tr ển kha sản xuất ở quy mô lớn: o Quy trình công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh bằng công ngh phun ph sử dụng các hạt cầu ch ết suất cao từ 1.9 đến 2.3 phù hợp cho chế tạo các tấm dẫn sáng g á thành rẻ có h u suất ch ết sáng > 0 , độ đồng đều > 80 o Quy trình công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh bằng công ngh n lướ phù hợp cho chế tạo quy mô lớn các tấm dẫn sáng có g á thành chấp nhận được à h u suất ch ết sáng cao > 5 à độ đồng đều > 80 .  05 bản th ết kế tấm dẫn sáng ELLG cho các đèn LED panel.  05 loạ tấm dẫn sáng mỗ loạ 3-5 mẫu cho các đèn LED panel.  03 mẫu đèn hoàn chỉnh chế tạo dùng tấm dẫn sáng ch ếu cạnh.  01 g ả pháp h u ích đã được chấp nhận đơn từ 11/2013 h n đang trong thờ g an công bố rộng rã trên webs te c a Cục sở h u trí tu (có thể k ểm tra trực tuyến trên Webs te c a Cục sở h u trí tu .  Công bố 02 công trình khoa học trên kỷ yếu Hộ nghị.  Tham g a đào tạo 01 thạc s . So ớ bản đăng ký thực h n đề tà thực h n ượt mức 02 mẫu th ết kế; 01 quy trình công ngh chế tạo; 02 loạ mẫu tấm dẫn sáng; 03 mẫu đèn hoàn chỉnh và chưa thực h n được 02 bà báo đăng trên các tạp chí chuyên ngành. 94 L Ch nh m đề tà ẢM à nhóm ngh ên cứu đề tà x n trân trọng cảm ơn sự ng hộ à tạo đ ều k n hỗ trợ c tr ển kha thực h n đề tà c a Ban G ám H u, Phòng Khoa Học & Công ngh , V n T ên T ến Khoa học à Công ngh (AIST). Chúng tôi x n cảm ơn sự cộng tác à tạo đ ều k n thử ngh m chế tạo à đo đạc đánh g á các thông số c a tấm dẫn sáng c a Ban lãnh đạo Công ty à Trung tâm R&D ch ếu sáng Rạng Đông. X n cảm ơn sự cộng tác nh t tình c a các đồng ngh p V n Khoa học Vật l u, V t Khoa học à Công ngh V t Nam. Đặc b t, chúng tô x n cảm ơn Vụ Khoa học, Công ngh à Mô trường, Bộ G áo dục à Đào tạo đã phê duy t à cấp k nh phí để đề tà có thể tr ển kha thực h n. 95 ài liệu tham khả : [1] Nakamura, Mukai and Senoh, Appl. Phys. Lett. Vol. 64, No.13, 28 March 1994. [2] Kobayashi, Akira (Mobara, JP), Sano, Tooru (Mobara, JP), Light source device, United States Patent 4909604, 03/20/1990. [3] Nakayama, Kouichi (Kofu, JP), Surface illuminating apparatus, United States Patent 5079675, 01/07/1992. [4] Streck, Donald A. (Kailua, HI), Backlit LCD display panels including sensible panels for pen-driven computers, United States Patent 5278545, 01/11/1994. [5] Rudisill, Charles A. (Apex, NC), Whittle, Daniel J. (Apex, NC), Edge-lit transflective non-emissive display with angled interface means on both sides of light conducting panel, United States Patent 5339179, 08/16/1994. [6] Ge, Shichao (San Jose, CA), Huang XI, (San Jose, CA), Ge, Xiaoqin (Hanzhou, CN), Flat parallel light source, United States Patent 5839812, 11/24/1998. [7] Oe, Makoto (Kawasaki, JP), Chiba, Issei (Kawasaki, JP), Plane light source unit, United States