Nghiên cứu ứng dụng cảm biến ánh sáng trong hệ thống chiếu sáng thông minh

Để thực hiện triệt để việc tiết kiệm điện trong chiếu sáng, cần thiết phải thực hiện đồng bộ ba yếu tố: Sử dụng các loại nguồn sáng có hiệu suất cao trong chiếu sáng, xây dựng hệ thống t

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của thế giới về mọi mặt, trong đó khoa học công nghệ nói chung và ngành công nghệ kỹ thuật điện tử nói riêng đã góp phần làm cho cuộc sống ngày càng hiện đại và văn minh hơn Sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã tạo ra hàng loạt những thiết bị với các đặc điểm như chính xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ, hoạt động ổn định và là những yếu tố cần thiết làm cho hoạt động của con người đạt hiệu quả cao Từ lâu cảm biến được sử dụng trong các ngành công nghiệp cũng như dân dụng như những thiết bị để cảm nhận và phát hiện các đối tượng, một trong các đối tượng được quan tâm đó chính là ánh sáng Cùng với sự phát triển của xã hội, cơ sở hạ tầng bao gồm các hệ thống chiếu sáng được xây dựng tiêu thụ một lượng lớn điện năng toàn cầu Do đó tiết kiệm năng lượng đang là một chương trình hành động quyết liệt đối với nhiều quốc gia trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Lĩnh vực chiếu sáng chiếm khoảng 15-20% điện năng toàn cầu, do vậy yêu cầu chiếu sáng có hiệu quả, tiết kiệm năng lượng là một yêu cầu vừa cấp bách vừa lâu dài Để thực hiện triệt để việc tiết kiệm điện trong chiếu sáng, cần thiết phải thực hiện đồng bộ ba yếu tố: Sử dụng các loại nguồn sáng

có hiệu suất cao trong chiếu sáng, xây dựng hệ thống tự động điều khiển chiếu sáng sử dụng các cảm biến đảm bảo môi trường hoạt động tiện ích và nguồn sáng của bóng đèn cần được sử dụng đúng mục đích, đúng thời điểm, đúng nhu cầu đáp ứng tiết kiệm điện năng tối đa

Với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng cảm biến ánh sáng trong hệ thống chiếu sáng thông minh” sẽ giải đáp các vấn đề cơ bản về chiếu sáng, áp dụng những tính

chất của cảm biến ánh sáng xây dựng lên hệ thống chiếu sáng giải quyết mục tiêu tiết kiệm điện năng cũng như đảm bảo tối đa tiện nghi chiếu sáng trong cuộc sống Đây là một đề tài mang tính khởi đầu đặt nền móng cho các nghiên cứu phát triển tối ưu các hệ thống chiếu sáng thông minh sau này

Dưới sự hướng dẫn tận tình của PGS.TS Phạm Văn Bình – là người đã có rất

lao chỉ dạy, hướng dẫn của PGS.TS Phạm Văn Bình, qua thầy em đã biết cách tìm hiểu cơ sở lý thuyết, tiếp cận vấn đề, xác định ý tưởng và thực hiện ý tưởng Em cũng rất biết ơn những công lao chỉ dạy của tất cả các thầy cô trong quá trình tham gia học tập chương trình Thạc sỹ tại Viện Điện tử Viễn thông- trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các thầy cô đã tạo điều kiện giúp đỡ tối đa trong suốt thời gian qua

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2016

Học viên:

Nguyễn Tuấn Cảnh

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỤC LỤC 3

LỜI CAM ĐOAN 5

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

DANH MỤC HÌNH VẼ 8

MỞ ĐẦU 10

h ề tài 10

M h ghi u ề t i 10

Đ i t g v h vi ghi u ề t i 10

Ph g h ghi u 11

gh h h v th ti 11

6 Nội dung c a luậ vă 11

Ch g : Tổng quan về kỹ thuật chiếu sáng 12

1.1 Lịch sử kỹ thuật chiếu sáng 12

Điện cho chiếu sáng: 13

1.3 Tính chất c a ánh sáng 14

C i l g h s g bản 15

C ịnh luật bản c a quang hình h c 18

1.6 Một s t h ă g thị giác 19

6 T h ă g hì rõ a mắt 19

6 Độ t g hản 19

1.6.3 Hiệ t ng chói lóa 20

1.7 Màu c a nguồn sáng 20

1.7.1 Màu và sắc 20

1.7.2 Nhiệt ộ màu và tiệ ghi ôi tr ờng sáng 20

1.7.3 Chỉ s truyề t màu 21

1.8 Thiết bị v h g h t h hất ánh sáng 21

8 Đ ộ r i 21

8 Đ ờ g ộ sáng 22

8 Đ qu g thô g 22

1.9 Các lo i nguồn sáng 23

1.9.1 Nguồn sáng truyền th ng 23

1.9.2 Các nguồn sáng mới 25

9 Đè Sulfur 25

9 Đè ser 25

2.2.2 Thời gi ng 53

Độ nh y c a cảm biến 54

Độ tuyến tính 56

2.2.5 Sai s v ộ chính xác 58

2.2.6 Vùng phổ làm việc 59

2.3 Một s lo i cảm biến quang 60

2.3.1 Quang trở 60

2.3.2 Photodiode 65

2.3.3 Phototranzito 74

2.3.4 Photo IC 78

Kết luậ h g 86

Ch g : Ứng d ng cảm biến ánh sáng trong hệ th ng chiếu sáng thông minh 87

3.1 Hệ th ng chiếu sáng thông minh 87

3.1.1 Khái niệm hệ th ng chiếu sáng thông minh 87

3.1.1.1 Hệ th ng chiếu sáng 87

3.1.1.2 Hệ th ng chiếu sáng thông minh 87

Kỹ thuật thiết ế hệ th g hiếu s g thô g i h 89

Nguồ s g thô g i h 89

Điều hiể hiếu s g thô g i h 90

S g ả biế tr g hệ th g hiếu sáng thông minh 93

Kỹ thuật truyề thô g tr g hệ th g hiếu s g thô g i h 97

3.2 Demo ng d g iều khiể ờ g ộ chiếu sáng Led sử d ng Kit Adruino Uno 100

3.2.1 Sử d ng tế bào quang dẫn 100

3.2.1 M h iều khiể ờ g ộ chiếu s g è ed 102

3.2.3 Ch g trì h v ết quả 108

3.3 H ớng phát triể h t g l i 111

Kết luậ h g : 112

KẾT LUẬN 114

TÀI LIỆU THAM KHẢO 115

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và tham khảo có dẫn chứng cụ thể Những đánh giá, nhận xét của cá nhân được đưa ra từ những nghiên cứu lý thuyết và thực hành nghiêm túc

Học viên:

Nguyễn Tuấn Cảnh

CRI Colour Rendering Index Chỉ số truyền đạt màu

CFL Compact Fluorescent Lamp Đèn huỳnh quang compact

CCD Charge Coupled Device Linh kiện tích điện kép - Cảm biến

chuyển đổi tín hiệu hình ảnh sang tín

hiệu điện PAR Photosynthetically Active

Radiation

Cảm biến đo bức xạ

NEP Noise Equivalent Power Công suất nhiễu tương đương RMS Root mean square Giá trị bình phương trung bình

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

EPA United States Environmental

Protection Agency

Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ

EPRI Electric Power Research

Institute

Viện nghiên cứu điện năng Hoa Kỳ

ALS Ambient Light Sensors Cảm biến môi trường xung quanh

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1 Tương quan nhiệt độ và màu ánh sáng 20

Bảng 2 Công suất tiêu thụ của đèn Led 34

Bảng 3 Phân tích và so sánh 3 loại bóng đèn thông dụng 38

Bảng 4 Chỉ dẫn lựa chọn sử dụng cảm biến quang 44

Bảng 5 Ứng dụng với từng loại Photo IC 82

Bảng 6 Thông số của Photo IC Hamamatsu S9648-200SB 85

Bảng 7 Ước lượng tỉ lệ năng lượng tiết kiệm được khi dùng cảm biến phát hiện người 96

Bảng 8 Bảng chỉ dẫn lựa chọn thiết bị điều khiển 97

Bảng 9 Tương quan độ rọi và ánh sáng môi trường 102

Bảng 10 Thông số của Adruino Uno 103

Bảng 11 Điện áp tương tự gần đúng dựa trên cảm biến ánh sáng 107

Hình 07 Đèn Halogen-Vonfam 23

Hình 08 Đèn huỳnh quang Philips 24

Hình 09 Đèn LED (Light-Emitting-Diode) 26

Hình 010 Ứng dụng Led trong màn hình trình chiếu, TV và điện thoại di động sử dụng công nghệ Led 27

Hình 11 Cấu tạo Led 28

Hình 12 Cấu tạo Chip Led 28

Hình 13 Kết cấu tản nhiệt 29

Hình 14 Thấu kính Led 97mm Street Light Glass Lens 30

Hình 15 Nguyên lý hoạt động Led 30

Hình 16 Phân cực thuận (phát sáng) 31

Hình 17 Phân cực ngược (không phát sáng) 31

Hình 18 Đặc trưng điện 32

Hình 19 Đặc trưng điện 32

Hình 20 Hiệu suất phát quang của đèn Led 34

Hình 21 Công suất tiêu thụ thay thế cuả đèn LED 35

Hình 22 Cấu tạo màn hình Led 39

Hình 23 Điểm ảnh được cấu tạo từ ba LED: xanh, xanh lá, đỏ 39

Hình 24 Hỏa kế quang Omron 50~700C Degree /-58~1292F 42

Hình 25 Cảm biến Par 43

Hình 26 Sự hấp thụ photon trong bán dẫn 46

Hình 27 Hệ số hấp thụ của một số bán dẫn quan trọng 47

Hình 28 Độ xuyên sâu của photon trong vật liệu bán dẫn Si dùng trong thiết kế detector 48

Hình 29 Hiệu suất lượng tử tương đối và độ nhạy phổ của một số vật liệu 51

Hình 30 Một số vật liệu dùng trong chế tạo Photodiode và các vùng nhậy quang của chúng biểu thị theo độ lớn của độ nhạy 52

Hình 31 Vùng phổ làm việc của một số vật liệu quan trọng 60

Hình 32 Một số loại quang trở cơ bản 60

Hình 33 Cấu tạo quang trở 61

Hình 34 Độ nhạy từng chất khác nhau với phổ ánh sáng 61

Hình 35 Sự phụ thuộc của điện trở vào sự rọi sáng 62

Hình 36 Dùng tế bào quang dẫn để điều khiển rơ le 65

Hình 37 Một số Photodiode của hãng Hamamatsu 65

Hình 38 Sơ đồ chuyển tiếp P – N và hiệu ứng quang điện trong vùng nghèo 66

Hình 40 Sơ đồ nguyên lý và chế độ làm việc của photodiode ở chế độ quang dẫn 69

Hình 41 Sơ đồ dòng ngược trong chế độ quang dẫn 70

Hình 42 Sự phụ thuộc của thế mạch hở vào thông lượng 71

Hình 43 Sự phụ thuộc của dòng ngắn mạch vào thông lượng ánh sáng 72

Hình 44 Sơ đồ đo ở chế độ quang áp 72

Hình 45 Sơ đồ mạch cảm biến ánh sáng sử dụng khuếch đại thuật toán tốc độ cao. 74

Hình 46 Nguyên lý hoạt động của Phototranzito 75

Hình 47 Phototranzito trong chế độ chuyển mạch 76

Hình 48 Mạch dùng phototranzito để đo thông lượng ánh sáng 77

Hình 49 Mạch đóng tắt Rơ le dùng phototranzito 77

Hình 50 Photo IC Hamamatsu 79

Hình 51 Cấu trúc Photo IC đơn và lai của Hamamatsu 79

Hình 52 Ứng dụng Photo IC trong công nghiệp sản xuất 80

Hình 53 Ứng dụng Photo IC trong dân dụng, giao thông, smart home 81

Hình 54 Ứng dụng Photo IC trong công nghiệp auto 82

Hình 55 Photo IC diode 83

Hình 56 Sơ đồ khối Photo IC diode nhạy với ánh sáng nhìn thấy 84

Hình 57 Phổ ánh sáng độ nhạy của Photo IC Diode 84

Hình 58 Đặc trưng tuyến tính của dòng và cường đồ sáng 85

Hình 59 Đặc tính Vôn - Ampe của LED 90

Hình 60 Ma trận LED 8x8 90

Hình 61 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển chiếu sáng 91

Hình 62 Điều khiển ma trận LED 92

Hình 63 Mã màu RGB 92

Hình 64 Street Light Controller sử dụng IC 555 93

Hình 65 Cảm biến siêu âm Omron E4PA-LS50-M1-N 94

Hình 66 Nguyên lý cảm biến siêu âm 94

Hình 67 Cảm biến nhiệt hồng ngoại Omron ES1B 115-165 95

Hình 68 Vật liệu nhóm pyroelectric được dùng làm cảm biến dò tia nhiệt 95

Hình 69 Một vài cảm biến ALS 96

Hình 70 Kết nối trực tiếp thiết bị chiếu sáng LED và bộ vi xử lý 97

Hình 71 Điều khiển thiết bị chiếu sáng qua mạng 98

Hình 72 Hệ thống chiếu sáng cầu Rồng - Đà Nẵng 99

Hình 73 Mô hình hệ thống chiếu sáng thông minh đường phố 99

Hình 74 Đặc tính điện trở và cường độ ánh sáng 101

Hình 75 Kiểm tra khả năng hoạt động của CdS 102

Hình 76 Arduino Uno R3 104

Hình 77 Mạch đọc tín hiệu từ quang trở 106

Hình 78 Mạch điều khiển cường độ chiếu sáng đèn Led sử dụng CdS 108

Hình 79 Kết quả đo giá trị quang trở 110

minh đảm bảo yếu tố chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm

1 do ch n đề tài

Tiết kiệm năng lượng đang là một chương trình hành động quyết liệt đối với nhiều quốc gia trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Lĩnh vực chiếu sáng chiếm khoảng 19% tổng điện tiêu thụ toàn cầu (trong đó Việt Nam là : 25,3%), do

