Khảo sát quang phổ các loại LED hướng đến một số ứng dụng phổ biến

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA  TRẦN VĂN TIẾN KHẢO SÁT QUANG PHỔ CÁC LOẠI LED HƢỚNG ĐẾN MỘT SỐ ỨNG DỤNG PHỔ BIẾN Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH – THÁNG NĂM 2011 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS HUỲNH QUANG LINH Cán chấm nhận xét : PGS TS TRẦN MINH THÁI Cán chấm nhận xét : TS TRƢƠNG QUANG ĐĂNG KHOA Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 27 tháng 01 năm 2011 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: TS Cẩn Văn Bé (Chủ tịch HĐ) TS Lý Anh Tú (Thư ký) PGS TS Trần Minh Thái TS Huỳnh Quang Linh TS Trương Quang Đăng Khoa Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Tp HCM, ngày tháng năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN VĂN TIẾN Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 26/05/1985 Nơi sinh: TP Đà Lạt Chuyên ngành: Vật lý kĩ thuật Mã ngành: 604417 MSHV: 09120625 Khóa: 2009 I- TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT QUANG PHỔ CÁC LOẠI LED HƯỚNG ĐẾN MỘT SỐ ỨNG DỤNG PHỔ BIẾN II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Hoàn chỉnh lý thuyết tổng quan vấn đề liên quan trực tiếp đến đề tài: LED chiếu sáng, tương tác ánh sáng LED lên thể sinh vật - Thiết kế chế tạo mạch cấp nguồn DC chiều phục vụ mục đích khảo sát phổ loại LED - Hiệu chỉnh máy đơn sắc monochromator MS257 - Khảo sát phổ phát quang số loại LED thị trường đặc tính kỹ thuật khác - Đưa số kết luận hướng phát triển III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS HUỲNH QUANG LINH CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Để hồn thành chương trình cao học viết luận văn này, em nhận hướng dẩn, giúp đỡ đóng góp ý kiến nhiệt tình q thầy Khoa Khoa học Ứng dụng trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh Phịng Thí nghiệm Quốc gia điều khiển số kỹ thuật hệ thống Trước hết, em xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô Khoa Khoa học Ứng dụng, đặc biệt thầy cô môn Vật lý kỹ thuật y sinh tận tình dạy bảo em suốt thời gian học tập trường Em xin dành lời cảm ơn sâu sắc đến TS Huỳnh Quang Linh dành nhiều thời gian, hướng dẫn em hoàn thành luận văn Đồng thời em xin chân thành cảm ơm PGS TS Thái Thị Thu Hà Lãnh đạo phịng thí nghiệm quốc gia điều khiển số kỹ thuật hệ thống tạo điều kiện cho em tiến hành thí nghiệm thời gian em thực hện luận văn Cuối cùng, em xin cảm ơn ThS Đậu Sĩ Hiếu thành viên phịng thí nghiệm quốc gia điều khiển số kỹ thuật hệ thống nhiệt tình giúp đỡ hỗ trợ tơi q trình khảo sát thực thí nghiệm để tìm kết tối ưu Mặc dù có nhiều cố gắng q trình hồn thiện luận văn, nhiên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đóng góp q báu từ q thầy bạn Trân trọng cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2011 Trần Văn Tiến TĨM TẮT Cơng nghệ LED (Light emitting diode – diode phát quang) có bước tiến triển mạnh mẽ thời gian gần Các hệ LED đời với nhiều ưu điểm vượt trội thời gian thắp sáng cao, tiết kiệm điện, giá thành rẻ, nguyên vật liệu không gây ô nhiễm môi trường ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực dân dụng, khoa học, công nghiệp, y sinh, giải trí Tuy nhiên phần lớn LED thị trường thường có thơng tin kỹ thuật giới hạn khơng có thơng tin tính chất vật lý, đặc biệt thơng tin phổ bước sóng tồn dãi từ hồng ngoại đến cực tím Nhiều nghiên cứu cho thấy số bước sóng xác định gây ảnh hưởng tích cực tiêu cực lên sức khỏe cộng đồng Mặt khác thay đổi dịng kích làm thay đổi tính chất phát quang phổ bước sóng LED Xuất phát từ nhu cầu cần thiết áp dụng thực tiễn luận văn khảo sát giới thiệu tổng quan đặc điểm kỹ thuật loại LED phổ biến thị trường nước nhằm hướng đến khả sử dụng hợp lý hiệu ứng dụng chiếu sáng, công nghiệp y sinh ABTRACT LED technology has