Nghiên cứu xây dựng quy trình đánh giá và đánh giá nhanh chất lượng led trắng dùng trong các thiết bị chiếu sáng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - PHẠM VŨ LỘC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH ĐÁNH GIÁ VÀ ĐÁNH GIÁ NHANH CHẤT LƯỢNG LED TRẮNG DÙNG TRONG CÁC THIẾT BỊ CHIẾU SÁNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật Chương trình: Khoa học cơng nghệ nano NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Đức Dũng Hà Nội – Năm 2017 Lời cảm ơn Lời cảm ơn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể lãnh đạo, giảng viên, nghiên cứu viên nghiên cứu sinh Viện tiên tiến khoa học công nghệ Viện đào tạo quốc tế khoa học vật liệu - Đại học Bách Khoa Hà Nội, có TS Đào Xn Việt, TS Ngơ Ngọc Hà, TS Đỗ Quang Trung, ln quan tâm động viên truyền thụ, hướng dẫn chu đáo kiến thức, kỹ cho việc học tập, nghiên cứu tơi Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới PGS TS Phạm Thành Huy, Viện trưởng Viện tiên tiến khoa học công nghệ - Đại học Bách Khoa Hà Nội, ln sát sao, tạo điều kiện hội quý báu q trình học tập, nghiên cứu tơi năm qua Đặc biệt, xin dành lời tri ân chân thành tới giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Đức Dũng, Trưởng phịng thí nghiệm hiển vi điện tử vi phân tích - Viện tiên tiến khoa học công nghệ - Đại học Bách Khoa Hà Nội, người ln đồng hành, quan tâm tận tình, dạy tận tâm cho suốt năm qua Luận văn nằm khuôn khổ đề tài khoa học công nghệ cấp bộ: “Nghiên cứu xây dựng quy trình đánh giá nhanh chất lượng điốt phát quang (LED)”, mã số B2013.01.61 Lời cảm ơn Mục lục Lời cảm ơn Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị Lời mở đầu Chương I Tổng quan I.1 Sơ lược chiếu sáng rắn I.2 Các đặc trưng quang học LED dùng chiếu sáng 10 I.3 Đặc trưng thời gian sống độ tin cậy LED 19 I.3.1 Dẫn nhập thời gian sống độ tin cậy 19 I.3.2 Hàm phân bố Weibull 22 Chương II Phương pháp thực nghiệm 26 II.1 Phương pháp đánh giá 26 II.2 Phương pháp đánh giá nhanh 29 Chương III III.1 Kết & thảo luận 31 Bộ tiêu chí quy trình đánh giá chất lượng WLED 31 III.1.1 Hiệu suất lượng 32 III.1.2 Nhiệt độ tương quan màu CCT 35 III.1.3 Hệ số trả màu CRI 36 III.1.4 Tọa độ màu 36 III.2 Hệ già hóa tăng cường 38 III.3 Mơ hình suy giảm quang thơng 42 III.3.1 Mơ hình lý thuyết 42 III.3.2 Kết thực nghiệm 46 III.3.3 Quy trình đánh giá 49 Kết luận 51 Phụ lục 52 Phụ lục 55 Tài liệu tham khảo 58 Công bố khoa học 61 Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt LED WLED CIE ANSI IESNA UL ISO MTBF MTTF CCT CRI Điốt phát quang Điốt phát ánh sáng trắng Ủy ban quốc tế chiếu sáng Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ Hội kỹ thuật chiếu sáng Bắc Mỹ Tập đoàn Underwriters Laboratories Tổ chức quốc tế chuẩn hóa Thời gian hư hỏng trung bình Thời gian hư hoại trung bình Nhiệt độ tương quan màu Hệ số trả màu Danh mục bảng Bảng Các thông số hoạt động đèn LED công nghệ chiếu sáng rắn từ 2002 dự đoán đến 2020 so sánh với công nghệ chiếu sáng khác [4] Giá tính theo giá thị trường, khoảng gần hai lần giá thành 32 Bảng Quy chuẩn quốc gia QCVN 09:2013/BXD hiệu suất phát sáng tối thiểu bóng đèn huỳnh quang [32] 34 Bảng Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 8249-2013 hiệu suất lượng cho bóng đèn huỳnh quang ống thẳng [35] 34 Bảng Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7896-2015 hiệu suất lượng cho bóng đèn huỳnh quang compact [36] 34 Bảng Tiêu chuẩn nhiệt độ tương quan màu kho ảng cách tới đường cong Planck theo [1] 35 Bảng Tọa độ màu chuẩn (tâm) tứ giác sai số theo [1] 36 Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình Cấu tạo WLED chế phát ánh sáng trắng [17] .8 Hình Phổ phát quang WLED sử dụng chip LED xanh GaN InGaN (có đỉnh 465nm) bột huỳnh quang Ce:YAG (trong khoảng 500-700nm) [20] .9 Hình Cấu tạo mắt người cấu tạo chi tiết võng mạc