Nghiên cứu đóng gói led dùng trong chiếu sáng nông nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu đóng gói LED dùng chiếu sáng nơng nghiệp NGUYỄN VĂN TÌNH nguyentinhbk@gmail.com Ngành Vật lý kỹ thuật HÀ NỘI, 05/2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu đóng gói LED dùng chiếu sáng nơng nghiệp NGUYỄN VĂN TÌNH nguyentinhbk@gmail.com Ngành Vật lý kỹ thuật Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Đào Xuân Việt Viện: Tiên Tiến Khoa Học Công Nghệ HÀ NỘI, 05/2020 Chữ ký GVHD ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Nghiên cứu đóng gói LED dùng chiếu sáng nông nghiệp Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên Đào Xuân Việt Lời cảm ơn Luận văn thực với trang thiết bị phịng thí nghiệm chung HUSTRALACO LED - Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ (AIST), đồng thời nằm dự án hợp tác với Công ty cổ phần Bóng đèn Phích nước Rạng Đơng Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Đào Xuân Việt, thầy Nguyễn Đức Trung Kiên, anh Phạm Thế Kiên, hai em Đào Đức Anh Dương Phúc Lâm tập thể nhóm nghiên cứu, thầy viện AIST, bạn bè gia đình tận tình hướng dẫn, hỗ trợ em thời gian qua Quãng thời gian học tập, làm việc viện AIST em cảm nhận tình cảm sâu sắc thầy Đồng thời, có ý nghĩa to lớn, mở hội mới, giúp thân em thực tiếp ước mơ mang đến điều an vui cho người Em xin gửi lời cảm ơn tới tập thể Cơng ty cổ phần Bóng đèn Phích nước Rạng Đơng giúp đỡ trình chế tạo đèn thử nghiệm sinh học dự án Em hy vọng rằng, duyên lành gặp gỡ nơi tiền đề cho điều tốt đẹp mãi sau! Tóm tắt nội dung luận văn Cùng với phát triển công nghệ chiếu sáng, ứng dụng ngày mang lại hiệu to lớn lĩnh vực nơng nghiệp cơng nghệ cao Trong phải kể đến vai trò nguồn sáng nhân tạo việc kiểm sốt hay hỗ trợ q trình sinh trưởng, phát triển trồng Luận văn vào giải vấn đề đóng gói nguồn sáng LED kích thích hoa cho ngày dài tăng suất trồng Phương pháp thực công nghệ đóng gói LED sử dụng vật liệu huỳnh quang (phosphor) Q trình khảo sát, đóng gói thực phịng thí nghiệm chung HUST-RALACO LED - Viện Tiên tiến Khoa học Công nghệ với trang thiết bị thiết bị hàn đế, hàn dây siêu âm nhiệt, hệ phun phủ vật liệu phosphor tự động, máy khuấy ly tâm chân không, tủ sấy đối lưu hệ cầu tích phân đo thơng số quang điện LED Bên cạnh đó, liệu thu thể phần mềm Gamma Scientific LightTouch LED, mô tả tính tốn phần mềm Osram Color Caculator, Microsoft Excel 2016, Minitab 19 Luận văn đưa quy trình hồn thiện đóng gói hai loại LED chun dụng chiếu sáng kích thích hoa cho ngày dài: LED_1 sử dụng chíp LED xanh lam (bước sóng đỉnh 450nm) bột phosphor đỏ, đỏ xa có tỷ lệ thông lượng xạ R/Fr= 1,38; LED_2 sử dụng chíp LED đỏ (bước sóng đỉnh 630nm) bột phosphor đỏ xa có tỷ lệ R/Fr= 2,79 Tiến hành thử nghiệm sinh học Thanh Long đèn chế tạo từ LED_1 đạt hiệu có tính ứng dụng thực tế Với kết khảo sát, tạo tiền đề cho nghiên cứu để tối ưu hiệu suất đóng gói LED chiếu sáng kích thích hoa cho ngày dài chế tạo hệ đèn LED mang lại hiệu thiết thực HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên Nguyễn Văn Tình MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 1.2 1.3 1.4 Tổng quan ánh sáng thúc đẩy hoa 1.1.1 Nhu cầu nguồn sáng nhân tạo sản xuất nông nghiệp 1.1.2 Cơ sở lý thuyết ánh sáng kích thích hoa cho ngày dài Tổng quan loại nguồn sáng dùng thúc đẩy hoa 1.2.1 Đèn sợi đốt 1.2.2 Đèn huỳnh quang compact 1.2.3 Đèn phóng điện cường độ cao HID 1.2.4 Nguồn sáng LED 1.2.5 So sánh loại đèn 12 Tổng quan số nghiên cứu đóng gói LED phosphor 14 1.3.1 Tổng quan đóng gói LED trắng 14 1.3.2 Tổng quan đóng gói LED nơng nghiệp 16 Mục đích nghiên cứu 17 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 