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

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 c

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài hủ nhiệm đề tài

(ký, họ tên, đóng dấu) (ký, họ tên)

, 2014

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

Ngh ên cứu tính chất quang c a ật

l u

2 KS Đỗ Hồng L ên Trung Tâm R&D

Ch ếu Sáng, Công ty

CP Bóng đèn Phích nước Rạng đông

Thử ngh m đèn ch ếu sáng panel phẳng dùng ELLG

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

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

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

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 thấu kính à t a sáng trong tấm phân sáng

ình 3.20: Ảnh h ển 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

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

D MỤ V Ế 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

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 ùn LED

- 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

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:

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

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

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

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

structure of ELLGs and pilot production of ELLGs with light extraction

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

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

thước 30 x 30 2.4.2 Thiết kế ma trận đ ểm chiết sáng cho đèn LED panel kích

3.1.2 Kết quả thử ngh m chế tạo à đo đạc đánh g á một số mẫu

tấm dẫn sáng ch ếu cạnh dùng PMMA à phương pháp n lướ

63

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 cao

70

3.2.2 Kết quả thử ngh m chế tạo à đánh g á các thông số c a tấm

dẫn sáng ch ếu cạnh bằng phương pháp phun ph

3.3.4 Kết luận sơ bộ về công ngh chế tạo LED panel dùng tấm vi

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

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

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 à như ậy không tạo ra nh ng nét r êng độc đáo, nổ trộ hoặc ưu 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

1

Ổ QU

1.3 ổn quan tình hình n hi n c u à sản xuất đèn LED tr n n ớc 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,

- 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

Tiêu thụ đ n năng cho ch ếu sáng theo khu ực như sau: 19 ch ếu sáng công ngh p à công cộng; 46 cho ch ếu sáng trong nhà; 35 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

 Dễ đ ều kh ển bằng k thuật số ớ khả năng thay đổ độ sáng 100%

 H u suất b ến đổ năng lượng cao

 Không phát t a hồng ngoạ à tử ngoạ

 Hoạt động trong dả nh t độ mô trường cao (- 40 0C đến 60 0C)

Rào cản duy nhất c a Công ngh ch ếu sáng rắn là g á thành c a LED, nhưng

ớ tốc độ phát tr ển mau chóng, rào cản này sẽ được dỡ bỏ

1.1.3 Sự phát triển của đèn LED tr n thế iới

Các kết quả tr ển kha ứng dụng đèn LED ở các nước và bước đầu ở V t Nam cho thấy, công ngh đèn LED sẽ dần thay thế các nguồn sáng truyền thống dùng cho

ch ếu sáng các khu ực trong và ngoài nhà

Hình 1.1: Mức độ thâm nhập thị trường của đèn LED trắng

(nguồn: Yore Development)

Đèn LED t ết k m trên 70% năng lượng khi nó thay thế các loạ đèn truyền thống như đèn cao áp th y ngân (HPM), đèn huỳnh quang ống T10, đèn sợ đốt, à có thể t ết k m được 50 năng lượng nếu thay thế các công ngh t ên t ến hơn như cao

áp sod um (HPS), metal hal de (MH), đèn huỳnh quang ống T8, T5, đèn huỳnh quang compact (CFL)

Nh ều nguồn ước tính thị trường sản ph m ch ếu sáng toàn cầu hàng năm h n nay ở mức trên 0 tỷ SD à dự báo sẽ lên trên100 tỷ SD ào năm 2012 Thị trường

ch ếu sáng rắn (WLED) ước từ khoảng 400 tr u SD đến1,5 tỷ SD ào năm 2012

B ểu đồ dướ đây m nh họa kịch bản t ềm năng ề tăng trưởng thị trường toàn cầu c a các sản ph m ch ếu sáng HBWLED phục ụ mục đích ch ếu sáng chung

1.1.4 ình hình n hi n c u à sản xuất đèn LED tại Việt nam

Công ngh ch ếu sáng LED còn rất mớ mẻ ở V t Nam H n nay, LED ch yếu được dùng cho mục đích ch ếu sáng trang trí, quảng cáo à chỉ dẫn

Các sáng k ến tr ển khai và ứng dụng LED cho mục đích ch ếu sáng chung đang được quan tâm và thực h n trong nh ng năm gần đây Chính ph V t Nam, thông qua Bộ CôngThương và Bộ Khoa học Công ngh đã tr ển khai hàng loạt các nghiên cứu đánh giá ề h n trạng, tương la ứng dụng à phát tr ển công ngh ch ếu sáng LED trên thế g ớ à ở V t Nam Các nghiên cứu này đã xác định rõ các rào cản à đề xuất ề các công ngh sản xuất đèn LED cần phả được chuyển g ao ở V t Nam trong nh ng năm tớ

