CÔNG NGHỆ NANO VÀ NGHIÊN CỨU ĐIÔT PHÁT SÁNG (LED) DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP CHIẾU SÁNG

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP-HCM TRUNG TÂM THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ  BÁO CÁO PHÂN TÍCH XU HƯỚNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề: CÔNG NGHỆ NANO VÀ NGHIÊN CỨU ĐIÔT PHÁT SÁNG (LED) DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP CHIẾU SÁNG Biên soạn: Trung tâm Thông tin Khoa học Công nghệ TP HCM Với cộng tác của: PGS TS Đặng Mậu Chiến Giám Đốc Phòng thí nghiệm Công Nghệ Nano Trường Đại học Quốc Gia TP HCM TP Hồ Chí Minh, 10/2011 MỤC LỤC I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NANO Cơ sở công nghệ nano Định nghĩa công nghệ nano Một số nghiên cứu công nghệ nano 3.1 Công nghệ chế tạo LED dùng công nghiệp chiếu sáng 3.2 Công nghệ chế tạo vật liệu nano tự làm diệt khuẩn gạch men 3.3 Công nghệ tổng hợp hạt nano đồng chế tạo mực in phun đồng 3.4 Công nghệ chế tạo sợi nano dùng cho cảm biến sinh học 3.5 Chế tạo pin lượng mặt trời theo công nghệ màng mỏng 10 3.6 Công nghệ Dược Nano 12 II PHÂN TÍCH XU HƢỚNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ NANO MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA NANO TRÊN CƠ SỞ SÁNG CHẾ QUỐC TẾ 13 Tình hình nghiên cứu nano 13 1.1 Đăng ký sáng chế nano (giai đoạn 1970-2011) 13 1.2 Danh sách 10 quốc gia có nhiều đăng ký sáng chế nano 14 1.3 Các lĩnh vực sáng chế đăng ký 15 Tình hình nghiên cứu nano số lĩnh vực ứng dụng cụ thể 15 2.1 Ống nano cacbon 15 2.2 Nano sản xuất pin mặt trời 18 2.3 Nano sản xuất Led 20 2.4 Vật liệu nano tự làm diệt khuẩn 22 Nhận xét xu hướng nghiên cứu công nghệ nano số ứng dụng nano sở sáng chế quốc tế 24 III NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO LED PHÁT ÁNH SÁNG TRẮNG TRÊN THẾ GIỚI 24 Tình hình công nghiệp Led giới 24 1.1 Lịch sử đời Led 24 1.2 Tiềm ứng dụng Led 25 Tình hình sáng chế Led đăng ký giới 26 2.1 Lịch sử sáng chế Led 26 2.2 Các công nghệ chế tạo Led phát ánh sáng trắng sáng chế đăng ký 27 2.2.1 Chế tạo Led phát ánh sáng trắng từ chip Led phát xanh dương phủ phốt vàng 27 2.2.2 Chế tạo Led phát ánh sáng trắng từ chip Led phát xanh dương phủ loại phốt đỏ xanh 32 2.2.3 Chế tạo Led phát ánh sáng trắng từ chip Led phát tia tử ngoại (UV) phủ loại phốt đỏ, xanh xanh dương 39 2.2.4 Chế tạo Led phát ánh sáng trắng từ loại chíp Led phát ánh sáng đỏ, xanh xanh dương 42 IV TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG LED TRONG NƢỚC 45 -1- Quy trình chế tạo bóng Led 45 Công nghệ chế tạo Led Phòng Thí nghiệm công nghệ Nano (LNT) 45 2.1 Quy trình chế tạo chip Led phát ánh sáng xanh LNT 45 2.2 Quy trình chế tạo bóng Led ánh sáng trắng từ chip Led ánh sáng xanh 50 Các sản phẩm nghiên cứu Led đăng ký sở hữu trí tuệ Việt Nam 52 Thực trạng nghiên cứu xu hướng phát triển đèn Led VN 52 4.1 Thực trạng nghiên cứu 52 4.2 Xu hướng phát triển 53 Các cty sản xuất kinh doanh đèn Led Việt Nam 54 Tình hình ứng dụng Led chiếu sáng Việt Nam 55 V MỘT SỐ KIẾN NGHỊ VỀ NGHIÊN CỨU LED VÀ SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LED TẠI VIỆT NAM 56 PHỤ LỤC 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 -2- CÔNG NGHỆ NANO VÀ NGHIÊN CỨU ĐIÔT PHÁT SÁNG (LED) DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP CHIẾU SÁNG ***************************** I TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NANO Cơ sở công nghệ nano Ngày 29 tháng 12 năm 1959, Viện Công nghệ California, người đoạt giải Nobel Vật lý - Richard P Feynman nói chuyện họp hàng năm Hiệp hội Vật lý Mỹ trở thành giảng khoa học cổ điển kỷ hai mươi, có tựa đề “There’s Plenty of Room at the Bottom” Ông trình bày tầm nhìn công nghệ thu cực nhỏ trước "chip" trở thành phần thuật ngữ Ông nói vấn đề thao tác kiểm soát thứ quy mô nhỏ Ngoại suy từ định luật vật lý biết, Feynman hình dung công nghệ cách sử dụng hộp công cụ RichardP Feynman cuối tự nhiên, xây dựng công trình nano nguyên tử nguyên tử hay phân tử phân tử Kể từ năm 1980, nhiều phát minh khám phá chế tạo công trình nano