developed considerably in recent years There are many advantages of new kinds of LED such as lifetime increasing, energy saving and nonpollution material In addition, they can be widely applied in various civil, scientific, industrial, biomedical or entertainment fields However, most contemporary LEDs have limited information or no information about physical characteristics, especially information about entire wavelength spectrum from IR to UV areas The effects of certain LED wavelengths on the public health can be positive or negative Further the variation of stimulating current may cause the changes on the LED spectrum Due to the necessary of practical applications the thesis introduces an overview of physical characteristics of popular LEDs in domestic market in order to give some advices for reasonable and effective usability in lighting, biomedical or industrial applications MỤC LỤC Chương Mở đầu Chương Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài 2.1 Tình hình phát triển sử dụng thiết bị chiếu sáng nước .4 2.2 Một số nghiên cứu ứng dụng LED nông nghiệp 10 2.3 Tổng quan ứng dụng LED đời sống đại 14 Chương Cơ sở lý thuyết 15 3.1 Diode phát quang (LED) 15 3.2 Sơ lược máy đơn sắc Monochromator MS 257 28 3.3 Mắt thành phần tiếp nhận ánh sáng 33 Chương Đo lường, khảo sát phổ phát quang đặc tính LED 40 4.1 Ánh sáng đơn vị đo lường .40 4.2 Hiệu chỉnh máy đơn sắc Monochoromator Ms 257 44 4.3 Bố trí mơ hình đo phổ phát quang LED số hệ số khác 50 Chương Kết Đánh giá 54 Chương Kết luận 86 Tài liệu tham khảo 88 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH CHƢƠNG MỞ ĐẦU LED (Light Emitting Diode) có nghĩa diode phát quang, diode có khả phát tia sáng vùng khả kiến, hồng ngoại tử ngoại Đèn LED xuất từ thập niên 60, cho số ánh sáng đỏ, xanh vàng, cường độ sáng thấp, nên hướng ứng dụng thực tế hạn hẹp Đến năm 1990 với bước đột phá khoa học- kỹ thuật đặc biệt lĩnh vực bán dẩn màng mỏng đèn LED hoàn hảo với nhiều cải tiến vượt trội Việc kết hợp ánh sáng đỏ xanh thành ánh sáng trắng mở lĩnh vực công nghệ ánh sáng LED với nhiều ưu điểm bật như:  Hiệu suất phát sáng lớn Đèn LED phát ánh sáng nhiều cho watt so với bóng đèn sợi đốt  Đèn LED có bước sóng đa dạng từ vùng tử ngoại, khả kiến đến hồng ngoại  Kích thước nhỏ gọn  Hiệu ứng nhiệt thấp Khác hẳn với hầu hết nguồn sáng, đèn LED tỏa nhiệt vùng IR  Tuổi thọ đèn LED tương đối dài Một báo cáo ước tính cho biết, đèn LED thắp sáng liên tục đến 35.000 đến 50.000 giờ, phụ thuộc vào điều kiện thực tế Trong đèn huỳnh quang thơng thường có tuổi thọ khoảng 10.000 đến 15.000 bóng đèn sợi đốt – 1.000 - 2.000  Độ bền: đèn LED nhỏ cứng so với đèn huỳnh quang đèn sợi đơt, nên bền vững với tác động lực bên  Độ an toàn cao Đèn LED, khác với đèn huỳnh quang, không chứa thủy ngân, nên không gây tác hại cho người Từ ưu điểm đó, LED ngày ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực sống Đối với lĩnh vực chiếu sáng việc loại bỏ đèn sợi đốt loại hình chiếu sáng truyền thống khác thay công nghệ chiếu sáng LED hướng phát triển toàn giới Các thống kê từ quan lượng quốc tế điện chiếu sáng chiếm khoảng 25 % lượng điện tiêu thụ Việc tiến đến ứng dụng LED chiếu sáng góp phần tích cực giảm điện tiêu thụ toàn cầu, đặc biệt nước ta Bên HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH cạnh giảm hàm lượng khí CO2, giá thành rẻ, tuổi thọ cao, lắp đặc nhiều nơi, đèn LED thích hợp cho nhiều loại hình chiếu sáng khác chiếu sáng quảng cáo, đèn đường, nhà xưởng hay văn phịng Trong lĩnh vực nơng nghiệp, ngày việc ứng dụng khoa học kỹ thuật mà đặc biệt chiếu sáng phát triển nông nghiệp tiếp tục quan tâm đầu tư với kết thành tựu bật Cây trồng khơng cần tồn phổ ánh sáng Lý sắc tố quang hợp Chlorophyll Carotene hấp thụ mạnh ánh sáng vùng có bước sóng đặc trưng Màu sắc ánh