với tế bào cảm quang [21] 10 Hình Các chế độ nhìn mắt người tế bào điều tiết tương ứng [5] 10 Hình Độ nhạy tế bào que nón theo bước sóng ánh sáng [22] 11 Hình Hàm nhạy sáng mắt người 𝑉𝜆 theo chuẩn CIE [5] 12 Hình Hàm pha màu 𝑥𝜆, 𝑦𝜆, 𝑧𝜆 CIE 1931 1978 [5] 13 Hình Phân bố màu biểu đồ màu CIE 1931 13 Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình Các elip MacAdam biểu đồ màu 14 Hình 10 Biểu đồ màu CIE 1976 với elip MacAdam 15 Hình 11 Phổ ánh sáng vật đen tuyệt đối phát sáng với nhiệt độ khác 16 Hình 12 Đường cong Planck điểm chuẩn hóa 17 Hình 13 Các đường đẳng nhiệt biểu đồ màu x, y 17 Hình 14 Suất phản xạ màu chuẩn CIE để tính CRI [5] 18 Hình 15 Giá trị L70 công nhận rộng rãi thời gian sống LED [23] 19 Hình 16 Dự đoán thời gian sống LED [23] 20 Hình 17 Đường lòng máng tốc độ hư hỏng theo thời gian 21 Hình 18 Mơ hình Lịng máng (trên) mang tính thống kê tượng, mơ hình PoF (dưới) sâu vào ngun nhân mang tính chất vật lý gây hư hỏng [25] 21 Hình 19 Hàm phân phối tích lũy Weibull 23 Hình 20 Hàm mật độ xác suất Weibull 24 Hình 21 Hàm độ tin cậy Weibull 25 Hình 22 Hàm tốc độ hư hỏng Weibull 25 Hình 23 Sơ đồ hệ đo cầu tích phân, gồm khối khối nguồn cấp dịng cho LED, cầu tích phân cảm biến đo quang phổ khối xử lý thu thập tín hiệu.26 Hình 24 Sơ đồ nguyên lý cầu tích phân 27 Hình 25 Quả cầu tích phân GS-IS4 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 27 Hình 26 Cấu hình hệ đo đánh giá đánh giá nhanh WLED 30 Hình 27 Sơ đồ hệ đo trực tiếp quang thông WLED sử dụng photodiode 30 Hình 28 Hiệu suất lượng loại thiết bị chiếu sáng [33] 32 Hình 29 Hiệu suất lượng chip LED Samsung 34 Hình 30 Tứ giác sai số CCT = 3000 K 37 Hình 31 Các tứ giác sai số nhiệt độ tương quan màu theo [1] 38 Hình 32 Nguồn dịng sử dụng để cấp điện cho WLED buồng nhiệt 39 Hình 33 Thiết kế tổng thể hệ đo già hóa LED 39 Hình 34 Hệ đánh giá nhanh LED sau lắp đặt 40 Hình 35 Đo thử nghiệm quang thơng WLED đầu đo photodiode 41 Hình 36 Photodiode BPX 61 với sơ đồ mạch khuếch đại tín hiệu đo 41 Hình 37 Thiết bị Keithley 2602A 41 Hình 38 Suy giảm quang thơng theo thời gian dịng cấp khác LED Philips Luxeon K2 [40] 42 Hình 39 Suy giảm quang thơng theo thời gian nhiệt độ khác LED Philips Luxeon K2 [40] 42 Hình 40 Minh họa trình ngoại suy thời gian sống LED nhiệt độ phịng 45 Hình 41 Khớp hàm tuyến tính theo liệu Hình 39 [40] 46 Hình 42 Suy giảm quang thơng theo thời gian đo nhiệt độ 100 o C (373 K) 48 Hình 43 Độ thay đổi quang thông theo nhiệt độ 48 Lời mở đầu Lời mở đầu Công nghệ chiếu sáng rắn (Solid State Lighting) công nghệ đại, thu hút quan tâm tồn cầu Có thể nói cơng nghệ tương lai lĩnh vực chiếu sáng, thay cơng nghệ chiếu sáng truyền thống với hiệu suất vượt trội Trọng tâm công nghệ chiếu sáng rắn nghiên cứu phát triển điốt phát quang (Light Emitting Diode – LED), điốt phát ánh sáng trắng (WLED) Được phát minh bất ngờ từ năm 1907, phải từ sau thập kỷ 1960 kỷ trước, LED thực trở thành linh kiện đa dụng hứa hẹn cho công nghệ chiếu sáng ngày với ưu điểm nhỏ, bền, sáng, tin cậy hiệu suất cao, đóng vai trị then chốt cơng nghệ ngày Các thiết bị chiếu sáng sử dụng đèn LED xuất khắp nơi, đầu đọc đĩa CD DVD máy vi tính, phận truyền dẫn tín hiệu điều khiển từ xa, đèn tín hiệu giao thông… Việc nghiên cứu đưa tiêu chí cho LED quy trình cơng nghệ đánh giá LED nhu cầu nội địi hỏi thiết ngành cơng nghiệp thị trường thương mại sản phẩm LED Trên giới có số nước phát triển, tổ chức tiêu chuẩn quốc tế, hiệp hội lĩnh vực linh kiện điện tử chiếu sáng, công ty sản xuất sản phẩm LED nghiên cứu khoa học đưa tiêu chí, tiêu chuẩn liên quan tới LED [1, 2, 3, 4, 5] quy trình đo thử nghiệm, đánh giá LED [6, 7] Tuy nhiên, nhận xét sơ tiêu chuẩn quy trình dành cho số thơng số LED chưa thực hoàn thiện, đầy đủ Việc khảo sát, so sánh đánh giá tiêu chuẩn LED cần thiết Qua đó, bước đầu đề xuất