trở thành minh chứng cho tầm nhìn ông Để ghi nhận thực tế này, Hội đồng Khoa học Công nghệ Quốc gia (NSTC) Nhà Trắng lập Interagency Working Group khoa học nano, Cơ khí Công nghệ (IWGN) vào năm 1998 Trong phát biểu năm 2000 viện, cựu Tổng thống William J Clinton nói chuyện hứa hẹn thú vị công nghệ nano, nói chung, tầm quan trọng việc mở rộng nghiên cứu khoa học công nghệ cấp độ nano Cuối tháng đó, ông tuyên bố sáng kiến Công nghệ Nano cấp Nhà nước đầy tham vọng, bao gồm phối hợp liên ngành dự thảo ngân sách trị giá $ 497 triệu USD năm tài 2001, định sách khoa học công nghệ phải ưu tiên hàng đầu làm cho khoa học hàng đầu ưu tiên công nghệ Mục tiêu sáng kiến để tạo thành liên minh rộng rãi viện nghiên cứu, khu vực tư nhân nhà nước, địa phương, phủ liên bang làm việc với để thúc đẩy khoa học nano công nghệ nano để gặt hái lợi ích kinh tế xã hội tiềm công nghệ nano Công nghệ nano ngành khoa học nghiên cứu, chế tạo, điều khiển ứng dụng vật liệu linh kiện có kích thước siêu nhỏ, khoảng từ 1-100 nm (1 mét = 109 nm) Như hạt nano có đường kính nm, hạt có cỡ nhỏ 80 nghìn lần so với độ dày trung bình sợi tóc người Kích thước cấu trúc siêu nhỏ dẫn đến thay đổi lớn chất tính chất vật lí, hóa học, tính chất quang, từ v.v vật liệu linh kiện Những thay đổi tính chất khai thác sử dụng thích hợp (thường) mang lại ứng dụng mới, với khả -3- ưu việt mà vật liệu linh kiện truyền thống Định nghĩa công nghệ nano Công nghệ nano có nghĩa công nghệ thực cấp độ nano ứng dụng giới thực (“Nanotechnology literally means any technology performed on a nanoscale that has applications in the real world” (nguồn: Springer Handbook of nano-technology, Tác giả: Bharat Bhushan)) Công nghệ nano bao gồm sản xuất ứng dụng hệ thống vật lý, hóa học, sinh học phạm vi khác nhau, từ đơn nguyên tử hay phân tử cá nhân đến kích thước siêu nhỏ, tích hợp kết cấu trúc nano vào hệ thống lớn Công nghệ nano tác động sâu sắc đến kinh tế xã hội đầu kỷ 21, so với công nghệ bán dẫn, công nghệ thông tin, tế bào sinh học phân tử Thuật ngữ “công nghệ nano” bắt đầu sử dụng vào năm 1974 Nario Taniguchi nhà nghiên cứu trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả chế tạo cấu trúc vi hình mạch vi điện tử Nghiên cứu khoa học công nghệ công nghệ nano Pro.Nario Taniguchi hứa hẹn đột phá lĩnh vực vật liệu sản xuất, Tokyo Science University điện tử nano, y học y tế, lượng, công nghệ sinh học, công nghệ thông tin, an ninh quốc gia Điều cho thấy công nghệ nano cách mạng công nghiệp Một số nghiên cứu công nghệ nano Hiện có nhiều ứng dụng công nghệ nano vào thực tiễn tiêu biểu số công nghệ nano nghiên cứu Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano (LNT) – Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh (VNU) trình bày 3.1 Công nghệ chế tạo LED dùng công nghiệp chiếu sáng Bằng phương pháp tráng phủ hóa kim (Metal Organic Chemical Vapor Deposition – MOCVD), lớp màng mỏng GaN ngưng phủ chất để tạo cấu trúc LED, lớp đa giếng lượng tử (Multiple Quantum Well) bao gồm cặp InGaN/GaN phủ có độ dày cặp 3/10 nm Đây lớp ảnh hưởng đến hiệu suất phát sáng LED Nếu giếng lượng tử có kích thước đủ bé, giếng chứa số mức lượng định phổ ánh sáng phát phổ vạch, độ đơn sắc LED cao Tuy nhiên, kích thước giếng bé, cường độ sáng LED giảm Bề rộng tốt giếng nên 2,25 nm (LED xanh cây) độ rộng giếng nên nm (LED xanh dương) ánh sáng đơn sắc -4- Hình ảnh chụp AFM mẫu InGaN/GaN MQW với nhiều hốc nhỏ bề mặt lớp phủ barrier GaN nằm phía tráng phủ nhiệt độ thấp nên độ che phủ không đồng a) b) Hình 1: Các ảnh chụp AFM mẫu InGaN/GaN MQW (a) (b) Từ cấu trúc LED chế tạo theo cách trên, tiếp tục thực khâu chế tạo điện cực LED đóng gói LED trình bày phần IV 3.2 Công nghệ chế tạo vật liệu nano tự làm diệt khuẩn gạch men Việc chế tạo vật liệu quang xúc tác titandioxit (TiO2) phủ bề mặt gạch men có khả tự làm diệt khuẩn cho thấy khả ứng dụng hiệu nhà cao ốc gây nguy hiểm cho người lao động làm vệ sinh -5- Phương pháp tạo hạt TiO2 cách dùng chất bảo vệ chất hoạt động bề mặt acid oleic với tiền chất TiCl4 Hạt TiO2 nhận có dạng