Sự khở đầu nghiên cứu-tr ển khai à ứng dụng công ngh ch ếu sáng LED trong nhà và ngoài trờ ở V t Nam có thể l t kê như sau:

- V n Khoa học và Công ngh V tNam (VAST) đang t ến hành nghiên cứu-

tr 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 ch ếu sáng trang trí, quảng cáo à làm nguồn sáng cho các th ết

bị dạy học

Hình 1.2: Đèn LED công suất cao lắp ráp tại Viện Khoa học Việt nam

- Một số đề tà ngh ên cứu cũng đang được t ến hành tạ Khu Công ngh cao, TP Hồ chí M nh, l ên quan đến công ngh chế tạo ph ến LED (wafer)

- Một số Công ty l ên danh ớ nước ngoà như K m Đỉnh, Fawoo K d cũng nhập dây chuyền lắp ráp đèn LED ch ếu sáng công 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 (đ ôt phát quang bán dẫn), OLED (đ ôt phát quang bán dẫn h u cơ) hoặc đ ôt phát quang polyme Chúng ta quy định gọ là LED kh đề cập đến 1 ch ếc đ ôt phát quang, còn gọ là Đèn LED (đèn ch ếu sáng rắn) kh nó đến tổ hợp bao gồm bộ đổ đ n + LED +chao đèn

Chúng tô chỉ đề cập đến đèn LED làm bằng chất bán dẫn trong chuyên đề này

Hình 1.3: Hình ảnh một số LED bán dẫn thông dụng

ấu trúc à n uy n lý h ạt độn của LED:

LED (Light-Em tt ng D ode) là một loạ đ -ốt bán dẫn đặc b t mà có thể phát ra

ánh sáng phổ hẹp, rờ rạc kh bị kích thích Màu sắc c a ánh sáng LED có thể là hồng

ngoạ , cận cực tím hoặc ánh sáng nhìn thấy, phụ thuộc ào ật l u bán dẫn sử dụng à

đ ều k n hoạt động

 Như các đi-ốt khác, LED cấu tạo từ 2 lớp chuyển t ếp p-n Mặt p còn gọ

là anốt, mặt n còn gọ là catốt Dòng đ n chỉ có thể chạy một ch ều từ lớp p

sang lớp n Dướ tác động c a dòng đ n, ở lớp p sẽ xuất h n các lỗ trống mang

đ n tích dương, ở lớp n sẽ có nh ều đ n tử mang đ n tích âm

 Ở ùng t ếp g áp tích cực g a lớp p à n, các đ n tử à lỗ trống sẽ tá

hợp ớ nhau Do các đ n tử ở mức năng lượng cao hơn lỗ trống nên kh tá

hợp sẽ có h n tượng g ả phóng ra năng lượng dướ dạng photon ánh sáng Sự

nhảy mức năng lượng càng lớn (phụ thuộc ào ật l u bán dẫn sử dụng à

đ ều k n hoạt động) sẽ tạo ra photon năng lượng càng cao tức là có tần số cao,

dẫn đến đặc trưng ề màu c a ánh sáng phát ra

Hình 1.4: Sơ đồ cấu trúc kinh điển của chip laser, LED

Sơ đồ năng l ợn của chuyển tiếp p-n khi đặt điện áp khác nhau

Hình 1.5: Sơ đồ năng lượng của chuyển tiếp p-n

a/ h n phân cực: Khi chưa đặt thế ngoà ào chuyển t ếp g a bán dẫn

loạ p à loạ n, ẫn tồn tạ đ n trường bên trong do h u ứng khuếch tán đ n

tử à lỗ trống sang nhau, tuy nh ên mức Ferm nằm ngang thể h n sự cân bằng

g a thế khuếch tán à đ n trường nộ , do đó không có dòng

b/ Phân cực thuận: đặt thế , V+ vào p, V- vào n, đi n tử lỗ trống sẽ

được bơm vào vùng nghèo, tái hợp vớ nhau tạo nên ánh sáng

c/ Phân cực n ợc là chế độ thu ánh sáng nhanh nhất, thường dùng

trong đầu thu quang từ cáp quang

L VẬ L ỆU DẪ DÙ Ế LED

 Aluminum gallium arsenide (AlGaAs) – màu đỏ và hồng ngoại

 Aluminum gallium phosphide (AlGaP) – màu xanh lá cây

 Aluminum gallium indium phosphide (AlGaInP) - màu đỏ, cam, cam đỏ, vàng, và xanh lá cây có độ chói cao