đó yêu cầu chiếu sáng có hiệu quả, tiết kiệm là một yêu cầu vừa cấp bách vừa lâu dài

Với đề tài “Nghiên cứu ứng dụng cảm biến ánh sáng trong hệ thống chiếu sáng thông minh” đáp ứng yêu cầu hiệu quả và tiết kiệm năng lượng thông qua

việc nghiên cứu và sử dụng các linh kiện quang điện tử một các linh hoạt cùng với việc xây dựng hệ thống điều khiển đáp ứng tối đa yêu cầu

ục đ ch nghiên cứu c đề t i

Cảm biến ánh sáng có nhiệm vụ phát hiện sự có mặt của ánh sáng với từng bước sóng khác nhau Với từng bước sóng, mỗi loại cảm biến được sử dụng trong những ứng dụng khác nhau Việc nghiên cứu các ứng dụng của cảm biến ánh sáng trong từng ứng dụng kết hợp với công nghệ chế tạo nguồn sáng mới, áp dụng linh hoạt các linh kiện quang điện tử, linh kiện điều khiển nhằm xây dựng lên hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh giải quyết bài toàn tiết kiệm điện năng và chiếu sáng tiện ích

ối t ng v ph m vi nghiên cứu c đề t i

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các ứng dụng của từng loại cảm biến ánh sáng mà cụ thể là tập trung vào Quang trở, Photodiode, Phototransistor, Photo IC, cùng với đó là các thành phần cấu tạo lên hệ thống chiếu sáng thông minh đảm bảo hai hai mục tiêu: Nâng cao chất lượng chiếu sáng, làm thay đổi các chỉ tiêu ánh

sáng của môi trường được chiếu sáng về độ rọi, độ chói, CRI, thẩm mỹ, tối ưu hoạt động của mắt và tiết kiệm điện năng tối đa

4 Ph ơng pháp nghiên cứu

Như đã trình bày trong luận văn thì phương pháp nghiên cứu của tác giả tiến hành dựa trên nghiên cứu lý thuyết về tính chất ánh sáng, các cảm biến tương ứng với từng bước sóng ánh sáng, cùng với đó là lý thuyết về điều khiển trong hệ thống chiếu sáng Tìm hiểu về các ứng dụng trong thực tế cùng với những nghiên cứu lý thuyết quốc tế mới nhất qua đó tác giả xây dựng hệ thống mô phỏng đơn giản điêu khiển cường độ chiếu sáng của đèn Led sử dụng cảm biến CdS

ngh ho h c v th c ti n

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài được thể hiện một trong các trọng tâm của đề tài là nghiên cứu các ứng dụng của cảm biến ánh sáng (Quang trở, Photodiode, Phototransistor, Photo IC), các nguồn sáng công nghệ mới (Led) kết hợp với hệ thống điều khiển và các phương pháp chiếu sáng hiệu quả đảm bảo yêu cầu tiết kiệm điện năng cũng như chiếu sáng tiện ích Những nghiên cứu của đề tài này là cơ sở cho việc chọn lựa các thành phần để xây dựng các hệ thống chiếu sáng ứng với nhu cầu đa dạng trong thực tế

6 Nội dung c a luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận nội dung chính của luận văn gồm 3 chương, cụ thể như sau:

Ch g : Tổng quan về kỹ thuật chiếu sáng

Ch g : Cảm biến ánh sáng và ứng dụng

Ch g : Ứng dụng cảm biến ánh sáng trong hệ thống chiếu sáng thông

minh

thú vật chứa mỡ và ngọn bấc Thông thường sử dụng mỡ động và thực vật

Hình 01 Chiếu sáng thô sơ sử dụng đèn và nến

Con người chủ yếu tạo ra ánh sáng từ lửa mặc dù đây là nguồn nhiệt nhiều hơn ánh sáng Ở thế kỷ 21, chúng ta vẫn đang sử dụng nguyên tắc đó để sản sinh ra ánh sáng và nhiệt qua loại đèn nóng sáng Trong vài thập kỷ gần đây, các sản phẩm

chiếu sáng đã trở nên tinh vi và đa dạng hơn nhiều

Theo ước tính, tiêu thụ năng lượng của việc chiếu sáng chiếm khoảng 20 – 45% tổng tiêu thụ năng lượng của một toà nhà thương mại và khoảng 3 – 10% trong tổng tiêu thụ năng lượng của một nhà máy công nghiệp Hầu hết những người sử dụng năng lượng trong công nghiệp và thương mại đều nhận thức được vấn đề tiết

kiệm năng lượng trong các hệ thống chiếu sáng

Thông thường có thể tiến hành tiết kiệm năng lượng một cách đáng kể chỉ với vốn đầu tư ít và một chút kinh nghiệm Thay thế các loại đèn hơi thuỷ ngân hoặc đèn nóng sáng bằng đèn halogen kim loại hoặc đèn natri cao áp sẽ giúp giảm chi phí năng lượng và tăng độ chiếu sáng.Tuy nhiên, trong một số trường hợp, cần phải xem xét việc sửa đổi thiết kế hệ thống chiếu sáng để đạt được mục tiêu tiết kiệm

như mong đợi Cần hiểu rằng những loại đèn có hiệu suất cao không phải là yếu tố duy nhất đảm bảo một hệ thống chiếu sáng hiệu quả

Hình 02 Lịch sử phát triển các loại đèn

Điện cho chiếu sáng:

Điện tiêu thụ cho chiếu sáng toàn cầu 60GW/năm (2650 TWh/năm)

+ Chiếm 19% tổng điện tiêu thụ toàn cầu (VN: 25,3%)

+ Khoảng 24 GW/năm cho sử dụng đèn sợi đốt với hiệu suất phát quang chỉ có 15lm/W