anatase, dạng có khả quang xúc tác cao dạng thù hình TiO2 Trên sở vật liệu TiO2 chế tạo dung dịch vật liệu nano N-TiO2-SiO2 phương pháp Sol-Gel có khả chế tạo với số lượng lớn cho sản xuất công nghiệp thời gian bảo quản dung dịch tương đối dài (3 tháng nhiệt độ 200C sau chế tạo xong) Để chế tạo vật liệu có tính quang xúc tác tốt vùng ánh sáng khả kiến vật liệu TiO2 tiến pha tạp anion N, S, Fe,…, đó, việc lựa chọn pha tạp nitrogen (N) cho hiệu tốt có khả thành lập mức tạp gần vùng hoá trị Sự diện SiO2 góp phần tăng diện tích bề mặt riêng vật liệu, mặt khác SiO2 có thành phần hoá học tương tự gạch men nên làm tăng độ bám dính vật liệu lên bề mặt gạch men Các hệ dung dịch sau chế tạo xong bảo quản lọ thủy tinh có nắp đậy Dung dịch sau chế tạo quan sát trực quan ta thấy dung dịch hoàn toàn suốt Hình 2: Hệ dung dịch N-TiO2/SiO2 Để khẳng định thêm hình thành tồn hạt nano N-TiO2/SiO2, ảnh chụp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cho kết Hình Hình 3: Ảnh TEM mẫu N-TiO2/SiO2 ( 40%N) -6- Qua ảnh TEM cho thấy hạt rắn có dạng khối đa diện với kích thước hạt tương đối đồng khoảng 10 nm-15 nm Các tính gạch men thông minh: a) b) Hình 4: Hình ảnh khuẩn lạc đĩa petri sau 10 ngày a) Khuẩn lạc mọc đĩa petri mẫu đối chứng; b) Khuẩn lạc mọc đĩa petri mẫu gạch thông minh Bên cạnh đó, màng vật liệu nano quang xúc tác giúp bề mặt vật liệu tự rửa nước mưa, hợp chất hữu chống mờ hạt nước Hình b a b a a b phút 10 phút 20 phút Hình 5: Hình dạng giọt nước màu dung dịch metylen blue đế ceramic A: Mẫu đối chứng; B: Mẫu phủ màng 3.3 Công nghệ tổng hợp hạt nano đồng chế tạo mực in phun đồng Do đặc tính nên mực in bạc ổn định tốt cho mạch in kim loại dùng phương pháp in phun Tuy nhiên, giá thành loại mực in bạc cao nên khả ứng dụng công nghệ sản xuất gặp nhiều hạn chế Do vậy, hướng phát triển loại mực khác thay mực in bạc mực in dùng hạt nano đồng dùng để in mạch dẫn điện phương pháp in phun Quá trình tổng hợp hạt nano đồng theo phương pháp khử muối, xảy theo chế sau: ion Cu2+ dung dịch Copper (II) sulfate (CuSO4.5H2O) khử chuyển Cuo theo phương trình sau: Cu2+ + 2e-  Cu0 Tác nhân khử chất hóa học Sodium Borohydride (NaBH4), Ethanol, Ethylene Glycol, Ascorbic acid… Tổng hợp hạt đồng nano cách sử dụng chất khử NaBH4 (trong sử dụng ascorbic acid chất khử nhẹ) -7- Hình 6: Quy trình tổng hợp thay đổi màu sắc dung dịch đồng nano cách khử NaBH4 Mẫu dung dịch nano đồng chụp Kính hiển vi điển tử truyền qua (TEM) biểu đồ phân bố kích thước hạt xây dựng nhờ phần mềm Image J Hình 20 18 (a) Phân bố kích thước hạt (%) 16 14 12 10 0 10 20 30 Kích thước hạt (nm) 40 50 10 20 30 Kích thước hạt (nm) 40 50 10 20 30 Kích thước hạt (nm) 40 50 25 (b) Phấn bố kích thước hạt (%) 20 15 10 30 (c) Phân bố kích thước hạt (%) 25 20 15 10 Hình 7: Ảnh chụp TEM dung dịch nano đồng với tỉ lệ nồng độ khác nhau: (a) [PEG]/[Cu2+] = 12; (b) [PEG]/[Cu2+] = 14 (c) [PEG]/[Cu2+] = 18 -8- Hình 7a ảnh TEM mẫu với [PEG]/[Cu2+] 12 đặc trưng cho mẫu hạt nano Cu bị kết tụ độ đồng kích thước không tốt với kích thước trung bình khoảng 25 nm phân bố kích thước hạt rộng Hình 7b ảnh TEM mẫu với [PEG]/[Cu2+] 14 kích thước hạt phân bố hẹp hơn, kích thước trung bình khoảng 15 nm Mẫu với [PEG]/[Cu2+] 18 Hình 7c có kích thước trung bình hạt nhỏ khoảng nm, kích thước hạt phân bố hẹp khoảng ngắn 2-7 nm Với kết ta thực cho mực in đồng 3.4 Công nghệ chế tạo sợi nano dùng cho cảm biến sinh học Chế tạo sợi nano (như sợi nano Pt, Au, Si) dùng làm cảm biến phát định lượng nhanh phần tử sinh học glucose, protein, DNA… nồng độ siêu nhỏ yêu cầu vô quan trọng nhiều lĩnh vực nghiên cứu ứng dụng ngành sinh học, y tế, dược phẩm nông nghiệp… Ví dụ thông qua việc phát protein thị (protein markers), DNA đột biến (gen mutation), kháng nguyên kháng thể (antibodies, antigents), glucose … bệnh phẩm cho phép chẩn đoán nhanh, xác nhiều bệnh nguy hiểm ung thư, lây nhiễm virus, sản phẩm đột biến gen, tiểu đường… Quy trình chế tạo sợi nano Pt lắng đọng ăn mòn góc nghiêng bậc nano (Deposition and Etching Under Angles- DEA), sử dụng kỹ thuật công nghệ micro, chế tạo sợi nano Pt với chiều ngang khoảng 50 nm, dài cỡ mm Chế tạo số lượng chíp lớn (700- 800 chíp) Hình ảnh SEM với độ phân giải cao sợi nano Pt chế tạo Qua việc phân tích ảnh SEM cho thấy sợi nano chế tạo thẳng, có kích thước chiều ngang cỡ 50 – 100nm, tùy theo điều kiện thực nghiệm sử dụng Ví dụ chế tạo bậc nano với chiều cao 50 nm, sau lắng đọng ăn mòn góc nghiêng 450 tạo sợi với kích thước 45 ± nm Sợi 100 nm (B) (A) Hình 8: Sợi 50nm nano 100 nm, (B) sợi nano có chiều rộng khoảng 50 nm chụp với độ phóng đại 500.000 lần -9- Làm wafer LED Quang khắc cho p-contact Quang khắc tạo phần mesa cho n-contact Tráng phủ kim loại, lift-off tạo p-contact Khắc mesa cho phần n-contact Quang khắc cho p-bond pad Tráng phủ kim loại, lift-off tạo p-bond pad Quang khắc cho ncontact Tráng phủ kim loại, lift-off tạo n-contact Chú thích: GaN cap Active region (MQW) n-GaN GaN Buffer GaN Sapphire Al2O3 (c0001) p-bond pad (Au) p-contact (Ni/Au) n-contact (Ti/Al/Ni/Au) Photoresist dương p-GaN AlGaN Hình 55: Quy trình công nghệ chế tạo chíp LED wafer LED -47- Kết đánh giá chíp LED Chíp LED chế tạo thành công (Hình 56) kiểm tra định tính định lượng tính chất quang, điện nhờ vào thiết bị LED Chip Tester ELT 1000 (Ecopia) (Hình 57) phần mềm VisualSpectra 2.1 Chíp LED Hình 56: Chíp LED sau chế tạo Hình 57: Hệ LED chip Tester ELT 1000 (Ecopia) – LNT Hình 58: Hình ảnh chíp LED phát sáng cấp dòng 20 mA Kết thu bảng số liệu giá trị Vfin, Vf, Ir, Iv, -48- d, P , Ir Hình 59) Hình 59: Kết đo thông số đặc trưng Vf, Iv, d, P, Ir, Pe chíp LED Kiểm tra CIE Chart thu biểu đồ màu chíp LED (Hình 60) Hình 60: Biểu đồ màu CIE chíp LED Kết thu bảng số liệu đăc tuyến I-V (bên trái) đặc tuyến quang-điện (bên phải) Hình 61 -49- Hình 61: Đặc tuyến I-V (hình trái) đặc tuyến quang-điện (hình phải) chíp LED Các thông số quang, điện chíp LED chế tạo (đo cường độ dòng thuận I f = 20 mA) liệt kê bảng Bảng 2: Các thông số quang, điện chíp LED chế tạo Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Cường độ dòng thuận If 20 mA Điện áp thuận Vf 3,353 V Cường độ sáng Iv 58,327 mcd Bước sóng d 463,35 nm Bước sóng đỉnh P 458,9 nm Dòng ngược Ir -0,584 nA Độ tinh khiết màu Pe 96,505 % (x; y) (0,145; 0,047) - Tọa độ màu 2.2 Quy trình chế tạo bóng Led ánh sáng trắng từ chip Led ánh sáng xanh Mục đích quy trình biến ánh sáng xanh chíp LED thành ánh sáng trắng bóng LED phương pháp phủ phốtpho Đầu vào quy trình chíp LED chế tạo thành công “Quy trình công nghệ chế tạo điôt bán dẫn phát sáng -50- (chíp LED) wafer LED quy mô phòng thí nghiệm” đầu bóng LED phát ánh sáng trắng (Hình 62) Bóng LED phát ánh sáng trắng Chíp LED phát ánh sáng xanh Hình 62: Đầu vào – đầu quy trình chế tạo bóng LED ánh sáng trắng Các giai đoạn quy trình: Các giai đoạn quy trình công nghệ tiến hành phòng nhằm đảm bảo chất lượng chíp LED bóng LED Error! Reference source not found.63 hể công đoạn quy trình công nghệ chế tạo bóng LED ánh sáng trắng Cắt wafer LED Dán chíp lên cốc phản xạ Hàn dây vàng nối điện cực Phủ phốtpho tạo ánh sáng trắng Đóng nắp bóng LED Hình 63: Quy trình công nghệ chế tạo bóng LED ánh sáng trắng từ chíp LED ánh sáng xanh -51- Các sản phẩm nghiên cứu Led đăng ký sở hữu trí tuệ Việt Nam Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano thực hồ sơ, Cục Sở hữu Trí tuệ - Bộ KHCN cấp Bằng độc quyền Cụ thể sau: a) Các sản phẩm chấp nhận đơn hợp lệ: Nhãn hiệu LNT (cho sản phẩm nghiên cứu), số đơn: 4-2008-22561, ngày nộp đơn: 20/10/2008 Giải pháp hữu ích cho đèn sạc (dùng bóng LED), số đơn: 2-2008-00234, ngày nộp đơn: 23/10/2008 Kiểu dáng công nghiệp cho đèn sạc điện (dùng bóng LED) số đơn: 3-200801449, ngày nộp đơn: 23/10/2008 Sáng chế đèn chiếu sáng tự động (sử dụng bóng LED), số đơn: 1-201000954, ngày nộp đơn: 19/04/2010 Kiểu dáng công nghiệp cho đèn chiếu sáng (sử dụng 56 bóng LED), số đơn: 3-2010-00524, ngày nộp đơn: 28/04/2010 Kiểu dáng công nghiệp cho đèn chiếu sáng (sử dụng 56 bóng LED), số đơn: 3-2010-00525, ngày nộp đơn: 28/04/2010 b) Các sản phẩm cấp Bằng độc quyền: Bằng độc quyền Kiểu dáng công