thông số kỹ thuật dành cho LED dùng chiếu sáng rắn đặc trưng quang, nhiệt, điện, độ ổn định, thời gian sống…để loại bỏ sản phẩm chất lượng thị trường tùy theo thực tế hàng năm Đồng thời, xây dựng hệ đo đánh giá, có tính đến điều kiện kỹ thuật thực tế Việt Nam sai số cho phép công nghệ, với ý nghĩa thiết thực nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất tiêu dùng sản phẩm ngày tăng Cùng với đó, việc đánh giá thời gian sống, độ ổn định hiệu suất LED, việc nghiên cứu ảnh hưởng tác động yếu tố nhiệt, điện tới thông số Lời mở đầu đóng vai trị quan trọng Cơng việc đòi hỏi kỹ thuật đo đạc chuyên sâu tốn nhiều thời gian, công sức, xuất nhu cầu đánh giá nhanh thông số Một phương pháp phổ biến phương pháp già hóa tăng cường, tức cho LED hoạt động điều kiện cực đoan nhiệt độ môi trường hoạt động cao, dòng c ấp lớn so với chế độ hoạt động thơng thường để LED già hóa nhanh [8] Từ việc đánh giá đặc trưng suy giảm điều kiện cực đoan suy suy giảm điều kiện thường Hướng nghiên cứu quan tâm trình nghiên cứu, phát triển chưa có tiêu chuẩn cho quy trình đánh giá nhanh LED dựa phương pháp già hóa tăng cường Cụ thể, đối tượng nghiên cứu đề tài giới hạn WLED đơn có cơng suất từ 0,2 tới W Đề tài nghiên cứu mơ hình tốn cho qua trình già hóa LED tiến hành đo đạc thực nghiệm để xác minh, kiểm nghiệm thảo luận, cuối đưa quy trình để đánh giá nhanh thời gian sống LED áp dụng sản xuất Tổng quan Chương I I.1 Tổng quan Sơ lược chiếu sáng rắn Hiện tượng điện phát quang (electroluminescence – EL), tìm vào năm 1907 nhà khoa học người Anh Henry Joseph Round (1881 – 1966) phịng thí nghiệm Marconi, điện 10V đặt vào tinh thể silic cacbua (SiC) tạo ánh sáng vàng [9] Năm 1927, nhà phát minh Xô Viết Oleg Vladimirovich Losev (1903 – 1942) ghi nhận người chế tạo thành công đèn LED [10] Hàng thập kỷ trôi qua Rubin Braunstein công bố năm 1955 số điơt phát xạ hồng ngoại nối với dịng điện [11] Năm 1961, Gary Pittman Bob Biard phát GaAs phát xạ hồng ngoại nối với dòng điện, nhận sáng chế LED hồng ngoại sau [12] Nick Holonyak Jr phát triển đèn LED phát sáng đầu tiên, vùng màu đỏ, vào năm 1962 [13] Năm 1972, M George Craford, phát minh đèn LED vàng đèn LED đỏ phát sáng tốt Thomas P Pearsall phát triển LED phát sáng cao vào năm 1976 để sử dụng sợi quang cho viễn thông [14] Đèn LED xanh dương phát sáng mạnh phát minh Shuji Nakamura Tập đoàn Nichia vào năm 1994 dựa InGaN [15] Đồng thời, Isamu Akasaki Hiroshi Amano phát triển nhân GaN đế sapphire pha tạp loại p cho GaN [16] Nakamura, Akasaki Amano sau nhận giải Nobel Vật lý 2014 Việc nghiên cứu chế tạo thành cơng WLED sử dụng nguồn kích thích GaInN/GaN phát xạ tử ngoại cận tử ngoại kết hợp với vật liệu huỳnh quang ghi nhận lần vào năm 1996 sau tái khẳng định Nakamura Fasol vào năm 1997 [17, 18] Từ đến nay, LED đối tượng nghiên cứu thu hút nhiều quan tâm nhà khoa học lĩnh vực chiếu sáng rắn khả ứng dụng cao, đáp ứng nhu cầu ngày tăng thị trường Công nghệ chiếu sáng sử dụng LED có hiệu suất tốt từ đến 20 lần công nghệ truyền thống Khơng thế, cịn hứa hẹn giải nhiều vấn đề mang tính tồn cầu, giảm phát thải mơi trường khí CO2, SO2, thủy ngân…, hiệu ứng nóng lên tồn cầu, mưa axit… so với công nghệ trước Như vậy, công nghệ chiếu sáng rắn góp phần làm giảm tiêu thụ lượng, nâng cao hiệu kinh tế, giảm tác động tiêu cực tới Tổng quan môi trường Theo thống kê 10 năm trở lại đây, việc sử dụng LED trung bình tiết kiệm khoảng 11%, cụ thể 200 tỷ tỷ J tổng lượng, 70 tỷ tỷ J điện năng, 10,7 tỷ phát thải CO2 tỷ USD chi phí tài [19] Hình Cấu tạo WLED chế phát ánh sáng trắng [17] Cơ chế phát quang c LED tái hợp điện tử lỗ trống lớp tiếp xúc hai lớp bán dẫn loại n loại p có dịng điện chiều chạy qua, phát xạ điện từ có ánh sáng nhìn thấy, xạ hồng ngoại tử ngoại, gọi tượng điện phát quang LED gồm chip bán dẫn pha tạp để tạo thành lớp chuyển