sáng đèn LED phát phong phú Và ứng với màu sắc khác (mỗi bước sóng khác nhau) phù hợp để giúp phát triển đặc tính chất Hầu hết cần ánh sáng để sinh trưởng Đèn LED dùng để hổ trợ trình quang hợp ánh sáng mặt trời không đủ mặt trời lặn Bổ sung thêm ánh sáng với bước sóng phù hợp kiểm soát thời gian sinh trưởng tăng thu hoạch.Theo ngun lý người nơng dân kiểm sốt thời gian hoa, trồng rau vào thời điểm mong muốn Ngồi đèn LED cịn ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác thông tin liên lạc, giao thông, đặc biệt y tế ngày nhiều nghiên cứu cho thấy tác dụng tốt điều trị sử dụng bước sóng thích hợp Với ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực sống, giới có nhiều cơng trình nghiên cứu LED, số có nghiên cứu hướng chế tạo, nghiên cứu tính chất phát quang LED nghiên cứu đặc tính khác LED, từ đưa đến kết luận tính hữu ích cảnh báo nguy hiểm an toàn sử dụng LED Thị trường Việt Nam LED xuất nhiều, với nhiều màu sắc, kích thước nguồn gốc khác Do nhóm chúng tơi với mong muốn sử dụng thiết bị quang học sẳn có máy đơn sắc Monochromator, máy đo cơng suất với thiết bị quang học khác để xây dựng số hệ quang khảo sát chi tiết đặc điểm phát quang loại LED thị trường Kết đạt được, với nghiên cứu khác đánh giá xác LED thị trường Việt Nam yếu tố dòng cấp, độ bền, phổ phát quang so sánh với nguồn chiếu sáng truyền thống khác, để HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH thấy rõ khả ứng dụng, cảnh báo nguy hiểm có với sức khoẻ người Để thực mục tiêu trên, nhiệm vụ đề tài đặt sau: Khảo sát tổng quan sở lý thuyết LED, ứng dụng phổ biến LED tác hại có lên thể sinh vật Thiết kế chế tạo mạch cấp nguồn chiều DC, giao tiếp máy tính, qua cấp dịng khác cho LED, đo đặc trung LED thay đổi dòng Hiệu chỉnh máy đơn sắc Monochromator, thiết bị để đo phổ phát quang đặc tính phát quang LED Thiết kế mơ hình đo quang phổ LED đặc tính khác cơng suất phát xạ, góc phát xạ , So sánh kết thu với nghiên cứu khác, nhận xét đánh giá HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH Theo hình 5.6.1 phổ phát xạ LED trắng chia thành hai vùg rỏ ràng Vùng đỉnh phát xạ nằm 460nm, độ rộng phổ 20nm So sánh với phổ phát xạ LED xanh (Blue LED) nhận thấy có tương đồng hình dạng phổ vùng bước sóng Vùng trải rộng dải dài từ khoảng 500nm đến cận 800nm, đỉnh phổ nằm khoảng 550nm Từ phần lý thuyết chương nhận thấy LED trắng phát quang thuộc loại kết hợp LED xanh lam ( Blue LED) lớp phosphor Trên chip LED Blue người ta phủ lớp phosphor lên bề mặt Chip gọi lớp chuyển đổi Khi LED chip hoạt động tia sáng xanh phát đập vào lớp phosphor, nguyên tử phosphor bị kích thích phát tia sáng vàng đỏ xanh lục Và biết, ánh sáng màu xanh có nhiều nguy hại đến mắt [50][51][52][53], việc sử dụng LED trắng chiếu sáng đòi hỏi việc thiết kế chế tạo phải xem xét nghiêm túc sở an tồn Hình 5.6.2: Đồ thị Voltage-Ampere Led trắng LED trắng, ngày sản xuất với mục tiêu thay loại hình chiếu sáng truyền thống khác Từ hình 5.6.2 ta nhận thấy hiệu điện ngưỡng 3Volt, cường độ dịng cấp khoảng 120mA, nên cơng suất tiêu thụ điện thấp Việc sử dụng LED trắng chiếu sáng giải pháp tiết kiệm lượng hiệu HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH 78 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH Hình 5.6.3 : Mối liên hệ dịng cơng suất xạ LED trắng Khảo sát mối quan hệ cường độ dịng cấp cơng suất xạ ta nhận thấy cơng suất xạ tăng tăng dịng, cơng suất xạ cực đại 60µ W dịng cấp có cường độ 55mA (đo 25 cm; góc 0o ) (Hình 5.6.3); sau tiếp tục tăng dịng nhận thấy cơng suất xạ giảm, độ suy giảm công suất xạ LED trắng chậm, sử dụng Led trắng có dải dòng ổn định cao, độ bền lớn a) HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH 79 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH b) Hình 5.6.4 : Phân bố sáng LED trắng a)I=15; d=25cm