nghiệp số 13852 cho Đèn sạc điện (sử dụng bóng LED) Cục Sở hữu Trí tuệ - Bộ KHCN cấp ngày 23/11/2009, định số 24495/QĐ-SHTT Giấy chứng nhận Đăng ký nhản hiệu số 151008 cho sản phẩm Đèn sạc điện (LNT) Cục Sở hữu Trí tuệ - Bộ KHCN cấp ngày 11/08/2010, định số 15218/QĐ-SHTT Thực trạng nghiên cứu xu hƣớng phát triển đèn Led VN 4.1 Thực trạng nghiên cứu Hiện nay, nước chưa có ngành công nghiệp vi điện tử chưa có nhiều nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực vật liệu linh kiện bán dẫn Với mong muốn làm chủ công nghệ, nhà khoa học Việt Nam từ lâu bắt tay vào nghiên cứu chế tạo loại sản phẩm này, nhiên đến kết đạt chưa cao, chưa thể triển khai ứng dụng vào sống Nguyên nhân kết phần lớn hạn chế định thiết bị chế tạo, đánh giá lĩnh vực bán dẫn Đối với Việt Nam năm gần đây, từ LED phát sáng nói chung LED phát ánh sáng trắng nói riêng thương mại hóa thị trường, nhu cầu sử dụng LED cao để phục vụ cho việc làm quảng cáo, biển tín hiệu giao thông, hình hiển thị, trang trí, chiếu sáng nghệ thuật chiếu sáng nhà trời Như lợi ích việc ứng dụng bóng LED lớn quan trọng tiết kiệm -52- lượng Tuy nhiên, đứng góc độ quản lý thị trường chưa có quan tổ chức kiểm định chất lượng bóng LED nhập tràn lan thị trường giá không rõ ràng, thông số kỹ thuật bóng LED có ghi bao bì hay không, vấn đề bỏ ngõ Điều gây tác động xấu đến thị hiếu người dùng, làm giảm niềm tin vào đèn LED xa tác động đến kinh tế Còn đứng góc độ nghiên cứu khoa học chưa chế tạo chíp LED nắm bắt quy trình công nghệ chế tạo LED phát ánh sáng Chúng ta biết nhập sản phẩm bóng LED thương mại thị trường để sau tiến hành rắp ráp sản xuất sản phẩm đèn LED Cách làm cho thấy giải vấn đề nhu cầu cấp bách, chưa giải vấn đề cốt lõi chế tạo bóng LED phát ánh sáng phải khâu chế tạo LED wafer (đế sapphire) thiết bị MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), sau chế tạo chíp LED từ LED wafer chế tạo bóng LED (white) từ chíp LED (blue) cuối sản xuất sản phẩm LED phát sáng Tất bước thực phòng sạch, ngoại trừ bước cuối tất trải qua trình thực nghiệm, đánh giá mẫu thiết bị chuyên dụng thông số tối ưu đồng nghĩa cho ánh sáng phát từ bóng LED (white) tốt Từ năm 2005, Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano – Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh khởi động dự án nghiên cứu quy trình công nghệ chế tạo điôt bán dẫn phát sáng giai đoạn 1, chế tạo wafer LED, bước đầu đạt kết khả quan Do công nghệ chế tạo MOCVD công nghệ mới, đại giới nên Phòng thí nghiệm gửi cán nghiên cứu đào tạo chuyên sâu nước (Singapore) công nghệ MOCVD Nhóm nghiên cứu LED Phòng thí nghiệm bước đầu nắm vững quy trình công nghệ MOCVD để chế tạo cấu trúc bán dẫn phát sáng, đánh giá cấu trúc tính chất điện - quang vật liệu cấu trúc bán dẫn phát sáng chế tạo, bước đầu chế tạo thử nghiệm chíp LED ánh sáng xanh dương Việc thực đề tài hoàn thiện quy trình chế tạo điôt bán dẫn phát sáng nguyên liệu đầu vào kết thúc sản phẩm chiếu sáng sử dụng bóng LED hoàn chỉnh Hiện nước chưa có công trình nghiên cứu chế tạo vật liệu cấu trúc bán dẫn phát sáng đế sapphire (wafer LED) phương pháp MOCVD hệ thống MOCVD đại, chế tạo chíp LED, bóng LED đèn LED ứng dụng Do đó, đề tài Việt Nam giúp cán nước làm chủ công nghệ MOCVD để chế tạo cấu trúc bán dẫn phát sáng, phương pháp đánh giá cấu trúc tính chất điện vật liệu cấu trúc bán dẫn phát sáng, nắm vững quy trình công nghệ chế tạo chíp LED công đoạn chế tạo đèn LED ứng dụng 4.2 Xu hƣớng phát triển Hiện nay, sử dụng thiết bị tiết kiệm lượng xu hướng giới yếu tố cho phát triển bền vững, Việt Nam với vai trò thành viên cộng đồng quốc tế không nằm xu hướng Cùng với phát triển kinh tế, khuyến khích phủ việc cải thiện đáng kể sở vật chất, -53- thiết bị nghiên cứu việc nghiên cứu chế tạo triển khai ứng dụng điôt bán dẫn phát sáng tiết kiệm lượng trở nên khả thi hết Nắm bắt nhu cầu người tiêu dùng hưởng ứng vận động tiết kiệm lượng trên, công ty Việt Nam không ngừng tìm tòi nghiên cứu nhập thiết bị với chíp LED, đặc biệt chíp LED phát sáng công suất cao để chế tạo bóng LED liên doanh với