18 2.1 Phương pháp đóng gói LED 18 2.1.1 Quy trình chung đóng gói LED 18 2.1.2 Cơng đoạn hàn đế 19 2.1.3 Công đoạn hàn dây 19 2.1.4 Công đoạn định lượng hỗn hợp phủ 20 2.1.5 Công đoạn khuấy trộn 24 2.1.6 Công đoạn phun phủ 29 2.1.7 Công đoạn sấy LED 30 2.2 Phương pháp đo thông số quang điện LED 33 2.3 Phương pháp thử nghiệm sinh học 36 2.3.1 Chế tạo đèn LED mẫu 36 2.3.2 Thử nghiệm chiếu sáng Thanh Long 36 CHƯƠNG KẾT QUẢ ĐÓNG GÓI LED 38 3.1 Đóng gói LED_1 sử dụng chíp LED xanh lam hỗn hợp bột phosphor đỏ, đỏ xa 38 3.1.1 Tham số đầu vào 38 3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng thành phần hỗn hợp phosphor 40 3.1.3 3.2 Tham số đầu 46 Đóng gói LED_2 sử dụng chíp LED đỏ bột phosphor đỏ xa 48 3.2.1 Tham số đầu vào 48 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ bột phosphor đỏ xa 49 3.2.3 Tham số đầu 51 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM SINH HỌC 53 4.1 Chế tạo đèn LED từ gói LED_1 53 4.2 Kết thử nghiệm sinh học 54 KẾT LUẬN 57 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt LED Light Emitting Diode Điốt phát quang IL Incandescent Lamp Đèn sợi đốt HID High Intensity Discharge Đèn phóng điện cường độ cao MH Metal Halide Đèn halogen kim loại HPS High Pressure Sodium Đèn Natri áp suất cao LPS Low Pressure Sodium Đèn Natri áp suất thấp CFL Compact Fluorescent Lamp Đèn huỳnh quang compact UV Ultraviolet Tia cực tím DE Day Extension Kéo dài ngày 10 NI Night Intteruption Gián đoạn bóng đêm 11 PPE Phytochrom Photoequilibrium Trạng thái cân quang phytochrom 12 PSS Photostationary phytochrom 13 CCT Correlated Temperature 14 CRI Color Rendering Index Chỉ số hoàn màu 15 kPa Kilopaxcan Đơn vị áp suất 16 R/Fr Red/Far Red Đỏ/ Đỏ xa State of Trạng thái bền quang phytochrom Color Nhiệt độ màu tương quan DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Vai trò điều kiện ánh sáng giai đoạn sinh trưởng [1] Hình 1.2 Vai trị ánh sáng tới trình sinh trưởng phát triển [22]2 Hình 1.3 Ảnh hưởng thời gian ngày tới hoa ngày dài phương pháp chiếu sáng kích thích hoa Hình 1.4 Độ hấp thụ tương đối sắc tố phytochrom theo bước sóng Hình 1.5 Phytochrom với vai trò cảm ứng điều chỉnh Hình 1.6 Cấu tạo bóng đèn sợi đốt Hình 1.7 Quang phổ ứng dụng đèn sợi đốt chiếu sáng cho Thanh Long [14] Hình 1.8 Cấu tạo bóng đèn huỳnh quang compact Hình 1.9 Quang phổ ứng dụng chiếu sáng cho Thanh Long đèn CFL 2700K [15] Hình 1.10 Quang phổ ứng dụng chiếu sáng cho Thanh Long đèn CFL đỏ Hình 1.11 Cấu tạo đèn HPS [17] Hình 1.12 Quang phổ ứng dụng chiếu sáng cho Thanh Long đèn HPS Hình 1.13 Nguyên lý phát quang chíp LED [17] Hình 1.14 Bước sóng phát xạ LED vật liệu khác [21] Hình 1.15 Cấu tạo LED 10 Hình 1.16 Đèn ghép LED xanh lam, đỏ, đỏ xa 10 Hình 1.17 Cơ chế phát quang chung LED phosphor [23] 11 Hình 1.18 Cấu trúc quang phổ LED trắng 11 Hình 1.19 Quang phổ ứng dụng chiếu sáng cho Thanh Long đèn ghép LED 11 Hình 1.20 Ảnh hưởng tỷ lệ R/Fr tới hoa Asuka Yamada et al [26] 13 Hình 1.21 Tỷ lệ R/Fr thí nghiệm Daedre S Craig et al [8] 13 Hình 1.22 Ảnh hưởng hàm lượng, kích thước hạt phosphor tới quang thơng15 Hình 1.23 Cấu trúc LED (a) thay đổi quang phổ LED theo nồng độ, độ dày màng phosphor (b) 15 Hình 1.24 Cấu trúc LED (a) dịch chuyển tọa độ không gian màu LED theo nồng độ phosphor (b) 15 Hình 1.25 Cấu trúc LED (a) quang phổ LED xanh lam- đỏ phụ thuộc vào nồng độ, độ dày lớp phosphor (b) 16 Hình 1.26 Chíp LED trước sau phun phủ (a) với xu hướng thay đổi quang phổ phát xạ theo nồng độ phosphor (b) 16 Hình 2.1 Quy trình cơng nghệ đóng gói LED [41] 18 Hình 2.2 Sơ đồ khối quy trình đóng gói LED 18 Hình 2.3 Chíp LED đơn sắc hàn vào cốc phản xạ 19 