b)I=25; d=25cm Theo hình 5.6.4 a) b) Phân bố sáng LED trắng hẹp, cường độ sáng chủ yếu đo : 20o -35o Ở khảo sát led 3mm, tỷ lệ h/r lớn phân bố sáng hẹp[ 49].Có tương đồng phân bố sáng trục dọc trục ngang (phân bố tròn).Phân bố sáng khoảng cách ứng với dòng cấp khác tương đồng Phân bố hẹp, với hệ chiếu sáng sử dụng loại LED gặp khó khăn việc thiết kế để có phổ đều, điều gây hại cho mắt Hình 5.6.5 Phân bố sáng theo khoảng cách khác I=30mA HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH 80 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH Ở dịng cấp 25mA ta thấy cơng suất xạ đo khoảng cách khác giảm nhanh từ gần 40 µW khoảng cách 25 cm xuống cón gần 10 µW đo góc 0o khoảng cách 50 cm Phân bố sáng tương đồng nhau.( Hình 5.6.5) Tuy cơng suất bưc xạ nhỏ LED xanh, mặt chiếu sáng LED trắng có ưu diểm vượt trội phổ rộng, mức tiêu thụ điện thấp, với điện tiêu thụ hiệu suất phát sáng LED trắng tốt nhiều so với loại hình khác 5.2 Đánh giá chung Đo lường thơng số tính chất phát quang LED so sánh tài liệu khác rút sau: Hiệu điện ngưỡng loại LED phát xạ nhỏ, 1.82 Volt với LED đỏ, 3.05 Volt với LED trắng, cường độ dòng cấp nhỏ vài chục miliAmpere đến vài trăm miliAmpere nên công suất tiêu thụ LED nhỏ Vì việc sử dụng LED cho mục đích chiếu sáng giải pháp tiết kiệm lượng hiệu So với năm đầu nghiên cứu chế tạo, cơng nghệ sản xuất LED có nhiều tiến vượt bậc Cường độ dòng cấp cho LED ngày gia tăng, với LED đỏ 250 mA hay 120 mA với LED trắng, đồ thị mối quan hệ cường độ dòng cấp công suất phát xạ cho thấy công suất xạ LED tăng theo tăng dòng Nhiều loại LED xanh có cơng suất xạ đạt đến 100 µW loại LED có kích thước chuẩn 3mm bình thường thị trường, số công bố loại LED siêu sáng khác Luxeon số dịng cấp hay cơng suất xạ cịn lớn nhiều lần Cơng suất xạ ngày cải thiện, hệ số chiếu sáng tăng, tương lai khơng xa LED ứng dụng thay loại hình chiếu sáng truyền thống khác compac huỳnh quang hay bóng sợi đốt Các loại LED phát xạ có độ đơn sắc cao, với nhiều bước sóng khác (độ rộng phổ nhỏ khoảng 10nm đến 20nm) Nên ứng dụng chiếu sáng, ta cịn ứng dụng LED vào mục đích khác chiếu sáng quảng cáo, trang trí, tín hiệu giao thơng , liên lạc HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH 81 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH Trong nông nghiệp, đỉnh phát xạ LED LED đỏ khoảng 630nm, LED xanh 460nm phù hợp với phổ hấp thụ Chlorophyll Carotene, có lợi cho q trình quang hợp Cũng bước sóng khác có lợi cho trình sinh trưởng phát triển khác Từ nghiên cứu, ứng dụng chiếu sáng LED nơng nghiệp ngồi việc kích thích trình phát triển cây, thay hệ thống đèn dây đốt tiết kiệm lượng đáng kể Ngoài với đỉnh phát xạ phù hợp, nghiên cứu phương pháp đuổi trùng hiệu Trong y tế, Có nhiều ứng dụng điều trị  “Bước sóng ánh sáng màu đỏ cận hồng ngoại qua mơ Inch Khi bị kích thích tế bào tạo nhiều ATP ( lượng tế bào), tăng DNA RNA Màu đỏ ánh sáng cận hồng ngoại thâm nhập tốt vào mơ chúng không bị hấp thụ nước máu nhiều bước sóng khác Các bước sóng 610-630nm, 660-690nm, 750-770nm, 815-860 nm bước sóng tốt [54]  “LED với bước sóng 633 nm 830nm đóng vai trò việc điều trị tổn thương da Phương pháp điều trị LED sử dụng phương thức điều trị chính, phụ trợ” [55]  Từ nghiên cứu nói nhận thấy rằng, LED có ứng dụng đa dạng lĩnh vực y tế Khi cấp cho LED dòng điện với cường độ khác ta nhận thấy tăng cường độ dịng cấp có dịch chuyển đỉnh phổ sang phía tăng bước sóng (từ 633.8nm 5mA lên 636.5nm 25nm với LED đỏ (H.4.1.1.1)) dịch chuyển phía giảm bước sóng (từ 456.5nm 1mA xuống cịn 452 nm 10 mA với LED xanh(H4.1.3.3)) Độ dịch cực đại 3nm ứng với ΔI=20 mA (LED đỏ) Độ rộng phổ tăng theo chiều tăng dịng cấp (hình 4.1.1.3c) Nguyên nhân dịch chuyển bước sóng nói tăng dịng cấp nhiệt độ gia tăng thành phần lớp bán dẫn cấu tạo nên LED thay đổi