+ Khoảng 36 GW/năm cho sử dụng đèn FL/HID hiệu suất phát quang trung bình 75lm/W

+ Để thắp sáng như hiện nay trên toàn thế giới, mỗi năm các nhà máy điện đã thải ra 1.900 nghìn tỷ tấn khí CO2, lớn gấp 3 lần lượng khí CO2 do máy bay trên toàn thế giới thải ra, bằng 70% lượng khí CO2 do toàn bộ xe ô tô thải ra trong 1 năm

hạt.Ánh sáng là một dạng của sóng điện từ, vùng ánh sáng nhìn thấy có bước sóng

từ 0,4 - 0,75 μm Trên hình 1.4 biểu diễn phổ ánh sáng và sự phân chia thành các dải màu của phổ

Hình 03 Ánh sáng nhìn thấy trong toàn dải quang phổ sóng điện từ

Vận tốc truyền ánh sáng trong chân không c = 299.792 km/s, trong môi trường vật chất vận tốc truyền sóng giảm, được xác định theo công thức:

n - chiết suất của môi trường

Mối quan hệ giữa tần số ν và bước sóng λ của ánh sáng xác định bởi biểu thức:

- Khi môi trường là chân không:

- Khi môi trường là vật chất:

Trong đó ν là tần số ánh sáng

Tính chất hạt của ánh sáng thể hiện qua sự tương tác của ánh sáng với vật chất

Ánh sáng gồm các hạt nhỏ gọi là photon, mỗi hạt mang một năng lượng nhất định, năng lượng này chỉ phụ thuộc tần số ν của ánh sáng:

1.4.1 Quang thông , lumen (lm)

Là đại luợng đặc trưng cho khả năng phát sáng của một nguồn sáng, có xét đến sự cảm thụ ánh sáng của mắt nguời hay gọi là công suất phát sáng của một nguồn sáng

Trong đó:

k = 683lm/w là hệ số chuyển đổi đơn vị năng luợng sang đơn vị cảm nhận ánh sáng

W là năng luợng bức xạ V là độ nhạy tuơng đối của mắt nguời

1.4.2 Cường độ sáng I– Candela (cd)

Các nguồn sáng thường bức xạ không đều trong không gian Để đặc trưng cho khả năng phát xạ của nguồn sáng và luôn gắn liền với một phương cho trước, người ta dùng khái niệm cường độ sáng

F là quang thông (lm)

Ω là góc khối, giá trị cực đại là 4

1.4.3 Góc khối - Ω, steradian (Sr)

Góc khối không chỉ dùng cho phép đo ánh sáng, nó

cần thiết cho sự lập luận trong không gian (là góc trong

không gian) Ký hiệu là Ω

 =

Góc khối được định nghĩa là tỷ số của S trên bình phương của bán kính

1.4.4 Độ rọi (độ chiếu sáng) - E, lux, lx

Độ rọi là đại lượng đặc trưng cho bề mặt chiếu sáng, là mật độ quang thông  trên bề mặt có diện tích S Khi quang thông vuông góc với bề mặt chiếu sáng thì độ

rọi được tính bằng công thức: E =

Đơn vị độ rọi là lux, là mật độ quang thông của một nguồn sáng 1 lumen trên diện tích 1 m2 Khi mặt được chiếu sáng không đều độ rọi được tính bằng trung bình đại số của độ rọi các điểm

Hình 05 Góc khối

- Độ chói của một bề mặt bức xạ phụ thuộc vào hướng quan sát bề mặt đó

- Độ chói không phụ thuộc khoảng cách từ mặt đó đến điểm quan sát

- Độ chói đóng vai trò cơ bản trong kỹ thuật chiếu sáng, nó là cơ sở của các khái niệm về tri giác và tiện nghi thị giác

- Độ chói mới phản ánh chất lượng chiếu sáng, còn độ rọi chỉ phản ánh số lượng chiếu sáng mà thôi

- Độ chói của bề mặt phản xạ ánh sáng theo một phương còn gọi là độ trưng

1.4.6 Độ trưng M - lumen/m 2 (lm/ m 2 )

Độ trưng tại một điểm của bề mặt phát xạ M là quang thông phát ra bởi một đơn vị diện tích tại điểm đó, là tỉ số giữa quang thông phát ra bởi một nguyên tố bề mặt chứa điểm đó và diện tích của nó M =

1.4.7 Định luật Lambert

Dù ánh sáng qua bề mặt trong suốt hoặc ánh sáng được phản xạ trên bề mặt

mờ hoặc ánh sáng chịu cả hai hiện tượng trên bề mặt trong mờ, một phần ánh sáng được mặt này phát lại theo hai cách sau đây, trong đó cách nào chiếm ưu thế hơn là tuỳ theo vật liệu sử dụng:

- Sự phản xạ hoặc khúc xạ đều tuân theo các định luật của quang hình học hay định luật Descartes

- Sự phản xạ hoặc truyền khuếch tán theo định luật Lambert

ịnh luật Lambert:

E = L

kiểm tra được độ rọi, độ chói của tất cả các điểm trong trường sáng của bộ đèn

1.5 C ịnh luật bản c a quang hình h c

1.5.1 Sự hấp thụ ánh sáng

Khi tia sáng đập vào mặt phân giới một phần năng lượng của nó bị môi trường hấp thụ Mức độ hấp thụ thay đổi trong phạm vi rất rộng phụ thuộc vào bản chất của vật, vào cấu trúc phân tử, vào bước sóng (màu) của tia tới và góc tới Vì các vật hấp thụ năng lượng của tia tới có bước sóng khác nhau với mức độ khác nhau, do đó hệ số hấp thụ phụ thuộc vào bước sóng của tia tới

1.5.2 Sự phản xạ ánh sáng

Các bề mặt khác nhau phản xạ tia sáng tới với tỷ lệ phần trăm khác nhau Có thể cải thiện việc chiếu sáng cho một phòng nhỏ bằng cách sơn màu sáng có hệ số phản xạ cao hơn Nếu phòng rộng hay khi sử dụng chao đèn để tập trung ánh sáng, sao cho ánh sáng ít chiếu vào tường, trong trường hợp này lớp sơn phủ mặt tường ít ảnh hưởng tới chiếu sáng chung

Bề mặt màu sáng phản xạ phần lớn tia sáng chiếu vào nó trong khi bề mặt màu thẫm hấp thụ phần lớn ánh sáng

Hệ số phản xạ  được định nghĩa bằng tỷ số của quang thông phản xạ p trên quang thông rọi tới bề mặt s

1.5.3 Sự khúc xạ ánh sáng

Khi truyền qua môi trường có chiết suất khác nhau tia sáng bị khúc xạ với góc khúc xạ khắc nhau Sự khúc xạ có thề là đều, không đều hoặc khúc xạ khuếch tán tùy theo bản chất vật liệu và đặc tính bề mặt của chúng