Patent 5863113, 01/26/1999. [8] Riopel, Pierre-paul (St. Bruno, CA), Rapeanu, Radu-cornel (Mont-Royal, CA), Descarries, Camille (Montreal, CA), Xing, Zhi Gang (Montreal, CA), Edge-lit panel with photo-luminescent features, United States Patent 7412790, 08/19/2008. [9] Schardt, Craig R. (St. Paul, MN, US), Thompson, Scott D. (Woodbury, MN, US), Wheatley, John A. (Lake Elmo, MN, US), Lu, Dong (Woodbury, MN, US), EDGE-LIT BACKLIGHT HAVING LIGHT RECYCLING CAVITY WITH CONCAVE TRANSFLECTOR, United States Patent Application 20070047262, 03/01/2007. [10] Vahabzadeh, Mahyar (Scottsdale, AZ, US), Light guide with refractive layer, United States Patent Application 20100142222, 06/10/2010. [11] Whitehead, Lorne (Vancouver, CA), Ward, Greg (Albany, CA, US), Stuerzlinger, Wolfgang (Toronto, CA), Seetzen, Helge (Vancouver, CA), EDGE 96 LIT LOCALLY DIMMED DISPLAY, United States Patent Application 20100302480, 12/02/2010. [12] Qi, Jun (Cupertino, CA, US), Yin, Victor H. (Cupertino, CA, US), Zhong, John Z. (Cupertino, CA, US), Chen, Wei (Palo Alto, CA, US), EDGE-LIT BACKLIGHT UNIT WITH THIN PROFILE, United States Patent Application 20100321609, 12/23/2010. [13] Ciupke, Werner W. (Sonoma County, CA), Redmond, William F. (Sonoma County, CA), Dunah, Richard E. (Sonoma County, CA), Flat panel display lighting system, United States Patent 5461547, 10/24/1995. [14] Gourlay, James (Livingston, GB), LIGHT GUIDES, United States Patent Application 20100296025, 11/25/2010. [15] Wang, Tsung-i (Kuei-Shan Hsiang, TW), DISPLAY DEVICE INCORPORATING BACKLIGHT PLATE COMPOSED OF EDGE-LIT LIGHT GUIDES AND METHOD OF UNIFYING LIGHT EMISSION FROM SAME, United States Patent Application 20110157242, 06/30/2011. [16] Choi, Kueun (Trumbull, CT, US), Choi, Kue Dong (Middletown, CT, US), Choi, Kue Byung (Trumbull, CT, US), Edge-lit lighted panel for bulletin boards, United States Patent Application 20060018126, 01/26/2006. [17] Jacob, Cherian (Brecksville, OH, US), Chen, Chen-lun Hsing (Taipei, TW), Radkov, Emil (Euclid, OH, US), Srivastava, Alok Mani (Niskayuna, NY, US), Setlur, Anant Achyut (Niskayuna, NY, US), Comanzo, Holly Ann (Niskayuna, NY, US), Shiang, Joseph (Niskayuna, NY, US), LED-based edge lit illumination system, United States Patent Application 20060001036, 01/05/2006. [18] Whitehead, Lorne A. (Vancouver, CA), Ward, Gregory John (Albany, CA), Stuerzlinger, Wolfgang (Toronto, CA), Seetzen, Helge (Vancouver, CA), Edge lit locally dimmed display, United States Patent 7942531, 05/17/2011. [19] Brychell, Joseph (Ponte Vedra Beach, FL, US), Optimized distribution of light extraction from an edge lit light source, United States Patent 7762704, 07/27/2010. [20] E. F. Schubert, Light-Emitting Diodes 2nd Edition, Cambridge University Press, 2006. 