Hình 2.4 Hệ hàn vi mạch TPT HB70 điều áp TS250 19 Hình 2.5 Chíp LED hàn vào cốc hàn dây để kết nối điện cực 19 Hình 2.6 Khung lead-frame chứa 20x12 LED hàn đế, hàn dây 20 Hình 2.7 Hệ hàn dây siêu âm nhiệt TPT HB16 kính hiển vi Leica S6D 20 Hình 2.8 Bột phosphor đỏ đỏ xa sử dụng 21 Hình 2.9 Phân bố kích thước hạt bột phosphor R629 (a) Fr1 (b) 21 Hình 2.10 Cấu trúc mạch silicon 22 Hình 2.11 Biến đổi số loại vật liệu tác động nhiệt [44] 22 Hình 2.12 Hỗn hợp silicon hai thành phần 23 Hình 2.13 Cân phân tích 24 Hình 2.14 Hỗn hợp phosphor silicon (đồng khơng đồng đều) [45] 25 Hình 2.15 Hỗn hợp phosphor- silicon lẫn bọt khí kính hiển vi 25 Hình 2.16 Bọt khí lẫn hỗn hợp phủ LED [46] 25 Hình 2.17 Ảnh hưởng bọt khí tới hiệu suất quang phát [46] 25 Hình 2.18 Máy trộn Kurabo Mazerustar KK-V300SS 26 Hình 2.19 Cơ chế hoạt động máy khuấy trộn 26 Hình 2.20 Thao tác lắp cốc đựng vật liệu vào máy 27 Hình 2.21 Điều chỉnh khối lượng hệ 27 Hình 2.22 Giao diện điều khiển máy khuấy Kurabo 27 Hình 2.23 Quá trình vận hành máy khuấy 28 Hình 2.24 Hỗn hợp phosphor silicon sau khuấy trộn 29 Hình 2.25 Phosphor phân tán silicon, khơng có bọt khí 29 Hình 2.26 Khung lead-frame chứa ma trận LED 20x12 trước phủ 29 Hình 2.27 Thiết bị phun phủ giao diện chương trình 29 Hình 2.28 Quá trình đầu kim phun phủ lên chíp LED 30 Hình 2.29 Hỗn hợp ướt phosphor silicon sau phủ lên lead-frame 30 Hình 2.30 Hiện tượng lắng phosphor sau phủ [45] 31 Hình 2.31 Các chu trình sấy khảo sát thí nghiệm Min-Jae Song et al 31 Hình 2.32 Tủ sấy LED chương trình sấy 32 Hình 2.33 LED hồn chỉnh sau quy trình đóng gói 32 Hình 2.34 LED hệ đo thông số LED 33 Hình 2.35 Sơ đồ khối hệ đo thông số LED 34 Hình 2.36 Giao diện phần mềm Gamma Scientific LightTouch LED 34 Hình 2.37 Giao diện phần mềm Osram Color Caculator 34 Hình 2.38 Giao diện phần mềm Minitab 35 Hình 2.39 LED đèn thành phẩm thử nghiệm 36 Hình 2.40 Sơ đồ bố trí đèn LED Thanh Long thử nghiệm 37 Hình 2.41 Đèn chiếu sáng cho Thanh Long đêm 37 Hình 3.1 Quang phổ, tọa độ màu chíp LED xanh lam 38 Hình 3.2 Phổ kích thích huỳnh quang phổ huỳnh quang loại bột phosphor đỏ 38 Hình 3.3 Phổ kích thích huỳnh quang phổ huỳnh quang loại bột phosphor đỏ xa 38 Hình 3.4 Phổ kích thích phổ huỳnh quang bột phosphor đỏ đỏ xa khảo sát 39 Hình 3.5 Quang phổ tọa độ màu mẫu LED với thành phần khác nhau41 Hình 3.6 Các nhóm phổ có tổng nồng độ % bột phosphor 42 Hình 3.7 Thơng lượng xạ vùng mẫu LED 44 Hình 3.8 Tỷ lệ R/Fr mẫu LED 44 Hình 3.9 Hiệu suất quang điện vùng đỏ+ đỏ xa mẫu LED 45 Hình 3.10 LED_1 với quang phổ tọa độ màu 46 Hình 3.11 Quang phổ LED_1 nguồn sáng phổ hấp thụ phytochrom 47 Hình 3.12 Tỷ lệ R/Fr LED_1 nguồn sáng 47 Hình 3.13 Quang phổ, tọa độ màu chíp LED đỏ 48 Hình 3.14 Phổ kích thích huỳnh quang bột phosphor đỏ xa 48 Hình 3.15 Quang phổ LED nồng độ phosphor khác 49 Hình 3.16 Đồ thị xu hướng thay đổi phổ phát xạ LED theo nồng độ phosphor 49 Hình 3.17 Tỷ lệ R/Fr hiệu suất h mẫu LED theo nồng độ phosphor 50 Hình 3.18 LED_2 với quang phổ tọa độ màu 51 Hình 3.19 Quang phổ LED_2 nguồn sáng phổ hấp thụ phytochrom 52 Hình 3.20 Tỷ lệ R/Fr LED đóng gói nguồn sáng 52 Hình 4.1 Đèn LED_1 53 Hình 4.2 Quang phổ loại đèn thử nghiệm 53 Hình 4.3 Thanh long nụ tắt đèn 17 đêm 54 3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng nồng độ bột phosphor đỏ xa Bột phosphor đỏ xa phối trộn với hỗn hợp silicon nồng độ khối lượng từ 5- 40%; khoảng cách 5%, phun phủ lên chíp LED, sấy đo tham số quang Sự thay đổi quang phổ theo nồng độ % thể hình 3.15 3.16 Hình 3.15 Quang phổ LED nồng độ phosphor khác Hình 3.16 Đồ thị xu hướng thay đổi phổ phát xạ LED theo nồng độ phosphor Thông lượng xạ vùng