Sự khúc xạ đều xảy ra khi tia sáng qua bản phẳng Ánh sáng qua bản bị khúc

xạ hai lần, một lần tới bề mặt trên và một lần rời khỏi bề mặt dưới Nếu bề mặt là hai mặt song song thì phương của tia tới và tia rời khỏi hai mặt song song với nhau

Nếu hai mặt không song song thì phương của tia tới và tia rời khỏi bề mặt sẽ khác nhau hay gọi là sự khúc xạ không đều Sự khúc xạ không đều xảy ra khi ánh sáng truyền qua kính có mặt nhám Bề mặt này có thể được xem như gồm vô số mặt phẳng rất nhỏ xếp sắp theo đủ mọi hướng làm cho tia khúc xạ phân bố theo đủ các phương Ta thường gặp trường hợp này khi tia sáng truyền qua các tấm kính mờ

Các thí nghiệm cho thấy mắt co khả năng quan sát phân biệt được hai điểm quan sát sai lệch nhau 0,017 độ (góc α)

Tính năng nhìn của mắt được đánh giá bởi hàm V phụ thuộc bước sóng ánh sáng V(α) nói lên khả năng quan sát của người

của tia sáng đối với người quan sát

- Chói lóa mất tiện nghi là hiện tượng lóa khi nhìn những đối tượng tương phản độ chói cao, nói chung không làm giảm khả năng quan sát nhưng gây cảm giác khó chịu Mức chói lóa không tiện nghi giảm khi độ chói xung quanh cao

1.7 Màu c a nguồn sáng

1.7.1 Màu và sắc

Màu vô sắc như màu đen, trắng và xám, chúng không có trong phổ ánh sáng

mặt trời nên coi là “không màu”

Màu có sắc là tất cả các màu có trong phổ ánh sáng và các màu pha trộn giữa

chúng

1.7.2 Nhiệt độ màu và tiện nghi môi trường sáng

Nhiệt độ màu là đặc trưng quan trọng cho màu sắc của nguồn sáng

Để so sánh chất lượng về màu sắc của ánh sáng với ánh sáng tự nhiên ban ngày người ta đưa ra khái niệm về nhiệt độ màu, nó mô tả bằng cách so sánh ánh sáng của nó với ánh sáng bức xạ của một vật đen tuyệt đối được nung sáng đến các nhiệt độ như nhau trong khoảng (2000 đến 10.0000) K Khi đó chuẩn nhiệt độ nhỏ nhất sẽ quyết định phổ tần bức xạ và do vậy quyết định được màu sắc ánh sáng:

1.7.3 Chỉ số truyền đạt màu (thể hiện màu, hoàn màu, trả màu) CRI (Colour Rendering Index)

Hệ số hoàn màu (chỉ số truyền đạt màu hay còn được gọi là CRI)

Chỉ số hoàn màu CRI của một nguồn sáng là chỉ số đánh giá độ trung thực về màu sắc của đối tượng được chiếu sáng Giá trị CRI càng cao thì màu sắc vật được chiếu sáng càng trung thực, gần với ánh sáng mặt trời (độ CRI là 100)

Thang đo của chỉ số hoàn màu và các ứng dụng của các ánh sáng có chỉ số khác nhau:

 CRI = 100 (ánh sáng mặt trời ban ngày, cho màu sắc của sự vật trung thực nhất)

 CRI = 85 – 95 (ánh sáng trung thực với màu sắc, phục vụ những nơi cần độ trung thực màu sắc cao như phòng nghiên cứu, phòng pha chế sơn, xưởng in màu)

 CRI = 70 -85 ( ánh sáng thông dụng, cho cảm nhận trung thực)

 CRI = 50 -70 (màu sắc hơi bị biến đổi, dùng cho những khu vực không cần

độ trung thực màu sắc cao: đèn ngoài sân, đèn đường, những màu sản xuất công nghiệp không cần độ chính xác màu sắc)

 CRI < 50: màu sắc nhợt nhạt, hiển thị không đúng thực tế

 CRI = 0: các màu đơn sắc (đỏ, xanh lá cây, tím… làm thay đổi màu sắc khi

bị nhìn thấy của đối tượng bị chiếu sáng) – dùng trong trang trí, lễ hội

1.8.2 Đo cường độ sáng

Cường độ sáng của một nguồn sáng theo một phương cho trước được đo thông qua phép đo độ rọi của nguồn điểm và áp dụng luật độ rọi tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách Phép đo được thực hiện trên bàn trắc quang nhờ so sánh với nguồn sáng có cường độ sáng chuẩn

Phép đo cường độ sáng phải được thực hiện trong phòng tối để hạn chế các ánh sáng ký sinh

1.8.3 Đo quang thông

Đo quang thông là phép đo quan trọng nhất trong các phép trắc quang nguồn sáng Về mặt lý thuyết, khi biết sự phân bố cường độ sáng của một nguồn sáng trong không gian, người ta có thể tính toán trực tiếp ra quang thông của nó bằng biểu thức:

 = Trong đó I là cường độ sáng của nguồn sáng phát ra trong góc khối d Nếu nguồn sáng là đẳng hướng thì:

Trong thực tế, để tính toán quang thông là rất phức tạp, nên người ta thường dùng phương pháp so sánh với nguồn sáng chuẩn, có quang thông đã biết Công việc rất đơn giản như sau:

Đầu tiên, mắc đèn chuẩn có quang thông c vào cầu tích phân, ta thu được dòng quang điện Ic Thay đèn chuẩn bằng đèn có quang thông  cần đo, giả sử thu được dòng quang điện I, ta có:  = c

1.9 Các lo i nguồn sáng

Các nguồn sáng truyền thống có thể phân thành hai nhóm lớn là đèn sợi đốt

và đèn phóng điện Tuy nhiên trong thời gian gần đây, công nghệ chiếu sáng bán dẫn sử dụng các dụng cụ chiếu sáng LED (diot bán dẫn phát quang) với những ưu điểm vượt trội về hiệu quả chiếu sáng và tiết kiệm năng lượng, đã phát triển thành một công nghệ tiên tiến trong kỹ thuật chiếu sáng hiện đại

và rất phổ biến trong thực tế

1.9.1.2 Đèn Halogen-Vonfam

- Nhiệt độ ở thành bóng giữ cho các nguyên tử vonfam oxyhalogen ở dạng hơi 1.9.1.3 Đèn huỳnh quang

Hình 08 Đèn huỳnh quang Philips

Đèn này là loại đèn phát ra ánh sáng lạnh, ít phát nhiệt so với đèn sợi đốt Nó dựa trên nguyên tắc phóng điện giữa các điện cực và dưới tác dụng của tia cực tím lên lớp bột huỳnh quang tráng ở bên trong ống đèn thuỷ tinh, làm phát ra ánh sáng Màu sắc ánh sáng phát ra từ đèn tuỳ thuộc vào thành phần lớp bột huỳnh quang bao gồm các chất tungstat calci, tungstat magne