Những nghiên cứu khác tăng dòng lên vài chục mA dịch chuyển đỉnh phổ lên tới 20nm [46][47][48] Từ thay đổi nêu trên, nhiều tượng giải thích HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH 82 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH sở có ứng dụng thú vị xác định thành phần pha tạp bán dẩn, xác định khoảng tăng dòng hay khoảng tăng nhiệt LED chủ yếu sử dụng mạnh mẽ phương diện chiếu sáng, đặc biệt LED trắng Với cải tiến không ngừng, ưu điểm vượt trội so với loại hình chiếu sáng khác (Chương 2), tương lai LED ứng dụng thay loại hình khác chiếu sáng Tuy nhiên với loại LED trắng thu nhập không chọn lựa thị trường nay, phép đo quang phổ cho thấy chúng có cấu tạo từ LED xanh phủ lớp Photphor (Hình 5.2.1) Ánh sáng LED xanh có đỉnh phát xạ nằm khoảng 460 nm, bề rộng phổ hẹp 20nm Nếu sử dụng rộng rãi chiếu sáng ta phải ý đến vấn đề sức khoẻ LED xanh, LED trắng có nguồn góc từ LED xanh nghiên cứu tác hại chúng gây Hình 5.2.1 Quang phổ LED trắng HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH 83 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH Hình: 5.2.2 Phổ phát xạ nguồn sáng khác (Nguồn: National Instruments) So sánh phổ phát xạ LED trắng loại hình chiếu sáng truyền thống khác (Hình 5.2.2) nhận thấy vùng phát xạ khoảng nhìn thấy từ 400nm đến 700nm LED trắng không đồng phổ phát xạ mặt trời hay bóng đèn sợi đốt Tuy nhiên vùng tử ngoại vùng hồng ngoại Led trắng khơng có Cộng với việc cơng suất tiêu thụ nhỏ, hệ số phát quang cao, tuổi thọ cực cao, việc sử dụng LED trắng cho chiếu sáng triển vọng cho hệ chiếu sáng Đèn LED trắng có nguy gây thiệt hại võng mạc dụng bình thường, ta khơng nên nhìn trực tiếp vào chúng thời gian dài đến hàng chục giây Vấn đề nguy hiểm với đèn LED màu xanh,và LED trắng có nguồn gốc từ LED xanh mà ánh sáng phát nằm vùng quang phổ gây nguy hiểm cho võng mạc từ 400 - 500 nm Ánh sáng màu xanh yếu tố quan trọng ánh sáng tự nhiên , đóng góp vào sức khỏe tâm lý [56] nhiên nghiên cứu, cho thấy mức độ chiếu sáng cao, ánh sáng xanh gây độc hại đến cấu trúc tế bào, võng mạc người.[ 57 58 59 60 ] Một số trích dẩn nghiên cứu cho thấy tác hại ánh sáng xanh:  “Liên tục tiếp xúc với ánh sáng xanh gây nguy hiểm cho thị lực” [ 61] HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH 84 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH  “Tiếp xúc với ánh sáng nhìn thấy màu xanh gây thiệt hại cho mắt, đặc biệt liên quan đến phát triển thối hố điểm vàng”[62]  “Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng ngắn (ánh sáng xanh) gây tổn thương quang hoá đến võng mạc” [63]  “ Ánh sáng mặt trời nhiều nguồn sáng khác có chứa tỷ lệ cao ánh sáng xanh, võng mạc biểu mô sắc tố chứa phân tử hấp thụ ánh sáng xanh, dải bước sóng có liên quan đến trình thối hố điểm vàng gia tăng số thoái hoá võng mạc di truyền” [64] Ánh sáng LED có độ đơn sắc cao, bề rộng phổ phát xạ nhỏ, gây nguy hiểm cho mắt Nhiệt tổn thương võng mạc mắt (400nm đến 1.400nm) [44 45] Cơng suất phát xạ đơn vị diện tích lớn Khi thiết kế hệ gổm nhiều LED với cơng suất lớn gây hại tế bào da Nhiệt quang hóa thương tích cho da [42 – 45] Sự dịch đỉnh phổ phát xạ LED gây khó khăn số trường hợp địi hỏi ổn định mặt bước sóng tăng cường độ dòng cấp điều trị y tế hay truyền thông tin quang sợi Do phổ phát xạ phân bố hẹp, gây khó khăn cho việc thiết lập hệ chiếu sáng có phân bố đồng đều, ảnh hưởng đến mắt [49] HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH 85 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH CHƢƠNG KẾT LUẬN 6.1 Kết luận Cùng với phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật, công nghệ chế tạo LED phát triển đạt nhiều thành tựu bật năm gần đây, với đà phát triển tương lai khơng xa nữa, LED có vai trò quan trong sống thay chiếu sáng, ứng dụng nông nghiệp y tế Việt Nam