97 [21] Cree, LED Color mixing: Basics and Background, Technical article CLC-AP38, 2010. [22] Chiung-Han Wang et al., Light source module, US20110228556 A1. [23] Ming-dah Liu et al., Light guide plate for a backlight system US 6447136 B1. [24] Richard C. Allen et al., Brightness enhancement film US 6111696. [25] Ke-Chin Lee et al., LED lighting device with light guide plate US0243256 A1. [26] Katsumata, Toshinobu (Fujiyoshida, JP), Method of manufacturing light guide plate, light guide plate, backlight unit with the light guide plate and display apparatus having the same, United States Patent 7588365, 09/15/2009. [27] Saigo, Takamitsu (Kobe, JP), Taniguchi, Teruo (Shiga, JP), Hashioka, Masayoshi (Shiga, JP), Okamura, Mitsuhiro (Kusatsu, JP), Kimijima, Kenji (Shiga, JP), Surface light source panel for uniform luminance, United States Patent 5926033, 07/20/1999. 98 99 [...]... hệ chế tạ ELL 36 1.3.1 Các giải pháp lắp ghép bộ đèn dùng LED 36 1.3.2 Nguyên lý hoạt động c a tấm dẫn sáng 37 38 1.3.3 Công cụ thiết kế 38 1.3.4 Công ngh chế tạo 2: 2.1 Ế QUẢ Ê ỨU 41 Nguyên lý hoạt động của đèn LED ùn tấm dẫn sáng chiếu 41 cạnh 2.1.1 Ưu đ ểm c a đèn LED phẳng dùng tấm dẫn sáng chiếu cạnh 41 2.1.2 Cấu trúc c a đèn LED phẳng dùng tấm dẫn sáng chiếu cạnh 43 2.1.3 Truyền dẫn ánh sáng trong. .. đích sử dụng, ta có thể phân loạ đèn LED theo hình dạng à phân bố ánh sáng (nguồn sáng đ ểm, nguồn sáng d n ), ngoà ra cón có cách phân bố theo công năng sử dụng ( èn bàn, đèn trần, đèn ch ếu sáng đường phố ) Nguồn sáng điểm có độ chó cao, đ ểm phát sáng nhỏ (như đèn halogen, các loạ đèn cao áp, mặt trờ ), tạo ánh sáng phản ch ếu lấp lánh, được dùng để tạo các đ ểm nhấn Đèn LED sáng đ ểm Đèn LED sáng. .. a tấm 73 dẫn sáng ch ếu cạnh bằng phương pháp phun ph 3.3 hi n c u thiết kế à chế tạ thử n hiệm tâm ẫn sán chiếu cạnh sử 76 n tấm i thấu kính 3.3.1 Cấu trúc tấm thấu kính à nguyên lý ch ết sáng cho bộ đèn 76 LED 3.3.2 Th ết kế tấm dẫn sáng có các phần tử ch ết sáng dùng thấu 80 kính 3.3.3 Sản ph m thử nghi m tấm dẫn sáng dùng thấu kính 82 16 3.3.4 Kết luận sơ bộ về công ngh chế tạo LED panel dùng tấm. .. cộng à dân dụng - Công ty Cổ phần Bóng đèn Phích nước Rạng Đông đang phố hợp ớ V n Khoa học Vật l u, V n AIST Đạ học Bách khoa Hà nộ ngh ên cứu chế tạo một số mẫu đèn LED, bao gồm đèn LED down l ght, LED bulb, LED panel à là đơn ị phố hợp ớ Chương trình ch ếu sáng rắn này 1.1.5 Linh kiện phát sán (LED) Đèn ch ếu sáng rắn là loạ đèn dùng LED ( ôt phát quang bán dẫn) , OLED ( ôt phát quang bán dẫn h u... ngh ch ếu cạnh à sử dụng tấm dẫn sáng Tuy nh ên, để chế tạo các th ết bị này hầu hết các ật tư, l nh k n ẫn phả nhập kh u (Công công ngh chế tạo khuôn à làm khung nhôm c a đèn ốp trần được chuyển g ao từ ĐHBKHN; công ngh ch ếu sáng cạnh được chuyển g ao từ V n IMS) Trong bố