tiếp p-n Khi đặt điện áp thuận, điện tử từ lớp n sang lớp p lỗ trống lớp p di chuyển theo chiều ngược lại Chúng tái hợp phát quang với bước sóng ứng với lượng độ rộng vùng cấm chất bán dẫn Thông thường chip LED phát sáng đơn sắc Để tạo LED phát sáng trắng (White LED - WLED), người ta sử dụng số phương pháp, ví dụ dùng chip LED phát sáng màu xanh-tím tử ngoại gần, sau phủ lớp bột huỳnh quang (phosphor) phát vùng màu vàng-lục lên Bột huỳnh quang hấp thụ tia xanhtím hay tử ngoại chip LED phát màu vàng-lục, đồng thời có phần Tổng quan màu xanh-tím phát ngồi, cộng hai dải màu có phổ sáng trắng WLED trình bày Hình Hình Phổ phát quang WLED sử dụng chip LED xanh GaN InGaN (có đỉnh 465nm) bột huỳnh quang Ce:YAG (trong khoảng 500-700nm) [20] Các thông số LED cần xây dựng tiêu chí quy trình cơng nghệ đánh giá chia làm nhóm sau: a Các đặc trưng quang học: Cường độ sáng, quang thơng, độ chói, độ rọi, góc mở sáng, bước sóng trội, hiệu suất chiếu sáng, tọa độ màu, nhiệt độ tương quan màu, hệ số trả màu… b Các đặc trưng nhiệt học: Nhiệt độ lớp chuyển tiếp, nhiệt trở, hệ số nhiệt… c Các đặc trưng điện học: Đặc tuyến vôn-ampe, điện thuận nghịch, dịng điện thuận nghịch, cơng suất tiêu thụ… d Các đặc trưng thời gian sống e Tác động đặc trưng nhiệt, điện tới đặc trưng quang học, thời gian sống, độ ổn định hiệu suất Kết & thảo luận Hình 42 Suy giảm quang thông theo thời gian đo nhiệt độ 100 oC (373 K) Hình 43 Độ thay đổi quang thông theo nhiệt độ 48 Kết & thảo luận Từ đó, tính Ea kB ≈ 2200 ± 40, thay vào (7): 1 )] ≈ 51800 ± 3000(ℎ) 𝜏(𝑇=300𝐾) = 12330 × 𝑒𝑥𝑝 [2200 ( − 300 373 Thay vào (8): 2,54 𝐿 70 (𝑇=300𝐾) = 51800 × √𝑙𝑛 ( 0,7 ) ≈ 34500 ± 2000 (ℎ) Như thời gian sống LED nói cỡ 34500 Các giá trị phù hợp với công bố nhà sản xuất LED phù hợp với mơ hình sai hỏng đề Như vậy, cách đo suy giảm quang thông LED theo thời gian nhiệt độ môi trường cao (cỡ 100 ° C) thời gian cỡ 4000 h (kho ảng nửa năm) đo phụ thuộc quang thông theo nhiệt độ (phép đo thực vịng cỡ 4h), từ ước lượng giá trị thời gian sống LED nhiệt độ phòng (cỡ 20000 – 50000h) Bằng phương pháp già hóa tăng cường, đánh giá nhanh thời gian sống LED (cỡ vài năm) sau kho ảng thời gian đo cỡ – tháng Sai số mắc phải ước lượng cỡ 20% III.3.3 Quy trình đánh giá Từ thực nghiệm nêu trên, đề xuất quy trình đánh giá nhanh thời gian sống WLED sau: - Đặt dòng danh định nhiệt độ T0 (50 oC-150 o C lớn nhiệt độ phịng) Kiểm tra tín hiệu đo ổn định 0,1% Để ổn định tối thiểu 200h Đo quang thông Φ0 - Đo quang thông theo nhiệt độ giảm K, lần ổn định tối thiểu 15 phút trước đo, tiếp tục gần nhiệt độ phòng Thu đường Φ1 (𝑇) - Quay lại nhiệt độ T0 , đo quang thơng theo thời gian từ thời điểm đến 4000h, lần cách tối đa 10h Thu đường Φ2 (𝑡) - Tại thời điểm t0 , đo quang thông theo nhiệt độ giảm K, lần ổn định tối thiểu 15 phút trước đo, tiếp tục gần nhiệt độ phòng Thu đường Φ3 (𝑇) - Khớp hàm tuyến tính điểm liệu (𝑙𝑛𝑡; ln [ln ( Φ0 Φ2 (t) )]) k0 τ0 theo: 49 Kết & thảo luận 𝑙𝑛 [𝑙𝑛 ( - 𝛷0 𝛷 )] = 𝑘0 𝑙𝑛(𝑡) − 𝑘0 𝑙𝑛 (𝜏0 ) Φ1 (T) T Φ3 (T) Khớp hàm tuyến tính điểm liệu ( ; ln [ln ( )]) tính 𝐸𝑎 𝑘𝐵 theo Φ0 (𝑇) 𝑘0 𝐸𝑎 )] = 𝑘0 ln𝑡0 + 𝑘0 ln 𝐴 − 𝑙𝑛 [𝑙𝑛 ( Φ(𝑇) 𝑘𝐵 𝑇 - Tính 𝜏(𝑇𝑟𝑜𝑜𝑚 ) theo: 𝜏 (𝑇) = 𝜏0 𝑒𝑥𝑝 [ - 𝐸𝑎 1 ( − )] 𝑘𝐵 𝑇 𝑇0 Tính 𝐿 70 (𝑇𝑟𝑜𝑜𝑚 ) theo: 𝑘0 𝐿 70 = 𝜏 √𝑙𝑛 ( 0,7 ) 50 Kết luận Kết luận Các tài liệu liên quan tới tiêu chuẩn phương pháp đánh giá khuyến nghị phê duyệt tổ chức tiêu chuẩn chất lượng có uy tín, quốc gia phát triển, nhà sản xuất LED lớn giới tổng hợp, phân tích đồng hóa với điều kiện nước Trên sở đó, tiêu chí kỹ thuật quy trình cơng nghệ để đánh giá LED phù hợp với thực tiễn sản xuất Việt Nam đề xuất (xem Phụ lục 1) Bên cạnh việc xây dựng mơ quy trình để mơ tả, hướng tới đánh giá nhanh thời gian sống WLED Phương pháp già hóa tăng cường sử dụng, tức tiến hành đo suy giảm quang thông WLED hoạt động điều kiện cực đoan (nhiệt độ cao, dòng điện lớn) Để thực yêu cầu đó, hệ già hóa tăng cường bao gồm nguồn dòng, buồng nhiệt, hệ thống dẫn quang, cảm biến thiết bị đo xây dựng để nghiên cứu q trình giá hóa, ảnh hưởng nhiệt độ lên thời gian sống WLED Qua đó, mơ hình lý thuyết theo hàm xác suất Weibull phụ thuộc quang thông vào thời gian nhiệt độ đưa Các kết thực nghiệm cho thấy WLED suy giảm quang thơng theo hệ số hình dạng k > Từ đó, quy trình cơng nghệ đánh giá nhanh thời gian sống WLED đề xuất (xem Phụ lục 2) Mơ hình già hóa tăng cường chủ yếu dựa tính thống kê, cần thêm nhiều số liệu đo thử nghiệm để tăng tính thuyết phục mơ hình (tuy nhiên thời gian đo dài) Cần nghiên cứu chi tiết chất thơng số ảnh hưởng tới q trình già hóa dựa mơ hình vật lý, nhiên cơng việc chứa đựng nhiều khó khăn, thách thức 51 Phụ lục Phụ lục Tiêu chí kỹ thuật cho chip WLED dùng chiếu sáng dân dụng Phạm vi áp dụng Bộ tiêu chí yêu cầu thơng số kỹ thuật chip WLED có công suất từ 0,2 tới W dùng thiết bị chiếu sáng dân dụng Tài liệu viện dẫn TCVN 7896:2015, Bóng đèn huỳnh quang compact - Hiệu suất lượng TCVN 8249:2013, Bóng đèn huỳnh quang ống thẳng - Hiệu suất lượng TCVN 9894:2013 (IEC/TS 62504:2011), Chiếu sáng thông dụng - LED mô đun LED - Thuật ngữ định nghĩa TCVN 10485:2015 (IEC 62717:2014), Môđun LED dùng cho chiếu sáng thông dụng – Yêu cầu tính TCVN 10885-1:2015 (IEC 62722-1:2014), Tính đèn điện Phần 1: Yêu cầu chung TCVN 10885-2-1:2015 (IEC 62722-2-1:2014), Tính đèn điện Phần 2-1: Yêu cầu cụ thể đèn điện LED Thuật ngữ định nghĩa Tiêu chuẩn sử dụng thuật ngữ định nghĩa trong, TCVN 9894 (IEC/TS 62504), 10485:2015 (IEC 62717:2014) thuật ngữ định nghĩa sau: 3.1 WLED đơn Chip LED phát ánh sáng trắng 3.2 Nhiệt độ tương quan màu (CCT) danh định Nhiệt độ tương quan màu làm tròn trăm gần với giá trị mục tiêu 3.3 Nhiệt độ tương quan màu (CCT) mục tiêu Nhiệt độ tương quan màu mà sản phẩm thiết kế để đạt tới Nhiệt độ tương quan màu thực tế sản phẩm khác biến động sản xuất, kiểm soát sai số chế tạo quanh giá trị mục tiêu 3.4 Khoảng cách màu (Duv) 52 Phụ lục Khoảng cách đại số ngắn điểm biểu đồ (u’, 2/3 v’) tới đường cong Planck 3.5 Thời gian sống danh định Thời gian WLED trì quang thơng 70% Yêu cầu kỹ thuật 4.1 Điều kiện thử nghiệm WLED hoạt động theo công suất danh định, nhiệt độ môi trường Ta = 25 oC 4.2 Nhiệt độ môi trường hoạt động Ta Nhiệt độ môi trường hoạt động WLED tối thiểu khơng cao 0oC ối đa không thấp 80 oC 4.3 Nhiệt độ tương quan màu khoảng cách màu Nhiệt độ tương quan màu WLED phải nằm khoảng 2200 K – 6500 K nhận giá trị danh định tương ứng với nhiệt độ tương quan màu mục tiêu sản xuất CCT danh định (K) 2200 2500 2700 3000 3500 4000 4500 5000 5700 6500 Khác (2200 – 6500) 4.4 CCT mục tiêu (K) 2238 ± 102 2460 ± 120 2725 ± 145 3045 ± 175 3465 ± 245 3985 ± 275 4503 ± 243 5029 ± 283 5667 ± 355 6532 ± 510 TF ± ΔT(*) Duv mục tiêu 0,0000 0,0000 0,0000 0,0001 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0031 Duv (TF) Sai số Duv CCT < 2870 K: 0,000 ± 0,0060 CCT ≥ 2870 K: Duv (T) ± 0,0060 với Duv (T) = 57700 × T -2 – 44,6 × T -1 + 0,00854 Hệ số trả màu Hệ số trả màu tối thiểu 80 với WLED dùng chiếu sáng dân dụng, theo TCVN 7114-1: 2008 4.5 Tọa độ màu Tọa độ màu WLED phải nằm hình tứ giác sai số cho bảng sau, ứng với nhiệt độ tương quan màu: 53 Phụ lục CCT 2200 K 2500 K 2700 K 3000 K 3500 K 4000 K 4500 K 5000 K 5700 K 6500 K 4.6 x y x y x y x y x y x y x y x y x y x y Tâm 0,5018 0,4153 0,4806 0,4141 0,4578 0,4101 0,4339 0,4033 0,4078 0,3930 0,3818 0,3797 0,3613 0,3670 0,3446 0,3551 0,3287 0,3425 0,3123 0,3283 Tọa độ tứ giác sai số (x,y) Đỉnh A Đỉnh B Đỉnh C 0,5259 0,5045 0,4799 0,4342 0,4344 0,3967 0,5045 0,4813 0,4593 0,4344 0,4319 0,3944 0,4813 0,4562 0,4373 0,4319 0,4260 0,3893 0,4562 0,4303 0,4150 0,4260 0,4173 0,3821 0,4303 0,4003 0,3895 0,4173 0,4035 0,3709 0,4003 