việc sử dụng LED phổ biến, loại LED tràn ngập thị trường, từ loại có xuất xứ, đến đa phần loại khơng có nguồn góc rõ ràng, nhiều kích cở giá thành Từ việc tiến hành đo đạc tìm hiểu thơng số kỹ thuật,tính chất phát quang LED nhóm chúng tơi đặt ra, nhằm có số liệu xác đánh giá khách quan LED hướng đến ứng dụng thực tế cảnh báo tính chất nguy hại LED Với mục tiêu đề bước đầu đạc kết sau: Thiết kế chế tạo mạch cấp chiều DC giao tiếp thơng qua cổng COM máy tính Hiệu chỉnh thành cơng máy Monochromator MS 257 khảo sát phổ quang học vùng bước sóng từ 200nm đến 1000nm, sai số 0,1 nm Khảo sát thơng số tính chất phát quang LED phổ biến thị trường, qua có nhận định tác dụng chúng lên sức khỏe ngườivà đánh giá khả sử dụng hợp lý hiệu ứng dụng khác 6.2 Hƣớng phát triển đề tài Với kết đạt đề tài, thực bước đầu đánh giá tổng quan tính chất phát quang số loại LED thị trường Qua có mở hướng nghiên cứu sâu thành phần cấu tạo LED phát quang hướng ứng dụng sống thực tế HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH 86 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH Tiếp tục khảo sát vùng hồng ngoại gần LED Khảo sát tính chất phát quang số loại LED siêu sáng Luxeon, tìm hiểu, đánh giá hướng ứng dụng thực tế, số tác hại, cảnh báo đến an toàn sức khoẻ Từ kết đo nghiên cứu cấu trúc vật liệu thành phần hợp chất LED Mô giả lập hệ chiếu sáng nhà trời tối ưu với LED 5.Thử nghiệm số loại LED chiếu sáng trồng trọt phát triển trồng Đo hệ số hấp thụ hệ số phản xạ, độ xuyên sâu số LED lên tế bào mô HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH 87 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH TÀI LIỆU THAM KHẢO "Nick Holonyak, Jr 2004 Lemelson-MIT Prize Winner" Lemenson-MIT Program Retrieved 2007-08-13 "2006 Millennium technology prize awarded to UCSB's Shuji Nakamura" Retrieved 2007-05-30 Discover a world of difference, Greenhouse lighting, www.lemnislighting.com H J Round (1907) "A Note on Carborundum" Electrical World 19: 309 Losev, O V (1927) Telegrafiya i Telefoniya bez Provodov 44: 485–494 Braunstein, Rubin (1955) "Radiative Transitions in Semiconductors" Physical Review99: 1892 doi:10.1103/PhysRev.99.1892 "The first LEDs were infrared (invisible)" The Quartz Watch The Lemelson Center Retrieved 2007-08-13 Pearsall, T P.; Miller, B I.; Capik, R J.; Bachmann, K J (1976) "Efficient, Latticematched, Double Heterostructure LEDs at 1.1 mm from Ga xIn1-xAsyP1-y by Liquidphase Epitaxy" Appl Phys Lett 28: 499 doi:10.1063/1.88831 E Fred Schubert (2003) "1" Light-Emitting Diodes Cambridge University Press.ISBN 0819439568 10 Park, S.-I.; Xiong, Y.; Kim, R.-H.; Elvikis, P.; Meitl, M.; Kim, D.-H.; Wu, J.; Yoon, J et al (2009) "Printed Assemblies of Inorganic Light-Emitting Diodes for Deformable and Semitransparent Displays" Science 325 (5943): 977 doi:10.1126/science.1175690.PMID 19696346 11 "2006 Millennium technology prize awarded to UCSB's Shuji Nakamura" Retrieved 2007-05-30 12 Haitz's law" Nature Photonics 1: 23 2007 doi:10.1038/nphoton.2006.78 13 Manson Inman, “Crystal coat warms up LED light”, App Phy Lett DOI:10.1063/1.2833693 14 Rachel A Oliver, Joy Sumner, Menno J Kappers, and Colin J Humphreys, ” Morphological changes og INGaN epilayers during annealing assessed by spectral analysis of atomic force microscopy images”, J Appl Phys 106, 054319 (2009); doi:10.1063/1.3212971 HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH 88 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH 15 Seoul Semiconductor squeezes 240 lumens into "brightest" LED" engadget December 12, 2006 Retrieved 2007-08-13 16 DOE Solid-State Lighting CALiPER Program Summary of Results: Round of Product Testing U.S Department of Energy October 2009 17 CREE (February 3, 2010) "Cree Breaks 200 Lumen Per Watt Efficacy