1.9.1.4 Các đèn phóng điện

Các đèn phóng điện có ống hồ quang kích thước nhỏ, cường độ cao làm bằng thạch anh hoặc vật liệu gốm trong suốt Các ống hồ quang này chứa các điện tích và hơi kim loại làm việc ở nhiệt độ cao và chia thành 3 loại chính là:

- Đèn thủy ngân cao áp

- Đèn halogen kim loại (Metal Halide)

- Đèn Sodium (Natri)

1.9.2 Các nguồn sáng mới

1.9.2.1 Đèn Sulfur

Đèn Sulfur là loại đèn không có điện cực, ánh sáng phát ra do bức xạ của các nguyên tử sulfur trong môi trường khí Argon khi bị kích thích bằng vi sóng Đèn Sulfur không điện cực được phát minh năm 1990

Đèn này không chứa thủy ngân, bền màu, ít bị già hóa, thời gian khởi động rất ngắn, bức xạ hồng ngoại ít, bức xạ cực tím cũng rất yếu, hiệu suất cao (khoảng

100 lm/W), công suất cao, rất sáng và phân bố phổ đầy trong vùng nhìn thấy Đây là đèn lý tưởng để chiếu sáng trong nhà tại những nơi diện tích rộng như nhà máy, kho hàng, nhà thi đấu và các phố buôn bán Nó cũng là nguồn sáng lý tưởng cho chiếu sáng ngoài trời, cho chiếu sáng kiến trúc

1.9.2.2 Đèn Laser

Laser hay máy phát lượng tử là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (sự phát tia sáng đơn sắc dựa trên hiện tượng khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích thích) Cấu tạo của laser gồm bốn bộ phận chính:

- Môi trường hoạt chất

- Cơ cấu phản xạ

- Bộ phối ghép đầu ra

- Cơ cấu kích thích

Môi trường hoạt chất là tập hợp các nguyên tử, ion, phân tử trong đó xảy ra

bức xạ kích thích và là môi trường làm việc của laser Môi trường có thể là chất rắn, chất lỏng, chất khí hoặc bán dẫn Tên gọi của laser thường lấy theo môi trường tác dụng Ví dụ laser hồng ngọc có môi trường tác dụng là tinh thể hồng ngọc (rubi), laser CO2 có môi trường tác dụng khí cacbonic CO2…

Bước sóng phát xạ của laser phụ thuộc vào bản chất của môi trường hoạt chất, vì mỗi môi trường có các mức năng lượng xác định Khi chuyển mức năng lượng chúng giải phóng các photon Chỉ một số mức năng lượng được sử dụng để khuếch đại bức xạ kích thích do đó mỗi laser chỉ phát một bức xạ với bước sóng

được sử dụng để đổi hướng tia phản xạ

Bộ phối ghép đầu ra cơ cấu phản xạ duy trì ánh sáng trong hốc cộng hưởng

để ánh sáng ra được điều khiển bằng gương phản chiếu có hệ số phản xạ thay đổi tùy loại laser Laser công suất cao có thể phản xạ dưới 35%, còn 65% được truyền qua gương thành chùm ánh sáng đầu ra Laser công suất nhỏ có thể cần tới 98% ánh sáng phản xạ qua gương và chỉ có 2% ánh sáng thoát ra Gương truyền một số phần trăm ánh sáng trong hốc công hưởng ra ngoài gọi là bộ phối ghép đầu ra

Cơ cấu kích thích là thiết bị để đưa năng lượng vào môi trường hoạt chất

Thông thường người ta sử dụng ba loại kích thích: kích thích quang, kích thích điện

và kích thích hóa Cơ cấu này cung cấp năng lượng cần thiết để đưa các nguyên tử, ion hay phân tử của môi trường hoạt chất lên trạng thái kích thích Laser được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học, công nghệ hiện đại Trong kỹ thuật chiếu sáng laser được sử dụng trong chiếu sáng trang trí và chiếu sáng lễ hội và quảng cáo

1.9.2.3 Đèn LED

Hình 09 Đèn LED (Light-Emitting-Diode)

Diode phát quang (LED) đã và đang được ứng dụng trong ngày càng nhiều lĩnh vực Ban đầu, LED thường chỉ được dùng để chỉ báo các trạng thái logic đơn giản,về sau do có những ưu điểm vượt trội so với các loại đèn chỉ báo khác, đó là:

độ sáng cao và kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ năng lượng thấp, hiệu suất cao, độ bền tốt,… LED được ứng dụng ngày càng nhiều, chẳng hạn: Các bảng biển chỉ báo, thiết bị chỉ thị, đèn giao thông, lĩnh vực truyền hình (các tivi LED thế hệ mới), màn hình trên các thiết bị điện tử di động…mở ra một hướng phát triển công nghệ chiếu sáng bán dẫn (Solid-state Lighting -SSL)

Hình 010 Ứng dụng Led trong màn hình trình chiếu, TV và điện thoại di động sử dụng

công nghệ Led

Để sử dụng trong chiếu sáng, các đèn LED phải được chế tạo sao cho đạt được công suất phát sáng và hiệu suất cao Đó là các LED có độ sáng cao (High Brightness- HB LED), và LED siêu sáng (Ultra High Brightness LED- UHB LED) Hiệu suất phát sáng của các loại LED này hiện đã cao hơn 200 lm/W, và sẽ còn cao hơn trong tương lai

Cấu t o và nguyên lý chiếu sáng c đèn led:

Hình 11 Cấu tạo Led

Để tạo ra một sản phẩm đèn LED, về cơ bản cần có các yếu tố và thành phần như sau:

a Chip LED:

Hình 12 Cấu tạo Chip Led

Việc sản xuất ra chip LED phụ thuộc nhiều vào công nghệ, chất lượng nguyên vật liệu cấu thành và cấp độ tuổi thọ của chip LED thành phẩm LED với tuổi thọ 70,000 – 90,000 giờ Việc sản xuất chip LED có tuổi thọ cao có chi phí rất cao, tuy nhiên các đặc tính chịu nhiệt, tạo màu sắc trung thực, độ ổn định màu lâu và tuổi

b PCB tản nhiệt:

Lớp nhôm nguyên chất tản nhiệt, lớp cách điện cấp 1, lớp dẫn điện, lớp cách điện cấp 2, lớp phủ bảo vệ, lớp phủ mạch in Việc tính toán thiết kế chiều dày, nguyên vật liệu, cấp độ chịu nhiệt và tản nhiệt, cấp độ cách điện đòi hỏi phải có chuyên gia kinh nghiệm, các thử nghiệm và know-how để có PCB phù hợp với chip LED được

sử dụng cũng như phù hợp với thiết kế tổng thể của một sản phẩm

c Kết cấu tản nhiệt:

Các kết cấu liên quan đến tản nhiệt được làm bằng nhôm nguyên chất để bảo đảm tính dẫn nhiệt cao nhất có thể Vật liệu làm bằng nhôm nguyên chất không bị biến đổi chất liệu vì nhiêt như các loại nhôm lẫn tạp chất trong quá trình hoạt động,

do vậy có thể tái sử dụng trong vòng đời tiếp theo của đèn LED, giảm chi phí cho khách hàng, nhà xản xuất và xã hội Ngoài ra việc thiết kế kết cấu tản nhiệt (chiều dày, kích thước tổng thể, kích thước cánh tản nhiệt, dung sai chế tạo, tính toán khe

hở và hướng gió, tính toán khe hở liên kết giữa các kết cấu,…) có ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả tản nhiệt và tuổi thọ chung của bóng đèn

Hình 13 Kết cấu tản nhiệt

d Lens (thấu kính):

Bộ phận này ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả phát tán và lượng quang thông phát ra từ chip LED ra ngoài môi trường Chất lượng của loại lens được sử dụng ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ phát sáng và màu sắc ánh sáng của đèn LED ở cùng công suất

Hình 14 Thấu kính Led 97mm Street Light Glass Lens

e Bộ điều khiển:

Mỗi đèn LED hoặc cụm đèn LED cần có bộ điều khiển, bảo đảm cung cấp đồng đều năng lượng đến từng bóng ở từng vị trí khác nhau trên bản mạch Ngoài ra phải cung cấp đúng chế độ dòng phù hợp với chip LED được sử dụng, tốc độ giải nhiệt của thiết kế Việc ổn định chế độ làm việc của bộ điều khiển sẽ bảo đảm các chip LED luôn tạo ra ánh sáng ổn định, yếu tố này kết hợp với chất lượng của chip LED

sẽ tạo ra sự ổn định về màu sắc ánh sáng và cường độ ánh sáng trong thời gian dài

Để có được bộ điều khiển tốt, cần phải sử dụng linh kiện điện tử chất lượng, có độ

ổn định cao và đặt ở chế độ cân bằng tải phù hợp với thiết kế của đèn LED

f Các bộ phận phụ:

Là các cấu kiện còn lại như bộ gá, vành đỡ, chân đỡ,…được thiết kế phù hợp với từng ứng dụng khác nhau Các chi tiết này chủ yếu liên quan đến vấn đề thẩm mỹ, tính phù hợp lắp đặt theo ứng dụng, được sản xuất tại Việt Nam

Cấu t o và nguyên lý ho t ộng Led

Hình 15 Nguyên lý hoạt động Led

Phần chủ yếu của LED là một mảnh nhỏ chất bán dẫn có pha tạp chất sao cho trong đó tạo ra được hai miền: Miền p dẫn điện bằng lỗ trống (hạt tải mang điện dương) và miền n dẫn điện bằng điện tử (hạt tải mang điện âm), giữa hai miền là lớp tiếp xúc p – n Khối bán dẫn loại p chứa nhiều lỗ trống có xu hướng chuyển động khuếch tán sang khối bán dẫn loại n, cùng lúc khối bán dẫn loại p lại nhận electron từ khối bán dẫn loại n được chuyển sang Kết quả hình thành ở khối p điện

tích âm và khối n điện tích dương

Dòng điện chỉ chạy theo chiều từ bán dẫn P sang bán dẫn N Ở giữa miền tiếp xúc giữa 2 lớp bán dẫn có ánh sáng phát ra, vì điểm phát sáng rất bé nên phía trên phải có dạng nửa hình cầu để có thể phát ánh sáng tán xạ trong phạm vi 180 độ

về mọi hướng giúp người ta nhìn thấy nó

Hình 16 Phân cực thuận (phát sáng) Hình 17 Phân cực ngược (không phát sáng) Các đặc tr ng điện:

 Thế phân cực thuận (Forward Voltage): Vf (V)

 Dòng phân cực thuận (Forward Current): If (mA)

 Dòng phân cực ngược (Reverse Curent) ở thế làm việc: Ir (μA)

 Nhiệt độ làm việc của LED hay của lớp bán dẫn p-n: Top

 Công suất điện tiêu thụ (Consummation Power): P

Hình 18 Đặc trưng điện

Vật liệu chế t o:

+ AllnGaP để tạo ra các LED phát ánh sáng đỏ, da cam hoặc vàng

+ GaN để tạo ra các LED phát ánh sáng xanh dương và xanh da lam

Hình 19 Đặc trưng điện

 Hoạt động của LED dựa trên công nghệ bán dẫn Trong khối diode bán dẫn, electron chuyển từ trạng thái có mức năng lượng cao xuống trạng thái có mức năng lượng thấp hơn và sự chênh lệch năng lượng này được phát xạ thành những dạng ánh sáng khác nhau Màu sắc của LED phát ra phụ thuộc vào hợp chất bán dẫn và đặc trưng bởi bước sóng của ánh sáng được phát ra

 Để có màu sáng khác nhau, người ta sẽ đưa thêm một số tạp chất khác nhau vào hoặc là trong lớp "nhựa" cho thêm các chất huỳnh quang màu sắc của ánh sáng đó

Ưu h iểm c è e

a) Tuổi th đèn ed

 Tuổi thọ cao hơn khoảng từ 10 – 20 lần đèn compact và khoảng hơn 50 lần bóng đèn sợi đốt Do tuổi thọ đèn led không phụ thuộc vào số lần bật tắt, các

loại đèn phóng điện mỗi lần tắt bật giảm đi 1h sử dụng

 Đèn LED không có sợi đốt nên không lo bị đứt, không có khí bên trong nên không dễ bị suy thoái, không có điện cực phóng điện nên không dễ bị hư hỏng, điện áp nếu bị thay đổi ít nhiều thì đèn sáng ít hay sáng nhiều hơn chứ

 Trực tiếp cho được màu mong muốn, không cần lọc, rất tiết kiệm điện, dễ dàng bật tắt nhanh, nhiều lần

Hình 20 Hiệu suất phát quang của đèn Led

- Công suất tiêu thụ thay thế cuả đèn LED

th

Thay thế

è s i t

Nhiệt ộ màu

3000-7000K LED Bulb (SP80) (BBE Co., Ltd - China) 15W 100W Trắng ấm

(630lm/W)

7000K

3000-Bảng 2 Công suất tiêu thụ của đèn Led

Hình 21 Công suất tiêu thụ thay thế cuả đèn LED

d) ộ bền:

Được sử dụng nhôm hợp kim bao phủ vừa có tác dụng tản nhiệt, vừa giúp bảo

vệ đèn Do đó Led có độ bền rất cao ngay cả khi rơi (cũng không tạo ra các mảnh vỡ

như đèn compact hay đèn sợi đốt)

e) Tỏa ít nhiệt r môi tr ờng:

Do sử dụng đế tản nhiệt lớn, chỉ sinh ra 3.4 BTU/h so với 85 của đèn sợi đốt Chính vì thế làm giảm điện năng tiêu thụ do điều hoà ít phải sử dụng hơn Hoàn toàn không chứa thủy ngân khi sản xuất bóng đèn Do vậy đèn LED là sản phẩm rất

thân thiện với môi trường và trở thành sản phẩm xanh trong công nghệ

f) Khả năng ứng dụng năng l ng mặt trời:

 Do không yêu cầu cao về điện áp đầu và công suất thấp nên việc sử dụng các tấm pin chuyển hoá năng lượng mặt trời thành điện năng vô cùng khả thi, đặc

biệt đối với các vùng khó kéo đường điện tới nơi tiêu dùng

 Đèn LED sử dụng nhiều nguồn điện sạc khác nhau như: pin năng lượng mặt trời, nguồn điện xoay chiều 220 V - 50 Hz hay cả nguồn điện một chiều 24V

từ xe hơi, đi-na-mô quay tay

 Do đó Led an toàn khi sử dụng trong môi trường ẩm ướt và dễ bắt lửa vì sử dụng điện 1 chiều với bộ nguồn ngoài

 Trong quá trình hoạt động, LED đòi hỏi phải được cấp dòng điện chính xác,

ổn định nên đòi hỏi phải cấp nguồn ổn dòng

Bảng phân t ch v so sánh lo i bóng đèn thông dụng

Hiệu quả ă g l ng

Bó g è công nghệ s i t

Bó g è ô g nghệ huỳnh quang (CFL)

Bó g è công nghệ LED

Tuổi thọ trung bình 1,200 – 1,300

giờ

8,000 - 10,000 giờ

40,000 60,000 giờ Công suất tương đương với bóng đèn sợi

Chi phí hoạt động hàng năm: Tính theo con

Phát thải Carbon Dioxide (Carbon

Footprint): Khi năng lượng tiêu thụ thấp

hơn sẽ làm giảm lượng khí thải CO2, oxit

lưu huỳnh ra môi trường

Chứa thủy ngân – Một loại nguyên tố độc

hại màu bạc ánh kim, ở dạng lỏng trong

điều kiện nhiệt độ phòng

Không có

Có – Gây độc hại cho sức khỏe

và môi trường

Không có

Tuân theo tiêu chuẩn RoHS (giảm chất thải

độc hại) – Quy định các giới hạn nồng độ

tối đa của các chất thải độc hải sử dụng

Có

Không – chứa 1mg-5mg thủy ngân và đây là

Có

trong thiết bị điện và điện tử các nhân tố

chính gây độc hại cho môi trường

Các yếu t ả h h ởng

Có – thường có nhiều vấn đền khi độ ẩm không khí tăng

Không

Mức độ ảnh hưởng đến tuổi thọ của việc bật

tắt liên tục (ví dụ như đèn chiếu sáng trong

các tủ quần áo)

Một số

Có – Việc bật tắt liên tục làm giảm tuổi thọ của bóng đèn huỳnh quang

Không ảnh hưởng

Bật sáng tức thì Tức thì

Không – cần thời gian để làm nóng thủy ngân đến nhiệt độ phát sáng cực đại

Tức thì

Độ bền

Không bền – Thủy tinh và sợi đốt rất dễ

bị vỡ và đứt

Không bền – Thủy tinh dễ bị

vỡ

Rất bền – Bóng đèn LED có thể chịu lắc và va đập

Độ phát nhiệt 85 btu's/giờ 30 btu's/giờ 3.4 btu's/giờ

Nguy cơ khi có lỗi về mặt cơ khí Một số

Có – Có thể bắt lửa, khói hoặc phát mùi

Ít khả năng

1,100 75 18 -25 9 -13

Bảng 3 Phân tích và so sánh 3 loại bóng đèn thông dụng

Ứng d ng Led trong màn hình chiếu sáng tiết kiệ iệ ă g

Màn hình LED, hiện đang thay thế dần các màn hình với công nghệ cũ như CRT, CLD, Plasma do khả năng thiết kiệm năng lượng cũng như tăng khả năng cảm nhận màu sắc của mặt Màn hình LED thực chất là màn hình LCD sử dụng đèn LED để phản chiếu hình ảnh thay cho đèn huỳnh quang Về cấu tạo chung cũng tương tự như màn hình LCD và Plasma, màn hình LED bao gồm các điểm ảnh, mỗi điểm ảnh cũng có ba điểm ảnh con, mỗi điểm ảnh con hiển thị một màu cơ bản trong hệ màu RGB Tuy nhiên, khác với màn hình tinh thể lỏng và plasma, màn hình LED không sử dụng phương pháp lọc ánh sáng từ ánh sáng đèn nền để cho ra ánh sáng đơn sắc, mà sử dụng phương phát phát trực tiếp ra ánh sáng có bước sóng mong muốn Nhờ việc phát ra trực tiếp ánh sáng đơn sắc, mỗi điểm ảnh con sẽ cho

ra một màu sắc chính xác, và màu sắc tổng hợp hiển thị tại mỗi điểm ảnh cũng chính xác

Hình 22 Cấu tạo màn hình Led

Ứng dụng LED trong việc sản xuất màn hình, mỗi điểm ảnh sẽ được cấu tạo từ

ba LED: xanh, xanh lá, đỏ Nhờ điều chỉnh cường độ sáng của từng LED, có thể thay đổi cường độ sáng tỉ đối của ba LED so với nhau, nhờ đó tạo ra màu sắc tổng hợp tại mỗi điểm ảnh Khi muốn điểm ảnh tắt, chỉ cần tắt toàn bộ 3 LED là có thể thu được màu đen tuyệt đối, không gặp phải hiện tượng màu đen không chân thực

do lộ sáng từ đèn nền như với màn hình LCD

Hình 23 Điểm ảnh được cấu tạo từ ba LED: xanh, xanh lá, đỏ

Với việc tiết kiệm điện năng 30% so với màn hình LCD, cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn, vi điều khiển và phần mềm, các màn hình Led tích hợp trên các thiết bị điện tử có khả năng thay đổi cường độ chiếu sáng tối ưu khả năng cảm nhận của mắt người

chiếu sáng theo những yêu cầu khác nhau