 Gallium arsenide phosphide (GaAsP) - màu đỏ, cam, cam đỏ, vàng

 Gallium nitride (GaN) - màu xanh lá cây, lục lam, xanh dương và màu trắng (nếu như có chứa AlGaN rào lượng tử)

 Indium gallium nitride (InGaN) – màu xanh lam, xanh lam lục và cực tím

 Silicon carbide (SiC) làm đế —xanh lam

 Silicon (Si) làm đế —xanh lam

 Sapphire (Al2O3) làm đế —xanh lam

 Zinc selenide (ZnSe) - xanh lam

trong quang phổ, do đó trên thực tế không có đèn LED trực t ếp phát ra ánh sáng màu trắng Ngườ ta đã phát tr ển 3 công ngh ch yếu tạo ra LED trắng:

1) Sự trộn lẫn 3 LED có 3 màu cơ bản là xanh dương, xanh lục à đỏ (RGB) ớ độ sáng thích hợp Sự tổng hợp c a 3 màu này sẽ được các tế bào nón c a mắt ngườ cảm nhận à d ễn dịch ra ánh sáng màu trắng

Hình 1.7: Phổ phát xạ của 3 LED có màu lục, lam vàng và đỏ (RGY and B)

Hình 1.8: Cấu trúc của LED trắng dùng vật liệu GaN

3) Dùng LED có lõ bằng GaN phát ra ánh sáng xanh dương, bao quanh là một lớp ph phốt-pho màu vàng

Để tạo chuyển t ếp p-n 3, ngườ ta thường dùng phương pháp Epitaxy, sau đó làm t ếp xúc Ohm c cho các đ n cực Kh đặt đ n áp ào chân 4, dòng đi n sẽ đi qua chip 3 thông qua đ n cực 5, sau đo ch p sẽ phát ra ánh sáng xanh Lớp phosphor 2 sẽ hấp thụ một phần ánh sáng xanh à phát ra ánh sáng màu àng, à sự trộn màu xanh àng tạo ra ánh sáng trắng

1.1.6 ác l ại đèn LED

Đèn LED (khác ớ bóng LED) được định ngh a là tổ hợp bóng LED, phần quang học, tỏa nh t à nguồn nuô

Tùy theo mục 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 (đèn 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

Hình 1.10: Nguồn sáng diện và nguồn sáng điểm

Nguồn sáng diện có kích thước lớn à độ chó nhỏ (g ống bầu trờ , các loạ đèn

đã được cho ào chụp tản sáng)

Cho đến nay, loạ đèn được dùng rất phổ b ến là đèn huỳnh quang không có các tính năng c a ha loạ nguồn sáng này

Đèn LED, công ngh ch ếu sáng rắn mớ được ứng dụng à hứa hẹn có t ềm

năng rất lớn trong l nh ực ch ếu sáng nh ng năm gần đây

LED trắng công suất cao có đặc tính c a nguốn sáng đ ểm, tuy nh ên để có đèn

LED trắng công suất đ lớn (20 -150 W) có thể thay thế được cho các loạ nguồn sáng

đ ểm lạ phả đ kèm bộ tản nh t đ lớn

Mặt khác, để có thể chế tạo nguồn sáng d n bằng sử dụng đèn LED, tấm dẫn sáng ch ếu cạnh có rất nh ều ưu đ ểm như h u suất b ến đổ quang – quang

cao, kích thước nhỏ gọn, chất lượng đồng đều

Như ậy để phát tr ển công ngh ch ếu sáng rắn, c ngh ên cứu chế tạo tấm

dẫn sáng ch ếu cạnh (ELLG) là rất cần th ết Ngoà ra, để chế tạo một số ch ng loạ

đèn LED phẳng (flat panel LED lamp), cần phả có h ểu b ết tổng thể để th ết kế, chế

tạo à đánh g á sản ph m

1.4 Các thông số trắc quang cơ bản

Bảng 1: Các đại lượng trắc quang và đơn vị đo

ại l ợn trắc quan (Ph t metric quantity) ơn Unit

n độ sán (Luminous intensity) cd (nến)

ộ phơi sán (Luminous exposure) lx.s

hiệt độ màu (Color temperature) K (Kelvin)