0,3737 0,3671 0,4035 0,3880 0,3583 0,3737 0,3550 0,3514 0,3882 0,3754 0,3482 0,3550 0,3375 0,3366 0,3753 0,3619 0,3373 0,3375 0,3205 0,3221 0,3619 0,3476 0,3256 0,3205 0,3026 0,3067 0,3477 0,3311 0,3119 Đỉnh D 0,4993 0,3967 0,4799 0,3967 0,4593 0,3944 0,4373 0,3893 0,4150 0,3821 0,3895 0,3709 0,3672 0,3585 0,3514 0,3481 0,3366 0,3374 0,3221 0,3255 Hiệu suất lượng Hiệu suất lượng (lm/W) WLED quy định sau: Hệ số trả màu tối thiểu 70 - 80 90 ≤ 2700 K ≥ 100 (lm/W) ≥ 90 (lm/W) Vùng nhiệt độ màu CCT 3000 K – 4500 K 5000 K – 6500 K ≥ 105 (lm/W) ≥ 110 (lm/W) ≥ 95 (lm/W) ≥ 100 (lm/W) 54 Phụ lục Phụ lục Quy trình đánh giá đánh giá nhanh WLED dùng cho chiếu sáng dân dụng Phạm vi áp dụng Bộ tiêu chí yêu c ầu phương pháp điều kiện thử nghiệm cho WLED nhằm chứng tỏ phù hợp với Phụ lục Bộ tiêu chí áp dụng cho đèn điện WLED dùng cho chiếu sáng dân dụng Tài liệu viện dẫn TCVN 9894:2013 (IEC/TS 62504:2011), Chiếu sáng thông dụng - LED mô đun LED - Thuật ngữ định nghĩa TCVN 10485:2015 (IEC 62717:2014), Môđun LED dùng cho chiếu sáng thơng dụng – u cầu tính TCVN 10885-1:2015 (IEC 62722-1:2014), Tính đèn điện Phần 1: Yêu cầu chung TCVN 10885-2-1:2015 (IEC 62722-2-1:2014), Tính đèn điện Phần 2-1: Yêu cầu cụ thể đèn điện LED Thuật ngữ định nghĩa Tiêu chuẩn sử dụng thuật ngữ định nghĩa trong, TCVN 9894 (IEC/TS 62504), 10485:2015 (IEC 62717:2014) thuật ngữ định nghĩa sau: 3.1 Độ ổn định Độ biến đổi đại lượng quanh giá trị gốc thời gian tương đối dài 3.2 Độ trôi Độ biến đổi giá trị gốc đại lượng thời gian tương đối dài Điều kiện thử nghiệm 4.1 Xác định thông số kỹ thuật đèn WLED 4.1.1 Dụng cụ: cầu tích phân 4.1.2 Yêu cầu: - Số mẫu: tối thiểu 05 WLED cho sản phẩm - Số lần đo: tối thiểu 05 lần 55 Phụ lục 4.2 Sai số tương đối: không 5% Xác định thời gian sống: 4.2.1 Dụng cụ: Hệ đánh giá nhanh 4.2.2 Yêu cầu: - Nguồn dòng:  Cường độ dịng: tối đa khơng 03 lần dịng danh định  Độ ổn định dịng: biến thiên khơng q 01%/tháng  Cơng suất: tối đa khơng 05 lần công suất danh định - Buồng nhiệt:  Cách quang, cách nhiệt  Có đối lưu cưỡng  Chênh lệch nhiệt độ trong: không 02 oC  Độ ổn định nhiệt độ: biến thiên không 0,5 oC  Độ trôi nhiệt độ: không 02 oC/tháng  Có thể hiệu chỉnh tự động tay - Cảm biến:  Thất quang thơng dẫn quang: 10%  Độ nhạy: tuyến tính vùng quang thơng 4.2.3 Quy trình: - Đặt dịng danh định nhiệt độ T0 (50 oC-150 o C lớn nhiệt độ phịng) Kiểm tra tín hiệu đo ổn định 0,1% Để ổn định tối thiểu 200h Đo quang thông Φ0 - Đo quang thông theo nhiệt độ giảm K, lần ổn định tối thiểu 15 phút trước đo, tiếp tục gần nhiệt độ phòng Thu đường Φ1 (𝑇) - Quay lại nhiệt độ T0 , đo quang thông theo thời gian từ thời điểm đến 4000h, lần cách tối đa 10h Thu đường Φ2 (𝑡) - Tại thời điểm t0 , đo quang thông theo nhiệt độ giảm K, lần ổn định tối thiểu 15 phút trước đo, tiếp tục gần nhiệt độ phòng Thu đường Φ3 (𝑇) - Khớp hàm tuyến tính điểm liệu (𝑙𝑛𝑡; ln [ln ( Φ0 Φ2 (t) )]) k0 τ0 theo: 56 Phụ lục 𝑙𝑛 [𝑙𝑛 ( - 𝛷0 𝛷 )] = 𝑘0 𝑙𝑛(𝑡) − 𝑘0 𝑙𝑛 (𝜏0 ) Φ1 (T) T Φ3 (T) Khớp hàm tuyến tính điểm liệu ( ; ln [ln ( )]) tính 𝐸𝑎 𝑘𝐵 theo Φ0 (𝑇) 𝑘0 𝐸𝑎 )] = 𝑘0 ln𝑡0 + 𝑘0 ln 𝐴 − 𝑙𝑛 [𝑙𝑛 ( Φ(𝑇) 𝑘𝐵 𝑇 - Tính 𝜏(𝑇𝑟𝑜𝑜𝑚 ) theo: 𝜏 (𝑇) = 𝜏0 𝑒𝑥𝑝 [ - 𝐸𝑎 1 ( − )] 𝑘𝐵 𝑇 𝑇0 Tính 𝐿 70 (𝑇𝑟𝑜𝑜𝑚 ) theo: 𝑘0 𝐿 70 = 𝜏 √𝑙𝑛 ( 0,7 ) 57 Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo [1] ANSI C78.377-2015: Specifications for the Chromaticity of Solid State Lighting Products, 2015 [2] ANSI C82.77-2002: Harmonic Emission Limits - Related Power Quality Requirements for Lighting Equipment, 2002 [3] CIE 177:2007: Colour Rendering of White LED Light Sources, 2007 [4] IESNA TM-16-05: Technical Memorandum on Light Emitting Diode (LED) Sources and Systems, New York, Mỹ: IES, 2005 [5] F E Schubert, Light-Emitting Diodes (2nd edition), Cambridge University Press, 2006 [6] CIE 127:2007: Measurement of LEDs, 2007 [7] LM-79-08: Electrical and Photometric Measurements of Solid-State Lighting Products, New York, Mỹ: IES, 2008 [9] H J Round, "A note on carborundum," Electrical World, no 19, p 309, 1907 [10] O V Losev, "Luminous carborundum detector and detection with crystals," Telegrafiya i Telefoniya bez Provodov, no 44, pp 485-494, 1927 [11] R Braunstein, "Radiative Transitions in Semiconductors," Physical Review, vol 99, no 6, p 1892–1893, 1955 [12] G E Pittman and J R Biard, "Semiconductor radiant diode" United States of America Patent 3293513, 20 December 1966 [13] N Holonyak and S F Bevacqua, "Coherent (Visible) Light Emission from Ga(As1−x Px) Junctions," Applied Physics Letters, vol 1, no 4, p 82, 1962 [14] T P Pearsall, B I Miller, R J Capik and K J Bachmann, "Efficient, Lattice matched, Double Heterostructure LEDs at 1.1 mm from GaxIn1-xAsyP1-y by Liquid-phase Epitaxy," Appl Phys Lett., vol 28 , no 9, p 499, 1976 [15] S Nakamura, T Mukai and M Senoh, " Candela-Class High-Brightness InGaN/AlGaN Double-Heterostructure Blue-Light-Emitting-Diodes," Appl Phys Lett , vol 64 , no 13, p 1687, 1994 [16] I Akasaki, H Amano, S Sota, H Sakai, T Tanaka and M Koike, "Stimulated 58 Tài liệu tham khảo Emission by Current Injection from an AlGaN/GaN/GaInN Quantum Well Device," Japanese Journal of Applied Physics, vol 34, no 2-11B, pp 1517-1519, 1995 [17] S Nakamura, S Pearton and G Fasol, The Blue Laser Diode, Berlin: Springer, 1997 [18] N Zheludev, " The life and times of the LED: a 100-year history," Nature Photonics, vol 1, no 4, pp 189-192, 2007 [19] F E Schubert, J K Kim, H Luo and J.-Q Xi, "Solid-state lighting—a benevolent technology, " Reports on Progress in Physics, vol 69, no 12, p 3069, 2006 [20] "Wikipedia," September 2006 https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode [Online] Available: [21] Encyclopædia Britannica, Chicago: Encyclopædia Britannica, Inc., 1994 [22] J E Dowling, The Retina: An Approachable Part of the Brain, Massachusetts: Harvard University Press, 1987 [23] LM-80-08: Measuring Lumen Maintenance of LED Light Sources, New York, Mỹ: IES, 2008 [24] N Narendran , L Deng, R Pysar, Y Gu and H Yu, "Performance characteristics of highpower light-emitting diodes," vol 5187, pp 267-275, 2004 [25] v W.D and F Xuejun, "Chapter 3: Failure Mechanisms and Reliability Issues in LEDs," in Solid State Lighting Reliability - Components to Systems, Springer, 2013, pp 57-58 [26] W Weibull, "A statistical distribution function of wide applicability," Journal of applied mechanics, pp 294-297, 1951 [27] D Kececioglu, Reliability & Life Testing Handbook, Pennsylvania : DEStech Publications, Inc., 2002 [28] L Yuanchau, C Ching Wei, C Chie-Bein and C Chao-Chun, "White-Light LED Lighting Technology Life Cycle Forecasting and Its National and Company-Wide Competitiveness," in International (Spring) Conference on Asia Pacific Business Innovation & Technology Management, Dalian, 2011 [29] T P Ryan, "Chapter 14: Reliability Analysis and Life Testing," in Modern Engineering Statistics, John Wiley & Sons, Inc., 2007, pp 460-486 59 Tài liệu tham khảo [30] UL 8750: Light Emitting Diode (LED) Equipment for Use in Lighting Products, ANSI, 2009 [31] ISO 19009:2015: Small craft — Electric navigation lights — Performance of LED lights, ISO, 2015 [32] QCVN 09:2013/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cơng trình xây dựng sử dụng lượng hiệu quả, 2013 [33] "Solid-state lighting research and development: Multi-Year Program Plan," U.S Department of Energy, 2013, p 10 [34] H Roland and T Y Jeffrey , "Solid-state lighting: ‘The case’ 10 years after and future prospects," physica status solidi (a), vol 208, no 1, pp 17-29, 2010 [35] TCVN 8249-2013: Bóng đèn huỳnh quang ống thẳng - Hiệu suất lượng, Hà Nội, 2013 [36] TCVN 7896-2015: Bóng đèn huỳnh