công ty nước chế tạo bóng LED Đây cách làm phù hợp với tình hình kinh tế xã hội Việt Nam nay, mang lại lợi ích cách thiết thực, từ phát triển lên để nghiên cứu chế tạo chíp LED tương lai Nếu xét khía cạnh thị trường giải phần nhu cầu ngày cao người tiêu dùng, đặc biệt công trình chiếu sáng nghệ thuật đèn đường Tuy nhiên, không chủ động nguồn hàng chất lượng hàng Nếu xét khía cạnh quản lý giám sát kiểm định chất lượng bóng LED sau chế tạo, tức nhiên có nguồn gốc rõ ràng để người dùng an tâm Hình 64: Các sản phẩm đèn LED thị trường Ngoài ra, số thương hiệu lớn giới bắt đầu thăm dò đầu tư vào thị trường Việt Nam Philips, Osram, GE, Hyosung, Megaman mở hội cạnh tranh phát triển, có lợi cho người tiêu dùng Tóm lại, xu hướng phát triển LED phát sáng Việt Nam nói riêng giới nói chung tất yếu phù hợp với nhu cầu xã hội tiến với tiến không ngừng khoa học công nghệ tương lai không xa đèn LED cải tiến mạnh mẽ thay tất bóng đèn truyền thống bóng đèn dây tóc, đèn huỳnh quang, compact, đèn neon, sodium… góp phần xây dựng nên môi trường xanh, thẩm mỹ đặc biệt góp phần vào việc tăng trưởng kinh tế Các cty sản xuất kinh doanh đèn Led Việt Nam Công ty Fawoo-Kidi Công ty Cổ phần Tập Đoàn Kim Đỉnh (KIDI) hợp tác với công ty đèn LED Fawoo Technology - Hàn Quốc (Fawoo) thành lập công ty Liên doanh FAWOO-KIDI trị giá 12 triệu USD, sản xuất phân phối bóng đèn LED Việt Nam Sử dụng công nghệ Hàn Quốc, Fawoo Kidi xây dựng nhà máy thực quy trình đóng gói chế tạo đèn LED sản phẩm ứng dụng đèn LED Sản phẩm công ty mặt hàng đèn nội thất, loại đèn chiếu sáng chuyên dụng như: đèn chiếu sáng công -54- suất cao cho công trình công cộng đèn đường, đèn đường hầm; loại đèn bảo an, đèn chống cháy nổ; đèn pha đèn đánh cá… Công ty ASAMLED Công ty TNHH Công nghệ LED Ánh Sáng Mới (ASAMLED) có 100% vốn đầu tư Công ty CP Điện tử Thủ Đức (VTD), VTD có 97% vốn Tổng Công ty Điện tử Tin học Việt nam (VIEC) Được đầu tư dây chuyền công nghệ thiết bị để sản xuất LED từ Công ty Công nghệ ASM, ASAMLED số công ty thực quy trình đóng gói bóng LED sản xuất sản phẩm LED theo quy mô công nghiệp Việt Nam Sản phẩm công ty bao gồm loại LED bóng tròn, LED tuýp, LED âm trần, dùng nội thất; loại LED làm biển quảng cáo; loại LED chiếu sáng công suất cao sử dụng trời Các công ty sản xuất đèn LED khác Bên cạnh công ty kinh doanh LED thực khâu thứ tư nhập đèn LED từ nước sau thực quy trình gia công, lắp ráp sản phẩm ứng dụng đèn LED ví dụ như: công ty Rạng Đông, công ty Ngọc Biển Lighting, Công ty TNHH Điện tử ELEK, Công ty TNHH Quốc Tế OKADA, Công ty TNHH phát triển lượng SYSTECH, Công ty TNHH đầu tư phát triển công nghệ Việt Sáng… Tình hình ứng dụng Led chiếu sáng Việt Nam Tuy nhiên, việc sử dụng đèn LED siêu sáng thay đèn truyền thống để chiếu sáng nhà mẽ nước ta Hiện có vài nơi sử dụng công nghệ để chiếu sáng đường phố, ngõ hẻm Cụ thể, thành phố Đà Nẵng thay 55 đèn HPS (High Pressure Sodium) đèn chiếu sáng LED Thành phố Hải Phòng thay 12 đèn HPS đèn chiếu sáng LED Cần Thơ nơi sử dụng thử nghiệm nước ta đèn LED không dùng điện lưới mà sử dụng dàn pin lượng mặt trời để chiếu sáng Tại khu công nghệ cao Hòa Lạc (Hà Nội), đèn chiếu sáng LED sử dụng turbin phát điện gió dàn pin mặt trời lắp đặt để chiếu sáng nhà Bộ đèn LED 1000W có hiệu suất phát quang 75ml/W, độ chiếu sáng tương đương bóng HPS 150W truyền thống (khoảng 3500 lumen) tuổi thọ 1000 Với nguồn điện sử dụng dàn pin mặt trời 54 Wp động phát điện gió WTG- 300W, hệ thống LED có tuổi thọ đạt đến 20 năm.Ngày 28/4/2010 khu công nghệ cao TP Hồ Chí Minh nghiệm thu đưa vào sử dụng 28 trụ đèn chiếu sáng sử dụng lượng gió mặt trời truyến đường Nguyễn Huệ Các trụ đèn sử dụng bóng LED công suất 160W (độ sáng tương đương bóng 400W thông dụng) Ngoài ra, 39 trụ đèn LED tiết kiệm điện vừa thay loại đèn đường cũ, thi công tuyến đường Thành Thái, quận 10, TP.HCM -55- Hình 65: Những trụ đèn LED tỏa sáng đường Thành Thái - TP.HCM Theo báo cáo dự án VEEPL (Dự án "Chiếu sáng công cộng hiệu suất cao Việt Nam" ), Việt Nam sử dụng khoảng 60 triệu bóng đèn sợi đốt, 80 triệu bóng