ệ số h àn màu (Color rendering index) Không

1.4.1 Quang thông:

Quang thông là tổng ánh sáng phát ra từ nguồn sáng Đơn ị đo quang

thông là Lumen (lm), được định ngh a là tích phân c a cường độ sáng trên

toàn bộ góc khố Đơn ị đo là Candle*Steradiant (Nến*một đơn ị góc

khối) Giá trị c a quang thông bằng công suất nguồn sáng (đo bằng W) nhân vớ độ nhạy c a mắt ngườ V(λ) tại mỗ bươc sóng λ Tạ λ=550 nm, nguồn sáng 1W cho ta 683 lm Quang thông là thông số quan trọng nhất c a nguồn sáng Về mặt lý thuyết, khi biết sự phân bố cường độ sáng c a một nguồn sáng trong không g an, người ta có thể tính toán trực tiếp ra quang thông c a nó bằng biểu thức:

4

0I.d



    (1.1) trong đó I là cường độ sáng c a nguồn sáng phát ra trong góc khố d

Trên thực tế, để đo quang thông, ngườ ta dùng quả cầu tích phân kết hợp ớ

th ết bị đo độ sáng, hoặc để t n dụng hơn n a, kết hợp ớ phổ kế à đầu thu quang

để đo quang thông, phổ đèn, tính nh t độ màu, h số trả màu CRI trên cùng một lần

đo

1.4.2 ộ r i (illuminance):

Độ rọ là cường độ sáng trên một đơn ị d n tích (lm/m2)

1.4.3 Nhiệt độ màu t ơn quan (Correlated Color Temperature-CCT):

Ánh sáng c a mỗi nguồn sáng được đặc trưng bằng một nhi t độ màu tương quan gần nhất với nguồn phát xạ vật đen tuy t đối (ánh sáng mặt trờ 6500 K, đèn dây tóc 2700 K)

1.4.4 Hệ số trả màu CRI:

H số trả màu là đạ lượng đặc trưng cho khả năng thể hi n màu sắc c a các vật màu kh được chiếu sáng bằng nguồn sáng có nhi t độ màu CCT xác định Nguồn sáng có phổ phát xạ liên tục như ật đen tuy t đố được đốt nóng có h số trả màu Ra cao nhất là 100, đèn dây tóc có h số trả màu 99, đèn huỳnh quang có h số trả màu từ

60 đến 0 Đèn LED trắng có h số trả màu khoảng 70-80 Đèn natr áp suất thấp có

h số trả màu Ra=0

Để đo h số trả màu, ngườ ta so sánh tọa độ màu c a 8 tấm màu Munsel đã chu n hóa ch ếu sáng bằng nguồn sáng cần đo ớ nguồn sáng chu n ( ật đen tuy t

đố ) có cùng nh t độ màu CCT

1.4.5 Hiệu suất điện quang:

Hi u suất đ n quang là thương số c a quang thông trên công suất tiêu thụ Đơn

vị đo h u suất là lm/W Có thể đo h u suất riêng bi t c a bóng LED, đèn LED không tính chấn lưu à đèn LED có tính chấn lưu (gọi là hi u suất cắm tường- WPE)

1.4.6 Hiệu suất quang quang:

Chỉ sử dụng cho nhà sản xuất, đó là tỷ số quang thông c a bộ đèn hoàn chỉnh trên quang thông c a bóng LED

1.5 Kỹ thuật kiểm tra đ l ng

1.5.1 Lux kế:

Lux kế là th ết bị đo độ rọ là th ết bị b ến đổ quang đ n có độ nhạy phổ tương ứng ớ độ nhạy mắt ngườ quan sát chu n Cấu tạo c a Lux kế gồm một photo d ode ớ bộ lọc sáng nố ớ một động hồ đo dòng quang đ n

đã được chu n hóa

1.5.2 Photo-goniometer:

Là th ết bị đo phân bố cường độ sáng theo góc, bao gồm một bộ g ác kế đo góc khố , phần đo là lux kế

1.5.3 Quả cầu tích phân-phổ kế:

Quả cầu tích phân là th ết bị tích hợp ánh sáng phát ra từ nguồn sáng để trung bình hóa tín h u Quả cầu tích phân được nố ớ th ết bị đo sáng à phổ kế Quang thông c a bộ đèn LED có thể đo được bằng cách dùng quả cầu tích phân đ lớn nố ớ cảm b ến có độ nhạy phù hợp ớ hàm độ nhạy mắt ngườ V(λ)