đỏ, đỏ xa, tỷ lệ R/Fr hiệu suất quang điện vùng (đỏ+ đỏ xa) mẫu LED thể bảng 3.5 hình 3.17 49 Bảng 3.5 Tham số quang LED với nồng độ phosphor khác P= 160mW Red (mW) Far Red (mW) R+Fr (mW) R/Fr 37,7 2,0 39,7 19,00 24,80 36,2 2,4 38,6 15,08 24,13 10 33,0 2,9 35,9 11,38 22,44 15 30,8 3,5 34,3 8,80 21,44 20 27,8 3,9 31,7 7,13 19,81 25 25,2 4,0 29,2 6,30 18,25 30 22,4 5,1 27,5 4,39 17,19 35 19,8 5,3 25,1 3,74 15,69 40 15,9 5,7 21,6 2,79 13,50 % Phosphor h% Hình 3.17 Tỷ lệ R/Fr hiệu suất h mẫu LED theo nồng độ phosphor Ta thấy, nồng độ tăng từ 5- 40% tỷ lệ R/Fr từ 15,08 → 2,79 gần với giá trị hiệu cho việc kích thích hoa ngày dài Bên cạnh đó, R giảm nhanh Fr tăng tổng R+Fr giảm dần dẫn đến hiệu suất quang điện h giảm dần từ 24,13% 13,50% Điều giải thích lớp bột phosphor đỏ xa hấp thụ xạ sơ cấp từ chíp LED đỏ phát để chuyển đổi thành xạ vùng đỏ xa; trình có hiệu suất < 100% nên Fr sinh R đi; đồng thời, hạt phosphor đỏ xa hấp thụ xạ thứ cấp phát hạt phosphor khác làm giảm lượng Fr phát Khi nồng độ bột tăng, hai trình hấp thụ tăng dẫn đến tổng R+Fr giảm h giảm Trong khảo sát, nồng độ phosphor 40% tỷ lệ R/Fr nhỏ đạt 2,79; h= 13,50% LED có tỷ lệ R/Fr gần với tỷ lệ phù hợp có khả kích thích hoa cho ngày dài 50 3.2.3 Tham số đầu Dựa kết khảo sát, LED_2 đóng gói cách phun phủ hỗn hợp bột phosphor đỏ xa có nồng độ 40% lên chíp LED đỏ, thể tích 2,0µL, LED_2 đóng gói có thơng số quang điện sau: Bảng 3.6 Thông số quang điện LED_2 P= 160mW Red (mW) Far Red (mW) R+Fr (mW) R/Fr h% 15,9 5,7 21,6 2,79 13,50 Hình 3.18 LED_2 với quang phổ tọa độ màu Thông số quang điện LED_2 chế tạo với loại đèn IL60W, đèn LED 3UWFr, đèn CFL đỏ, đèn CFL 2700K, đèn HPS có thông số bảng 3.7 Bảng 3.7 Thông số quang điện LED_2 nguồn sáng khác Tỷ lệ R/Fr R+Fr (W) Công suất điện tiêu thụ (W) h% IL 60W 0,9 3,3 58,9 5,6 LED_2 2,8 21,6x10-3 160x10-3 13,5 LED 3UWFr 3,9 1,4 10,5 12,9 CFL đỏ 9,9 2,2 18,8 11,7 CFL 2700K 10,8 1,5 17,7 8,3 Loại đèn 51 Quang phổ tương đối LED_2, nguồn sáng nhân tạo phổ hấp thụ sắc tố phytochrom dạng Pr (A-Pr) Pfr (A-Pfr) vẽ đồ thị Hình 3.19 Quang phổ LED_2 nguồn sáng phổ hấp thụ phytochrom Tỷ lệ R/Fr LED_2, LED_1 nguồn sáng khác vẽ đồ thị Hình 3.20 Tỷ lệ R/Fr LED đóng gói nguồn sáng Có thể thấy, quang phổ LED_2 đóng gói có đỉnh đỏ gần với đỉnh hấp thụ sắc tố phytochrom dạng Pr; vùng đỏ xa trải rộng Do sử dụng chíp LED nhất, nên ánh sáng phát đồng so với đèn ghép LED đơn Bên cạnh đó, LED_2 đóng gói có tỷ lệ R/Fr thấp loại đèn thị trường, đồng thời gần với R/Fr ánh sáng mặt trời (ban ngày) đèn sợi đốt, gần với vùng tỷ lệ hiệu so với loại đèn so sánh LED_2 đóng gói hiệu suất quang điện vùng đỏ+ đỏ xa cao tất loại đèn so sánh 52 CHƯƠNG KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM SINH HỌC 4.1 Chế tạo đèn LED từ gói LED_1 LED_1 đóng gói có tỷ lệ R/Fr= 1,4; hiệu suất quang điện (vùng đỏ+ đỏ xa) h= 6,5% sử dụng để chế tạo thành “Đèn LED_1”, Hình 4.1 Đèn LED_1 Đèn LED_1 chế tạo mộ số loại đèn đối chứng đèn LED 3UWFr, đèn CFL đỏ, CFL 2700K Các loại đèn có thơng số quang điện bảng 4.1 Các loại đèn CFL sử dụng mức công suất điện nhỏ mà cịn đảm bảo hiệu kích thích hoa Bảng 4.1 Thơng số quang điện loại đèn thử nghiệm Tỷ lệ R/Fr R+Fr (W) Công suất điện tiêu thụ (W) h% Đèn LED_1 1,4 0,6 9,4 6,2 LED 3UWFr 3,9 1,4 10,5 12,9 CFL đỏ 9,9 2,2 18,8 11,7 CFL 2700K 10,8 1,5 17,7 8,3 Loại đèn Quang phổ đèn vẽ đồ thị Hình 4.2 Quang phổ loại đèn thử nghiệm 53 Sau đèn tiến hình thử nghiệm sinh học chiếu sáng kích thích cho Thanh Long 4.2 Kết thử nghiệm sinh học - Các loại đèn thí nghiệm lắp đặt chiếu sáng kích thích ruộng Thanh Long khảo sát - Tổng thời gian chiếu sáng: 16 đêm từ 02/06/2019 đến 