đèn huỳnh quang ống, khoảng 40 triệu đèn CFL 600 nghìn đèn chiếu sáng đường phố Với số thấy thị trường chiếu sáng nước ta sôi động có tiềm Tổng công ty điện lực Việt Nam cho biết, điện cho chiếu sáng tất khu vực năm 2008 chiếm khoảng 25,2% tổng lượng tiêu thụ tương đương khoảng 16,47 tỷ KWh Trước mức tiêu thụ lớn chiếu sáng, Chính phủ Việt Nam nhiều tổ chức quan tâm đến việc khuyến khích, thúc đẩy việc áp dụng công nghệ chiếu sáng LED Các quan nghiên cứu công nghệ LED nước ta tiêu biểu Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Phòng Thí Nghiệm Công Nghệ Nano, Khu Công Nghệ Cao TP HCM, công ty Điện Quang, Rạng Đông, V MỘT SỐ KIẾN NGHỊ VỀ NGHIÊN CỨU LED VÀ SẢN PHẨM SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ LED TẠI VIỆT NAM Như trình bày trên, sử dụng đèn LED chiếu sáng nhu cầu tất yếu xã hội tiến nhằm tiết kiệm lượng an toàn sử dụng Vì thế, Nhà nước cần có nhiều sách đầu tư cho lĩnh vực này, cụ thể khuyến khích nhiều công ty tham gia sản xuất mặt hàng LED tiết kiệm điện Mặt khác, thực sách giảm thuế để giảm giá thành sản phẩm, giúp cho người tiêu dùng sử dụng phổ biến sản phẩm đèn LED Cần nhìn nhận vấn đề rằng, năm gần tình hình nghiên cứu chế tạo đèn LED chiếu sáng thực sôi động Chúng ta có nhiều lợi tiếp cận công nghệ thiết bị chế tạo đại nên dễ “đi tắt đón đầu” Tuy nhiên, có bất lợi sau nên phải tìm hướng nghiên cứu giải vấn đề hạn chế đèn LED như: công suất chiếu sáng, tuổi thọ, … đặc biệt giảm giá -56- thành sản phẩm đảm bảo chất lượng tương đương tốt sản phẩm loại thị trường Do song song với sách giảm thuế, Nhà nước cần bổ sung thêm nguồn ngân sách cho nghiên cứu chế tạo phát triển sản phẩm đèn LED chiếu sáng, giúp cho cán nghiên cứu làm chủ công nghệ Đây hội thử thách cho nhà nghiên cứu nước dám mạnh dạn nghiên cứu sâu công nghệ chế tạo Ngoài ra, cần có gắn kết nhà sản xuất công nghiệp (công ty, doanh nghiệp với tư cách nhà đầu tư) nhà nghiên cứu sở viện, trường Dựa tương tác này, nhà nghiên cứu cần đầu tư thiết bị nghiên cứu nhà sản xuất cần sản phẩm nghiên cứu để sản xuất quy mô công nghiệp Đó gắn kết bền vững -57- PHỤ LỤC Phụ lục 1: Phân tích xu hướng nghiên cứu công nghệ nano số ứng dụng nano sở sáng chế quốc tế - Tỷ lệ phân bố sáng chế thuộc lĩnh vực sản xuất ứng dụng vật liệu nano tự làm diệt khuẩn quốc gia dẫn đầu Hình 66: Tỷ lệ phân bố sáng chế thuộc lĩnh vực sản xuất ứng dụng vật liệu nano tự làm diệt khuẩn quốc gia dẫn đầu Trung Quốc Hàn Quốc nước dẫn đầu nghiên cứu nano diệt khuẩn, nhiên, Trung Quốc thiên nghiên cứu sản xuất vật liệu nano tự làm với tỷ lệ 49%, Hàn Quốc thiên nghiên cứu ứng dụng nano diệt khuẩn ngành điện với tỷ lệ 33% Phụ lục 2: Các sản phẩm chiếu sáng sử dụng bóng LED LNT Với mục đích đưa kết nghiên cứu vào ứng dụng đời sống, nhóm nghiên cứu LED đặt mục tiêu thiết kế chế tạo hoàn chỉnh chủng loại sản phẩm chiếu sáng sử dụng bóng LED chế tạo (gồm dạng khác nhau): Đèn sạc điện xách tay: gồm dạng sản phẩm thiết kế phù hợp để sử dụng 24, 28 60 bóng LED chế tạo (các model: LNT-SLL01, LNT- SLL02 LNTSLL04) Đèn chiếu sáng tự động: gồm dạng sản phẩm thiết kế gắn trực tiếp lên tường lắp đặt giá đỡ để đặt bệ cao Đèn sử dụng 56 bóng LED chế tạo (model: LNT-LAL01) Đèn dài tiết kiệm lượng: thiết kế thay cho đèn huỳnh quang, sử dụng 108 bóng LED (model LNT-LLL01) -58- Hình 67: Đèn sạc điện xách tay sử dụng 24 28 bóng LED (model LNT-SLL01, LNT-SLL02) Hình 68: Đèn sạc điện xách tay sử dụng 60 bóng LED (model LNT-SLL04) Cục Sở hữu Trí tuệ cấp Bằng độc quyền số 13852 Giấy chứng nhận số 151008 cho sản phẩm chiếu sáng sử dụng bóng LED LNT Hình 69: Đèn chiếu sáng tự động LNT-LAL01: dạng gắn trực tiếp tường (hình trái) dạng lắp giá đỡ (hình phải) -59- TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Amélie Dusaigne, Diodes électroluminescentes blanches monolithiques, mémoire de thèse doctorat, Université de Nice-Sophia Antipolis [2] Zongyuan Liu, Sheng Liu, Kai Wang and Xiaobing Luo, Optical analysis of phosphor’s location for high-power light-emitting diodes, IEEE Transactions on device and materials