Hình 1.11: Cấu trúc cơ bản của Quả cầu tích phân

- Quả cầu tích phân có cấu trúc như trên hình 10, lá chắn (baffle) trước cảm

b ến (detector) dùng để che ánh sáng trực t ếp phát ra từ đèn

- Nh ng t êu chí quan trọng nhất để lựa chọn quả cầu tích phân là: độ trắng

c a lớp ph , độ mờ c a lớp ph , độ khuếch đạ hay h số nhân c a quả cầu

- Theo lý thuyết quả cầu tích phân, h số nhân được tính bằng công thức :

Hình 1.12: Sự phụ thuộc của hệ số nhân của quả cầu tích phân vào hệ số phản

xạ bề mặt và tỷ lệ diện tích cổng ra trên diện tích mặt cầu

- Khi quả cầu tích phân được nối với phổ kế, ta có thể đo được phố cường độ,

năng lượng nguồn sáng theo bước sóng, từ đo tính ra nh t độ màu, h số trả

màu c a nguồn sáng

1.6 ác c n n hệ chế tạ ELL

1.6.1 Các giải pháp lắp ghép bộ đèn ùn LED :

- Một số bộ đèn ốp trần dùng ma trận LED ch ếu trực t ếp xuống dướ

G ả pháp này có nhược đ ểm là ánh sáng không đồng đều, gây chó mắt kh

nhìn ào LED à tạo nh ều bóng kh ngườ dùng thao tác dướ ánh đèn

- Để khắc phục h n tượng loá mắt à tạo ánh sáng đều, 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

LED phẳng là tấm dẫn sáng ch ếu cạnh cùng ớ g ả pháp tản nh t thích hợp dùng cho LED công suất cao.

1.6.2 Nguyên lý hoạt động của tấm dẫn sáng

- Ánh sáng truyền trong mô trường quang học mà không mất mát ra bên ngoà dựa trên nguyên lý phản xạ toàn phần kh ch ết suất c a mô trường truyền sáng lớn hơn ch ết xuất c a mô trường xung quanh

- Cấu trúc dẫn sáng phổ b ến nhất là cáp quang sợ dùng trong thông t n quang (đ n thoạ à nternet), có khoảng cách truyền dẫn rất xa (quanh trá đất)

Sợ dẫn quang được làm từ lõ thạch anh (n=1,55) kích thước 5-10 µm, được bao quanh bở một lớp ỏ có ch ết suất thấp hơn một chút (1 ), nhằm đảm bảo sóng truyền dẫn là đơn mốt Nh ều sợ được bó chung ào một ống mềm bảo à được gọ là cáp quang

- Cấu trúc dẫn sáng dạng tấm phẳng được dùng trong TV mỏng, màn hình tính v.v , sau đây ta sẽ xem xét nguyên lý hoạt động dựa trên c phân tích đường đ c a t a sáng trên hình 1.13

- Ánh sáng sẽ truyền đo không mất mát sang cạnh đố d n do h u ứng phản

xạ toàn phần

Hình 1.13: Đường đi của một tia sáng trong tấm dẫn sáng

- Để lấy ánh sáng ra khỏi bề mặt c a tấm dẫn sáng, cần phải có các phần tử tán

xạ ánh sáng làm l ch hướng truyền c a tia sáng, khi góc c a tia với pháp tuyến nhỏ hơn góc tới hạn, ánh sáng sẽ đ ra ngoà bề mặt

- Vì cường độ sáng gần nguồn sáng cao hơn cho nên để thiết kế đèn panel, tấm dẫn sáng cần có mật độ các đ ểm tán xạ phân bố theo một hàm số nghịch đảo

- Hãng Optical Care (http://ww.opticalcare.com) cung cấp phần mềm Lighttool

có thể dùng để thiết kế tấm dẫn sáng dùng cho hiển thị chiếu cạnh, ch yếu dùng cho LCD hoặc LED TV Mức phí phải trả hàng năm cho phần mềm này

từ 11000 đền 15000 USD một năm

- Thách thức ch yếu khi thiết kế tấm dẫn sáng là hi u suất cao, dùng tấm dẫn sáng mỏng, độ đồng đều cao à dùng được với các loại nguồn sáng LED khác nhau Khi thiết kế, ta cần có thông số đầy đ về nguồn sáng LED, mica, mực in v.v