18/06/2019 đêm chiếu từ 19h ngày hôm trước tới 5h sáng ngày hôm sau - Sau thời gian chiếu sáng kích thích cho Thanh Long Ngừng chiếu đèn 17 đêm Thanh Long hồn thành nụ Hình 4.3 Thanh long nụ tắt đèn 17 đêm - Các trụ khảo sát đếm số nhánh nụ trụ kết thể bảng 4.2 đồ thị hình 4.4 Bảng 4.2 Số lượng nhánh nụ trụ loại đèn Trụ Số nhánh nụ trụ loại đèn Đèn LED_1 LED 3UWFr CFL đỏ CFL 2700K 38 40 35 32 35 48 30 36 30 36 41 40 41 34 42 45 45 38 32 37 35 42 33 34 36 35 40 41 40 30 38 35 31 33 36 33 10 38 41 38 26 Trung bình 36,9 37,7 36,5 35,9 54 Hình 4.4 Đồ thị số lượng nhánh nụ trụ Dựa vào đồ thị số lượng nhánh nụ trụ ta thấy đèn LED_1 có số nhánh nụ trung bình 36,9 gần tương đương với đèn đối chứng Đồng thời đạt tiêu ~30 nhánh nụ/trụ; số nhánh hoa nhiều cần phải loại bỏ bớt để tập trung dinh dưỡng ni quả, mục tiêu loại I có khối lượng ≥ 500g/ [14] - Kết tổng số nụ/trụ loại đèn thể bảng 4.3 đồ thị hình 4.5 Bảng 4.3 Tống số nụ trụ loại đèn Trụ Tổng số nụ trụ loại đèn Đèn LED_1 LED 3UWFr CFL đỏ CFL 2700K 125 165 119 95 140 143 120 114 138 140 145 123 125 127 166 130 150 138 120 140 160 144 138 128 138 145 145 155 150 109 136 137 132 130 121 129 10 145 140 134 86 Trung bình 140,3 138,1 134,4 123,7 55 Hình 4.5 Đồ thị tổng số nụ trụ Kết tổng số lượng nụ trụ đèn LED_1 cho thấy hiệu quả, giá trị trung bình đạt 140,3 nụ/trụ tương đương với đèn LED 3UWFr 138,1, cao CFL đỏ 134,4, CFL 2700K 123,7 Dựa kết thử nghiệm thông số loại đèn ta thấy: • Đèn LED_1 chế tạo từ LED_1 phương pháp phun phủ hỗn hợp bột huỳnh quang phát xạ vùng đỏ, đỏ xa lên chíp LED xanh lam so sánh với đèn tổ hợp LED đơn sắc 3UWFr đèn LED_1 có hiệu kích thích hoa tốt tương đương có tổng thơng lượng xạ vùng đỏ+ đỏ xa (R+Fr) đèn LED_1 tạo 0,6W ~50% đèn LED 3UWFr 1,4W • Hiệu kích thích hoa cao so với đèn truyền thống loại đèn CFL có (R+Fr) cao nhiều, cụ thể đèn CFL đỏ 2,2W CFL 2700K 1,5W • Đặc biệt, đèn LED_1 cho hiệu kích thích hoa tốt so sánh với đèn CFL đỏ, CFL 2700K mặt điện tiêu thụ nửa Điều giải thích dạng quang phổ trải rộng vùng đỏ đỏ xa tỷ lệ R/Fr đèn LED_1 phù hợp việc kích thích hoa so với loại đèn khác 56 KẾT LUẬN Trong luận văn này, thu số kết chính: 1) Đã khảo sát ảnh hưởng nồng độ tỷ lệ bột phosphor đỏ/đỏ xa tới cấu trúc phổ LED đóng gói cách phun phủ hỗn hợp bột phát quang đỏ/đỏ xa lên chíp LED xanh lam nhận thấy tổng nồng độ thấp 20% giảm tỷ lệ bột đỏ/đỏ xa tỷ lệ phổ R/Fr giảm nhanh; tăng tổng nồng độ bột đến 30% 40% tốc độ giảm tỷ lệ R/Fr giảm dần Đồng thời, hoàn thiện quy trình đóng gói LED nơng nghiệp chuyên dụng kích thích hoa cho Thanh Long với tham số phun phủ: thể tích phủ 2,6µL; tổng nồng độ phosphor 42%; tỷ lệ bột đỏ/đỏ xa 1/15; tham số quang LED tỷ lệ R/Fr 1,38; hiệu suất quang điện vùng đỏ+ đỏ xa 6,52% Đèn LED_1 chế tạo thử nghiệm cho hiệu kích thích hoa cho Thanh Long tốt 2) Đã hồn thiện quy trình đóng gói khảo sát ảnh hưởng nồng độ bột phosphor đỏ xa tới cấu trúc phổ LED đóng gói cách phun phủ bột phát quang đỏ xa lên chíp LED đỏ cho thấy tỷ lệ R/Fr giảm nồng độ phosphor tăng từ 5%- 40% LED_2 đóng gói theo phương pháp nồng độ phosphor 40% có thông số quang: tỷ lệ R/Fr 2,79; hiệu suất quang điện vùng đỏ+ đỏ xa đạt 13,50% sử dụng để chế tạo đèn LED thử nghiệm Hướng phát triển luận văn tương lai - - Quy trình đóng gói LED_1: Khảo sát LED đóng gói phương pháp tương tự với tỷ lệ phổ R/Fr cao hơn, tìm tỷ lệ R/Fr tối đa cịn hiệu quả, tăng hiệu suất quang điện, giảm tổng nồng độ bột phosphor cần sử dụng, giảm thiểu chi phí Quy trình đóng gói LED_2: tiến hành chế tạo đèn từ LED_2 thử nghiệm sinh học để kiểm chứng hiệu kích thích hoa cho ngày dài 57 CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC Báo cáo Poster hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học Vật liệu toàn quốc lần thứ XI (SPMS – 2019) “Nghiên cứu quy trình chế tạo LED chiếu sáng đỏ đỏ xa kích thích hoa dài ngày ”, D-09 Đăng ký sáng chế số: 1-2020-01831 Tên sáng chế: Đèn led chiếu sáng để thúc đẩy hoa cho ngày dài Ngày chấp nhận đơn: 18/05/2020 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Samsung, “Samsung Horticulture LEDs”, https://images.samsung.com/is/content/samsung/p5/led/insights/insightdetail-19/White_Paper_Samsung_Horticulture_LEDs_The_Impact_of _Nutritional_Values_on_People.pdf [2] Cục xúc tiến thương mại Việt Nam, “Tình hình sản xuất xuất long năm 2019”, http://www.vietrade.gov.vn/tin-tuc/tinh-hinh-san-xuat-vaxuat-khau-thanh-long-nam-2019 [3] Báo tuổi trẻ online, “Việt Nam đứng đầu châu Á - Thái Bình Dương sản lượng long”, https://tuoitre.vn/viet-nam-dung-dau-chau-a-thai-binhduong-ve-san-luong-thanh-long-20190909164913015.htm [4] Toyoki Kozai& Kazuhiro Fujiwara& Erik S Runkle, “LED Lighting for Urban Agriculture”, Springer, Singapore, pp 57-73; pp 191-201, 2016, doi: 10.1007/978-981-10-1848-0 [5] W.W Garner& H.A Allard, “Effect of the relative length of day and night and other factors of the enviroment on growth and reproduction in plants”, Abstact reprinted from Experiment Station Record, Dept Agr., Washington, v.42, no.9, p.818, 1920, doi: 10.1175/1520-0493(1920)482.0.CO;2 [6] Qingwu Meng& Erik S Runkle, “Moderateintensity blue radiation can regulate flowering, but not extension growth, of several photoperiodic ornamental crops”, Environmental and Experimental Botany, Vol.134, pp 12-20, 2017, doi: 10.1016/j.envexpbot.2016.10.006 [7] Haiyang Wang& Xing Wang Deng, “Phytochrom Signaling Mechanism”, The Arabidopsis Book, 2004, doi: 10.1199/tab.0074 [8] Daedre S Craig& Erik S Runkle, An intermediate phytochrom photoequilibria from night-interruption lighting optimally promotes flowering of several long-day plants, Environmental and Experimental Botany vol 121, pp 132–138, 2016, doi: 10.1016/j.envexpbot.2015.04.004 [9] Feng Tian, “Study and optimization of lighting systems for plant growth in a controlled environment”, Chemical and Process Engineering, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2016, https://tel.archives-ouvertes.fr/tel01582072 [10] A Khaimov & Y Mizrahi, “Effects of day-length, radiation, flower thinning and growth regulators on flowering of the vine cacti Hylocereus undatus and Selenicereus megalanthus”, The Journal of Horticultural Science and Biotechnology, 81:3, pp 465-470, 2006, doi: 10.1080/14620316.2006.11512089 59 [11] Yi-Lu Jiang, Yuan-Yin Liao, Tzong-Shyan Lin, Ching-Lung Lee, ChungRuey Yen, Wen-Ju Yang, “The Photoperiod-regulated Bud Formation of Red Pitaya (Hylocereus sp.)”, HortScience: a publication of the American Society for Horticultural Science vol 47(8), pp 1063-1067, 2012, doi: 10.21273/HORTSCI.47.8.1063 [12] Leonardo T Pascua, Maura Luisa S Gabriel, Marcial Gabriel and Miriam E Pascua, “Evaluation Of Light Bulbs And The Use Of Foliar Fertilizer During Off-Season Production Of Dragon Fruit”, 2013, https://www.haifa-group.com/crop-research/evaluation-light-bulbs-and-usefoliar-fertilizer-during-season-production-dragon-fruit [13] Tập đoàn Điện lực Việt Nam, “Lễ phát động chương trình “Hỗ trợ hộ nơng dân thay triệu bóng đèn sợi đốt đèn tiết kiệm điện 2014 – 2015” Bình Thuận”, https://www.evn.com.vn/d6/news/Le-phat-dong-chuongtrinh-Ho-tro-ho-nong-dan-thay-the-2-trieu-bong-den-soi-dot-bang-den-tietkiem-dien-2014-2015-tai-Binh-Thuan-66-142-12394.aspx [14] Lê Văn Bé, Trần Văn Trưa, Trương Quốc