Barrier" Press release 18 "Alumni society honors four leaders in engineering and technology" Berkeley Engineering News 2000-09-04 Archived from the original on 2006-09-05 Retrieved 2007-01-23 19 "GaN-based blue light emitting device development by Akasaki and Amano" (PDF).Takeda Award 2002 Achievement Facts Sheet The Takeda Foundation 2002-04-05 Retrieved 2007-11-28 20 U.S Patent 5,578,839 "Light-emitting gallium nitride-based compound semiconductor device" Nakamura et al., Issue date: November 26, 1996 21 Mori, Mirei; Hamamoto, Akiko; Takahashi, Akira; Nakano, Masayuki; Wakikawa, Noriko; Tachibana, Satoko; Ikehara, Toshitaka; Nakaya, Yutaka et al (2007) "Development of a new water sterilization device with a 365 nm UV-LED" Medical & Biological Engineering & Computing 45 (12): 1237 doi:10.1007/s11517-007-02631.PMID 17978842 22 J H Wold and A Valberg (2000) "The derivation of XYZ tristimulus spaces: A comparison of two alternative methods" Color Research & Application 26 (S1): S222.doi:10.1002/1520-6378(2001)26:1+3.0.CO;2–4 23 Ivan Moreno, Ulises Contreras (2007) "Color distribution from multicolor LED arrays" Optics Express 15 (6): 3607 doi:10.1364/OE.15.003607 PMID 19532605 24 Tanabe, S and Fujita, S and Yoshihara, S and Sakamoto, A and Yamamoto, S "YAG glass-ceramic phosphor for white LED (II): luminescence characteristics" Proc of SPIE 5941: 594112 doi:10.1117/12.614681 25 Ohno, Y "Color rendering and luminous efficacy of white LED spectra" Proc of SPIE5530: 89 doi:10.1117/12.565757 26 "Accidental Invention Points to End of Light Bulbs" LiveScience.com October 21, 2005 Retrieved 2007-01-24 HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH 89 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH 27 Quantum-dot LED may be screen of choice for future electronics Massachusetts Institute of Technology News Office, December 18, 2002 28 Nanoco Signs Agreement with Major Japanese Electronics Company, 23 September 2009 29 "Eye Safety and LED (Light Emitting Diode) diffusion": "The relevant standard for LED lighting is EN 60825-1:2001 (Safety of laser products) The standard states that throughout the standard ”light emitting diodes (LED) are included whenever the word “laser” is used.”" 30 "Solid-State Lighting: Comparing LEDs to Traditional Light Sources" 31 "Dialight Micro LED SMD LED “598 SERIES” Datasheet" 32 "Data Sheet – HLMP-1301, T-1 (3 mm) Diffused LED Lamps" Avago Technologies, Inc Retrieved 2010-05-30 33 Lifetime of White LEDs, US department of energy 34 "Blue LEDs: A health hazard" texyt.com January 15, 2007 Retrieved 2007-09-03 35 "Light Impacts: Science News" Sciencenews.org May 27, 2006 36 Visibility, Environmental, and Astronomical Issues Associated with Blue-Rich White Outdoor Lighting International Dark-Sky Association May 4, 2010 37 A A Efremov, N I Bochkareva, R I Gorbunov, D A Larinovich, Yu T Rebane, D V Tarkhin, and Yu G Shreter, (2006) Semiconductors 40: 605.doi:10.1134/S1063782606050162 38 Oriel MS257™ 1/4 m Monochromator and Imaging Spectrograph, www.newport.com 39 M Lesley,” The light of the Eyes”, Renaissance Quarterly, Vol 55, 2002 40 Fred seeber, Fundamentals of Photonics, Vol: TT79CD-ROM , Spie Press Book, Date: 23 May 2008 41 Geoff R Davies, High-Power LEDs Pose Safety Hazards ,Lucid Optical Services Ltd 42 David H Sliney, Ph.D, Ocular hazards of light, T.W>tibbitts(editor)1994 NASA –CP95-3309 43 WHO 1982; Sliney and Wolbarsht 1980; Duchene et al.1991; ICNIRP 1996; ICNIRP 1997; ICNIRP 2000 44 M Delmelle, European biophysics journal, Vol 3, Num 2, 195-198, DOI: 10.1007/BF00535819 HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH 90 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH 45 Duchene, Optical radiation safety of medical light sources, 1997 Phys Med