- Quá trình mô phỏng ch yếu dùng phương pháp Monte- Carlo, vẽ lại quang trình c a các tia sáng ngẫu nhiên từ nguồn sáng qua tấm dẫn sáng và tán xạ trên các đ ểm chiết sáng, sau đó tính toán độ chói c a từng đ ểm trên tấm dẫn sáng

- Chúng ta cũng có thể thiết kế tấm dẫn sáng dựa trên cơ sở vẽ mật độ các phần

tử tán xạ dùng các công cụ c a Photoshop, biến đổ sang định dạng bitmap và đem đ n lưới, sau khi thử nghi m chúng ta sẽ đ ều chỉnh lại hàm phân bố

- Một công cụ thông dụng khác là phần mềm Corel Draw, dùng để thiết kế các hình chiết sáng có kích thước khác nhau t y theo vị trí, sau đó đ ều chỉnh kích thước như trường hợp dùng Photoshop

1.6.4 Công nghệ chế tạo

- Cấu trúc quang học cho đèn LED panel gồm có tấm dẫn sáng với ma trận các

đ ểm chiết sáng, tấm phản xạ, tấm tán xạ và các màng bảo v

- Tấm dẫn sáng được chế tạo bằng vật li u quang học trong suốt, dễ gia công bằng máy cắt laser hoặc CNC Thông thường vật li u quang học là mica (PMMA), th y tinh h u cơ hoặc th y tinh quang học

- Để chế tạo ma trận các chấm chiết sáng, chúng ta dùng hai công ngh ch yếu, khắc hoặc in

- Công ngh khắc tấm dẫn sáng sử dụng máy khắc laser hoặc CNC Dùng công ngh khắc có ưu thế là rãnh khắc bền v ng, không mất mát ánh sáng trực tiếp tai chấm chiết sáng và thuận ti n cho vi c chế tạo mẫu thử

- Công ngh quang khắc (photo lithography) cho phép tao ra các chấm chiết sáng

có độ phân giả cao, nhưng đò hỏi thiết bị phù hợp với các tấm lớn Hơn n a,

vì phải trải qua nhiều công đoạn như làm ph m, phơ sáng, h n ảnh và rửa nên quang khắc có tốc độ sản xuất chậm

- Công ngh n lưới là công ngh đem lại hi u quả cao nhất, tuy nhiên công ngh này chỉ thích hợp với sản xuất hàng loạt Phân giải c a n lưới không cao lắm (<300 dpi)

Như ậy, để có thể đưa kết quả ngh ên cứu ào ứng dụng thực tế, chúng ta phả lựa chọn các thông số cần đạt được c a sản phầm, cụ thể ở đây là các dạng đèn LED panel kích thước khác nhau, từ 300x300 mm, 300x600 mm, 300x1200 mm đến 600x600 mm Thông số cần đạt ề quang thông phụ thuộc ào ch ng loạ LED lựa chọn, cấu trúc à chất lượng c a bộ quang học, trong đó tấm dẫn sáng là mấu chốt Ngoà ra, chất lượng c a nguồn nuô cũng cần được chú ý

Để lựa chọn công ngh phù hợp chế tạo tấm dẫn sáng (ch ếu cạnh), chúng ta cần lựa chọn ật l u thích hợp trong số các loạ ật l u bán trên thị trường, chú ý đến chất lượng trên g á cả, đồng thờ phả quan tâm đến tính chất dễ g a công quang học Theo đ ều tra sơ bộ, tấm th y t nh h u cơ PPMA là thích hợp nhất, ì có độ trong suốt cao, có thể cắt bằng máy cắt laser CO2 So ớ th y t nh, tấm th y t nh h u cơ dễ bị xước hơn, nhưng trên thực tế c g a công thuỷ t nh rất khó và hơn n a, do th y t nh quá nặng, lạ dễ ỡ nên không được dùng làm đèn LED panel Chính vì ậy trong đề

tà này chúng tô sẽ tập trung ngh ên cứu phát tr ển công ngh chế tạo ELLGs trên cơ

sở thuỷ t nh h u cơ PMMA Mặc dù để chế tạo tấm dẫn sáng có thể lựa chọn 4 công

ngh khác nhau như khắc laser, n màng mềm rồ dán lên tấm PMMA, quang khắc à

n lướ , tuy nh ên để tăng khả năng ứng dụng công ngh chúng tô sẽ tập trung ào ngh ên cứu phát tr ển các công ngh đơn g ản, phù hợp ớ đ ều k n sản xuất trong nước à có thể tr ển kha sản xuất ở quy mô lớn, cũng như có g á thành rẻ