Thanh, Nguyễn Đoàn Thăng, Nguyễn Thanh Thiện, “Hiệu bóng đèn compact đến hoa nghịch mùa Thanh Long (Hylocereus undatus) huyện Châu Thành, tỉnh Long An”, Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, Số chuyên đề: Nông nghiệp 4, pp 6-13, 2014 [15] Báo Tiền Phong, “Nông dân trồng long Tiền Giang: Ngành điện giúp sức làm ăn”, https://www.tienphong.vn/kinh-te/nong-dan-trong-thanhlong-o-tien-giang-nganh-dien-da-giup-suc-lam-an-987312.tpo [16] https://www.rangdong.com.vn/den-compact-chuyen-dung-chieu-sang-thanhlong-quot-nguon-sang-quot-cua-nha-nong-n265.html [17] S Dutta Gupta, “Light Emitting Diodes for Agriculture”, Springer, Singapore, 2017, doi: 10.1007/978-981-10-5807-3 [18] https://chieusangcaoap.com/bat-ngo-voi-hieu-qua-lap-chong-den-cao-apcho-cay-thanh-long/ [19] Subhash Chandra Singh, “Basics of light emitting diodes, characterizations and applications”, Handbook of Light Emitting and Schottky Diode Research, 1st edition, Nova Scientific Publisher, 2009 [20] https://vi.wikipedia.org/wiki/LED [21] E Fred Schubert, “LIGHT-EMITTING DIODES”, Cambridge University Press, 2nd edition, 2006 [22] LEDs for horticultural lighting applications, Application Note No AN133, OSRAM Opto semiconductors, 2018 [23] Ashok Kumar Lunia& Saroj Kanta Patra& Sandeep Kumar& Sumitra Singh& Suchandan Pal& Chenna Dhanavantria, “Theoretical 60 analysis of blue to white down conversion for light-emitting diode light with yttrium aluminum garnet phosphorr”, Journal of Photonics for Energy, Vol 4, pp 043596-1 -11, 2014, doi: 10.1117/1.JPE.4.043596 [24] Đèn LED long 10W, https://www.rangdong.com.vn/den-led-thanhlong-10w-pr1615.html [25] E Guseinoviene, A Senulis, J Vaupsas, J Januteniene, B Rudnickij, S Paulauskas, A Paulauskas, “Possibilities of Energy Savings through Conversion to LED Lighting in Western Region of Lithuania”, vol.120(4), pp.35-38, 2012, doi: 10.5755/j01.eee.120.4.1448 [26] Asuka Yamada, Takahiro Tanigawa, Takuro Suyama, Takatoshi Matsuno, Toshihiro Kunitake, “Red:far-red light ratio and far-red light integral promote or retard growth and flowering in Eustoma grandiflorum (Raf.) Shinn”, Scientia Horticulturae, vol 120, pp 101–106, 2009, doi: 10.1016/j.scienta.2008.09.009 [27] S.O Kasap, Ravindra Kumar Sinha, “Optoelectronics nd and Photonics: Principles and Practices”, edition, Pearson, pp 244-248, 2013, https://www.pearsonhighered.com/assets/preface/0/1/3/2/0132151499.pdf [28] Ki Hyun Kim, Wan Ho Kim, Sie-Wook Jeon, Minho Choi, Sang Bin Song, Jae Pil Kim, “Effects of the optical absorption of a LED chip on the LED package”, Solid-State Electronics, vol 111, pp 166-170, 2015, doi: 10.1016/j.sse.2015.06.007 [29] Min-Suk Jang, Wan-Ho Kim, Young-Rae Kang, Sang-Bin Song, Jae-Pil Kim, “Effect of Particle Size on the Optical Properties of Yellow Silicate Phosphorr in Light-Emitting Diodes”, International Journal of Applied Ceramic Technology, Vol 10, No 4, pp 617- 624, 2013, doi: 10.1111/ijac.12105 [30] Cher Ming Tan, Preetpal Singh, Wenyu Zhao, Hao-Chung Kuo, “Physical Limitations of Phosphorr layer thickness and concentration for White LEDs”, Scientific Reports, vol 8(1), pp 1-14, 2018, doi: 10.1038/s41598-018-20883-3 [31] Tsung-Hsun Yang, Cheng-Chien Chen, Ching-Yi Chen, Yu-Yu Chang, Ching-Cherng Sun, “Essential Factor for Determining Optical Output of Phosphorr-Converted LEDs”, IEEE Photonics Journal, vol.6, no.2, 2014, doi: 10.1109/JPHOT.2014.2308630 [32] Kang Du, Haokai Li, Keqin Guo, Heng Wang, Dacheng Li, Wending Zhang, Ting Mei1& Soo Jin Chua, “The rate equation based optical model for phosphorr-converted white light-emitting diodes”, Journal of Physics D Applied