Biol.42981 46 Chih-Feng Lu, Chi- Feng Huang, Cheng-Yen Chen and C.C.Yang, “Reducing the LED Emission Blue Shift in the Screening of the Quantum-confined Stark Effect with Prestrained Growth”, Appl Phys Lett 91, 051121 (2007) 47 Hong, E., and N.Narendran 2004 A method for projecting useful life of LED lighting systems Third International Conference on Solid State Lighting, Proceedings of SPIE 5187: 93-99 48 A.Y Kim, W Goătz, D.A Steigerwald, J.J Wierer, N.F Gardner, J Sun, Performance of High-Power AlInGaN Light Emitting Diodes, phys stat sol (a) 188, No 1, 15–21 (2001) 49 Ivan Moreno and Ching-Cherng Sun, “Modeling the radiation pattern of LEDs”, Optics Express, Vol 16, Issue 3, pp 1808-1819 (2008) doi:10.1364/OE.16.001808 50 Mainster MA Solar retinitis, photic maculopathy and the pseudophakic eye J Am Intraocul Implant Soc 1978;4:84–6 51 Ts’o MO, La Piana FG, Appleton B The human fovea after sungazing Trans Am Acad Ophthalmol Otolaryngol 1974;78:OP–677 52 Marshall J Aging changes in human cones Acta XXIII Concilium Ophthalmologicum (Kyoto) 1978;1:375–8 53 Borges J, Li ZY, Tso MO Effects of repeated photic exposures on the monkey macula Arch Ophthalmol 1990;108:727–33 54 LED light therapy - http://heelspurs.com 55 Goldberg, David J.; Amin, Snehal; Russell, Bruce A.; Phelps, Robert; Kellett, Norma; Reilly, Laurence A,”Ournal of Drugs in Dermatology “ date: September 1, 2006 Author: 56 Magnusson A, Boivin D Seasonal affective disorder: an overview Chronobiol Int 2003;20:189-207 HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH 91 LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HỒ CHÍ MINH 57 Delcourt C, Carriere I, Ponton-Sanchez A, et al Light exposure and the risk of agerelated macular degeneration: the Pathologies Oculaires Liees a l’Age (POLA) study Arch Ophthalmol 2001;119:1463–8 58 McCarty CA, Mukesh BN, Fu CL, et al Risk factors for age-related maculopathy: the Visual Impairment Project Arch Ophthalmol 2001;119:1455–62 59 Kremers JJ, van Norren D Retinal damage in macaque after white light exposures lasting ten minutes to twelve hours Invest Ophthalmol Vis Sci 1989;30:1032-40 60 Ham WT, Jr., Ruffolo JJ, Jr., Mueller HA, Guerry D, 3rd The nature of retinal radiation damage: dependence on waveleng th, po wer level and exposure time Vision Res 1980;20:1105-11 61 Koide R, Ueda TN, Dawson WW, Hope GM, Ellis A, Somuelson D, Ueda T, Iwabuchi S, Fukuda S, Matsuishi M, Yasuhara H, Ozawa T, Armstrong D Nippon Retinal hazard from blue light emitting diode Ganka Gakkai Zasshi 2001 Oct;105(10):687-95 62 Taylor HR, West S, Munoz B, Rosenthal FS, Bressler SB, and Bressler NM The Long Term Effects of Visible Light on the Eye Archives of Ophthalmology 1992; 110:99104 63 Okuno T, Saito H, Ojima Evaluation of blue-light hazards from various light sources J Dev Ophthalmol 2002;35:104-12 64 Remé CE, Wenzel A, Grimm G, Iseli HP Mechanisms of Blue Light-Induced Retinal Degeneration and the Potential Relevance for Age-Related Macular Degeneration and Inherited Retinal Diseases SLTBR Annual Meetings Abstracts 2003 HV TRẦN VĂN TIẾN GVHD TS HUỲNH QUANG LINH 92 ... I- TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT QUANG PHỔ CÁC LOẠI LED HƯỚNG ĐẾN MỘT SỐ ỨNG DỤNG PHỔ BIẾN II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Hoàn chỉnh lý thuyết tổng quan vấn đề liên quan trực tiếp đến đề tài: LED chiếu sáng,... sáng LED lên thể sinh vật - Thiết kế chế tạo mạch cấp nguồn DC chiều phục vụ mục đích khảo sát phổ loại LED - Hiệu chỉnh máy đơn sắc monochromator MS257 - Khảo sát phổ phát quang số loại LED thị... phát quang phổ bước sóng LED Xuất phát từ nhu cầu cần thiết áp dụng thực tiễn luận văn khảo sát giới thiệu tổng quan đặc điểm kỹ thuật loại LED phổ biến thị trường nước nhằm hướng đến khả sử dụng