reliability, Vol 9, No 1, March 2009 [3] N Narendran et al., Extracting phosphor-scattered photons to improve white LED efficiency, Phys Stat sol (a) 202, No 6, R60-R62 (2005) [4] Steven C Allen and Adrew J Steckl, A nearly ideal phosphor-converted white light-emitting diode, Applied physics letters 92, 143309 (2008) [5] Internet : http://tietkiemnangluong.com.vn/home/khoa-hoc-cong-nghe/ [6] Douglas Arthur Pinnow, Patent US 3691482 “Display system”, Bell Telephone Laboratories Incorporated, issued 1972 [7] Andrew Philips, Small companies fight for a foothold in white LEDs sector, LEDs Magazine October 2005 p15-17 [8] Yoshinori Shimizu, Kensho Sakano, Yasunobu Noguchi, Toshio Moriguchi, Patent US 5998925 "Light emitting device having a nitride compound semiconductor and a phosphor containing a garnet fluorescent materia.", Nichia Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha, issued Dec 7th 1999 [9] Yoshinori Shimizu, Kensho Sakano, Yasunobu Noguchi, Toshio Moriguchi, Patent US 6069440 "Light emitting device having a nitride compound semiconductor and a phosphor containing a garnet fluorescent material", Nichia Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha, issued May 30th 2000 [10] Mueller Gerd O, Mueller-Mach, Regina B, Patent 6417019 “Phosphor converted light emitting diode”, LumiLeds Lighting, U.S., LLC (San Jose, CA), issued July 9th 2002 [11] Ellens Andries, Jermann Frank, Patent WO0193342 A1 ”LED-based white-light emmiting lighting unit”, Osram Opto Semiconductors Gmbh, issued Dec 6th 2001 [12] Ellens Andries, Jermann Frank, Kummer Franz, Zwaschka Franz, Patent TW555832 “White Emitting Lighting Unit On Led Basis”, Osram Opto Semiconductors Gmbh, issued Jan 1st 2003 [13] Jin-Gao Wang, Patent US 2008/0067919A1 “Phosphor of white Led and manufacturing method of the same”, Jin-Gao Wang, Sep 19th 2007 [14] Zongyuan Liu, Sheng Liu, Kai Wang, Xiaobing Luo, Effects of Phosphor’s thickness and concentration on performance of White LEDs, International Conference on Electronic Packaging Technology & High Density Packaging (ICEPT-HDP 2008), pp.1 (2008) -60- [15] Laurent Massol, LEDs blanches: les différentes technologies, LED Engineering Development (www.led-development.fr) [16] Nguyen T.Tran & Frank G Shi, Simulation and experimental studies of phosphor concentration and thickness for phosphor-based white Light-Emitting-Diodes, Optoelectronics packaging and materials labs, University of California, IEEE Xplore 978-1-4224-1637-0 [17] Chang Sik Son, Ho Jung Chang, Kang Hyun Jeakal, Young Chol Chang, and Soo Wohn Lee, Dependence of yellow phosphor on optical and electrical properties of white diode chip, Materials Science Forum, Volumes 510 – 511, 106 – 109, March 2006 [18] Eric D.Jones, Light emitting diodes (LEDs) for General Illumination, Optoelectronic Industry Development Association, March 2001 [19] Steven C Allen and Andrew J Steckla, A nearly ideal phosphor-converted white light-emitting diode, Applied physics letters 92, 143309 (2008) [20] Nadarajah Narendran, Improved performance white LED, Fifth international conference on solid state lighting, proceedings of SPIE 5941, p.45-50 (2005) www.lrc.rpi.edu [21] Nguyen T.Tran & Frank G Shi, Simulation and experimental studies of phosphor concentration and thickness for phosphor-based white Light-Emitting-Diodes, Optoelectronics packaging and materials labs, University of California, IEEE Xplore 978-1-4224 -61- ... huỳnh quang bao gồm vật liệu nguyên tố phát huỳnh quang Vật liệu phổ biến garnets, có công thức hóa học Y3Al5O12 Cƣờng độ tƣơng đối Đỉnh phổ huỳnh phát quang chíp phát xanh dƣơng Đỉnh phổ huỳnh quang... (Y0,2Gd0,8)3Al5O12:Ce cho ánh sáng trắng với tọa độ màu x = 0,45 y = 0,42 Phổ huỳnh quang bột phốt pho, phổ phát quang chíp LED phổ phát quang LED trắng hiển thị Hình 35 a) -30- ... sáng trắng 1.2 Tiềm ứng dụng Led LED trắng quan tâm nghiên cứu ngày nhiều khía cạnh thay cho phương tiện chiếu sáng truyền thống đèn dây tóc, đèn huỳnh quang, đèn Neon, v.v… Lợi ích việc sử dụng