cảnh này, c phát tr ển công ngh nhằm chế tạo được các phụ k n, vật tư, các thành phần tạo nên th ết bị ch ếu sáng dùng LED là hết... học và Công ngh V tNam (VAST) đang t ến hành nghiên cứutr ển khai một số ứng dụng c a LED như chế tạo đèn LED công suất cao dùng cho ch ếu sáng công xưởng à đường phố Các bộ đèn LED công suất từ 50 đền 200 W đã được nhập kh u toàn bộ phần quang, tản nh t à mảng LED, phần nguồn nuô do Trung tâm Hỗ trợ Công ngh à Dịch ụ chế tạo à lắp ráp V n Khoa học Vật l u cũng t ến hành ngh ên cứu các ứng dụng LED trọng... ngườ ta dùng tấm tản sáng để che các bóng LED đơn lẻ Tuy nh ên, g ả pháp này làm g ảm quang thông à tăng độ dày c a bộ đèn - H n nay g ả pháp dùng tấm dẫn sáng phẳng, ch ếu sáng từ bên cạnh bằng LED được dùng phổ b ến để chế tạo đèn ốp trần G ả pháp này cho phép ch ếu sáng đều, không tạo bóng à không chó mắt G ả pháp này cũng cho phép chế tạo các bộ đèn phẳng s êu mỏng Cấu k n quan trọng nhất c a đèn 36... ếu sáng đô 19 thị (Hapul co), Công ty Cổ phần Năng lượng xanh K m Đỉnh đã bắt đầu thử ngh m lắp ráp các th ết bị ch ếu sáng dùng LED trong đó có sử dụng công ngh à tấm dẫn sáng ch ếu cạnh Tuy nh ên, hầu hết các ật tư, l nh k n trong đó có tấm dẫn sáng hoàn toàn phả nhập ngoạ , dẫn tớ các sản ph m tạo ra chưa có r êng đặc b t công ngh r êng, chưa ch động ề công ngh đáo, nổ trộ hoặc ưu à như ậy không tạo. .. Quy trình c n n hệ chế tạ tấm ẫn sán chiếu cạnh bằn c n 58 n hệ in l ới 3.1.1 Quy trình công ngh chế tạo 58 3.1.2 Kết quả thử ngh m chế tạo à đo đạc đánh g á một số mẫu 63 tấm dẫn sáng ch ếu cạnh dùng PMMA à phương pháp n lướ 3.2 Quy trình c n n hệ chế tạ tấm ẫn sán bằn c n n hệ phun phủ sử 70 n các hạt cầu chiết suất cao 3.2.1 Quy trình công ngh chế tạo 71 3.2.2 Kết quả thử ngh m chế tạo à đánh g á các... các bộ đèn ch ếu sáng nộ thất là nguồn sáng d n Nguồn sáng d n trong tự nh ên là bầu trờ Để b ến các nguồn sáng đ ểm thành nguồn sáng d n, ngườ ta phả sử dụng choá đèn hoặc máng đèn Choá đèn à máng đèn có ha tính năng cơ bản, chống loá à phân bố lạ ánh sáng Trước đây, bóng đèn dùng trong ch ếu sáng nộ thất ch yếu gồm ha loạ , đèn dây tóc à đèn huỳnh quang Đèn dây tóc có đặc tính c a nguồn sáng đ ểm, ... động đèn LED ùn dẫn sáng chiếu 41 cạnh 2.1.1 Ưu đ ểm c a đèn LED phẳng dùng dẫn sáng chiếu cạnh 41 2.1.2 Cấu trúc c a đèn LED phẳng dùng dẫn sáng chiếu cạnh 43 2.1.3 Truyền dẫn ánh sáng dẫn sáng. .. làm ch công ngh chế tạo dẫn sáng ch ếu cạnh sử dụng chế tạo đèn ch ếu sắng phẳng Tấm dẫn sóng ch ếu canh chế tạo có h u suất ch ết sáng > độ đồng > 80 áp dụng chế tạo nh ều loạ đèn khác đèn LED. .. chuyền chế tạo th ết bị ch ếu sáng ốp trần dạng phẳng, có sử dụng công ngh ch ếu cạnh sử dụng dẫn sáng Tuy nh ên, để chế tạo th ết bị hầu hết ật tư, l nh k n ẫn phả nhập kh u (Công công ngh chế tạo