quang compact - Hiệu suất lượng, Hà Nội, 2015 [37] TCVN 7114-1-2008: Ecgônômi - chiếu sáng nơi làm việc - phần 1: nhà, Hà Nội, 2008 [38] CIE 13.3-1995: Method of Measuring and Specifying Colour Rendering Properties of Light Sources, 1995 [39] ANSI C78.376-2014: Specifications for the Chromaticity of Fluorescent Lamps, 2014 [40] "Technology White Paper: Understanding power LED lifetime analysis," Philips Lighting [41] TM-21-11: Projecting Long Term Lumen Maintenance of LED Light Sources, New York, Mỹ: IES, 2011 60 Công bố khoa học Công bố khoa học Cơng bố hội nghị: Nguyễn Đức Dũng, Vũ Dỗn Miên, Tr ần Quốc Tiến, Phạm Vũ Lộc Nghiên cứu số phương pháp đo nhiệt độ lớp chuyển tiếp Đi-ốt phát quang (LED) hướng tới việc đánh giá đánh giá nhanh chất lượng LED Hội thảo khoa học & cơng nghệ chiếu sáng tồn quốc lần thứ X, Quảng Bình (03/2015) Phạm Vũ Lộc, Phạm Thế Kiên, Cao Thái Sơn, Nguyễn Đức Dũng Đề xuất tiêu chí kỹ thuật cho đánh giá đèn LED trắng dùng công nghệ chiếu sáng rắn Hội nghị Khoa học kỹ thuật đo lường toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội (05/2015) Nguyễn Đức Dũng, Phạm Vũ Lộc, Phạm Thế Kiên, Cao Thái Sơn, Trần Quốc Tiến, Vũ Doãn Miên Quy trình cơng nghệ đánh giá đặc trưng đèn LED trắng dùng chiếu sáng rắn bước đầu đánh giá nhanh độ tin cậy tuổi thọ chúng phương pháp già hoá tăng cường Hội nghị Khoa học kỹ thuật đo lường toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội (05/2015) Pham Vu Loc, Nguyen Duc Dung, Dao Xuan Viet Accelerated aging tests for white light emitting diode 3rd International conference on advanced materials and nanotechnology (ICAMN), Hanoi, Vietnam (10/2016) Công bố hội nghị khác: Nguyễn Đức Dũng, Phạm Vũ Lộc, Cao Thái Sơn, Nguyễn Tư, Phạm Thành Huy Ảnh hưởng pha tạp carbon lên tính chất huỳnh quang màng mỏng ZnO chế tạo phương pháp quay phủ Hội nghị vật lý chất rắn khoa học vật liệu toàn quốc (SPMS) Thái Nguyên (11/2013) Nguyễn Đức Dũng, Phạm Vũ Lộc, Cao Thái Sơn, Nguyễn Tư, Phạm Thành Huy Ảnh hưởng lớp nano lên tính chất huỳnh quang nanobelt ZnO chế tạo phương pháp hơi-lỏng-rắn Hội nghị vật lý chất rắn khoa học vật liệu toàn quốc (SPMS) Thái Nguyên (11/2013) Pham Vu Loc, Cao Thai Son, Pham The Kien, Le Thanh Cong, Nguyen Duc Dung, Nguyen Truong Giang, Ngo Ngoc Ha Optical properties of diluted magnetic semiconductor C-doped ZnO thin film International symposium on Nano-Materials, Technology, and Applications (NanoMATA), Hanoi, Vietnam (2014) 61 Công bố khoa học Cao Thai Son, Pham Vu Loc, Nguyen Duc Dung, Nguyen Huu Cuong, Pham The Kien Magnetic properties of Carbon-doped ZnO nanocrystal nd International conference on advanced materials and nanotechnology (ICAMN), Hanoi, Vietnam (10/2014) Cao Thai Son, Pham Vu Loc Current situation an future trend on energy supply and demand by thermal and nuclear power plants in Vietnam st International conference on advanced high-temperature materials technology for sustainable and reliable power engineering (123HiMAT), Sapporo, Japan (07/2015) Công bố tạp chí quốc tế: Nguyen Duc Dung, Cao Thai Son, Pham Vu Loc, Nguyen Huu Cuong, Pham The Kien, Pham Thanh Huy, Ngo Ngoc Ha Magnetic properties of sol-gel synthesized Cdoped ZnO nanoparticles Journal of Alloys and Compounds (2016) 668, 87-90 62 ... tiêu chuẩn chất lượng tiến hành xây dựng bước tiêu chí tiêu chuẩn, tiến tới xây dựng hồn thiện tiêu chuẩn cho LED trắng sử dụng thiết bị chiếu sáng dân dụng xây dựng quy trình đánh giá chuẩn,... tiêu chí quy trình đánh giá chất lượng WLED Trên giới Việt Nam, đến chưa có tiêu chuẩn đầy đủ cho LED trắng sử dụng thiết bị chiếu sáng dân dụng Hiện giờ, nhiều tổ chức quốc tế chiếu sáng, tiêu... pháp đánh giá 26 II.2 Phương pháp đánh giá nhanh 29 Chương III III.1 Kết & thảo luận 31 Bộ tiêu chí quy trình đánh giá chất lượng WLED 31 III.1.1 Hiệu suất lượng