Physics, 2016, doi: 10.1088/1361-6463/aa560a 61 [33] Horatio Quinones, Brian Sawatzky& Alec Babiarz, “Silicone-phosphorr encapsulation for high power white LEDs”, ASYMTEK Carlsbad, CA, USA, https://cdn.thomasnet.com/ccp/00240419/30622.pdf [34] Huai Zheng, Xing Fu, Bulong Wu, Sheng Liu, Xiaobing Luo, “A method for geometry control of phosphorr layer in high-power white LEDs by package structure”, 2012 14th International Conference on Electronic Materials and Packaging (EMAP), doi: 10.1109/EMAP.2012.6507884 [35] Sheng Liu& Xiaobing Luo, “Led packaging for lighting and applications: design, manufacturing and testing”, Chemical Industry Press, 2011, doi: 10.1002/9780470827857 [36] Weicheng Shu, Xingjian Yu, Run Hu, Qi Chen, Yupu Ma, Xiaobing Luo, “Effect of the substrate temperature on the phosphorr sedimentation of phosphorr-converted LEDs”, 2017 18th International Conference on Electronic Packaging Technology, pp 398-401, doi: 10.1109/ICEPT.2017.8046480 [37] Min-Jae Song, Kwon-Hee Kim, Gil-Sang Yoon, Hyung-Pil Park, HeungKyu Kim, “An Optimal Cure Process to Minimize Residual Void and Optical Birefringence for a LED Silicone Encapsulant”, Materials, vol 7(6), pp 4088-4104, 2014, doi:10.3390/ma7064088 [38] Dương Phúc Lâm, “Nghiên cứu đóng gói LED chuyên dụng cho quang hợp trồng”, Đồ án tốt nghiệp- Viện Vật Lý Kỹ Thuật, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2019 [39] Hiroaki ONUMA, Masatsugu MASUDA& Toshio HATA, “Light Emitting device”, Patent: US 2015/0357532 A1, 2015 [40] ZUKAUSKAS, M.K Oginskio& DUCHOVSKIS, “Phosphorr conversion light-emitting diode for meeting photomorphogenetic needs of plants”, Patent: WO 2010/053341 Al [41] Sheng Liu, Zhiyin Gan, Xiaobing Luo, Kai Wang, Xiaohui Song, Zhaohui Chen, Han Yan, Zongyuan Liu, Pei Wang, Wei Wei, “Multi-physics Multiscale Modeling Issues in LED”, Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering vol 7375, 2008, doi: 10.1117/12.839005 [42] http://www.intematix.com/uploads/phosphorr-datasheets/nitrides/XR643601-datasheet.pdf [43] Bill Riegler, Rob Thomaier, Steve Bruner, “Phosphorrs and Silicone Dispersions”, Phosphorr Global Summit, February 28 – March 2, 2005, San Diego, CA, https://nusil.com/whitepaper/phosphorrs-and-siliconedispersions [44] Emir Debastiani, “Dow Corning Solution in Lamp and Luminaire Assembly”,https://www.maconnet.com/v3/seminario_led/DowCorning 62 ProductsIn LampsLuminaireEmir.pdf [45] Yuan-Chang Lin, Yan Zhou, Nguyen T Tran, and Frank G Shi, “LED and Optical Device Packaging and Materials”, Materials for Advanced Packaging, Springer US, pp 629-680, 2009, doi: 10.1007/978-0-387-782195_18 [46] Zongyuan LIU, Sheng LIU, Kai WANG, Xiaobing LUO, “Status and prospects for phosphorr-based white LED packaging”, Frontiers of Optoelectronics in China, vol 2, Issue 2, pp 119–140, 2009, doi: 10.1007/s12200-009-0011-2 [47] Rotation and revolution technology- Principles and characteristics, https://www.thinkymixer.com/en-gl/planetary-centrifugal-system/ [48] Spectral Power Distribution, Quang phổ loại nguồn sáng, https://www.lrc.rpi.edu/cscalculator/ 63 ... Nguồn sáng LED 1.2.5 So sánh loại đèn 12 Tổng quan số nghiên cứu đóng gói LED phosphor 14 1.3.1 Tổng quan đóng gói LED trắng 14 1.3.2 Tổng quan đóng gói LED nơng nghiệp. .. LED 3) Packaging: Đóng gói LED 4) Testing: Kiểm tra Hình 2.1 Quy trình cơng nghệ đóng gói LED [41] Trong bước 3- quy trình đóng gói LED bao gồm cơng đoạn: Hình 2.2 Sơ đồ khối quy trình đóng gói. .. phổ LED 10 Hình 1.17 Cơ chế phát quang chung LED phosphor [23] Hình 1.18 Cấu trúc quang phổ LED trắng b/ Ứng dụng chiếu sáng nông nghiệp Đèn LED sử dụng LED phosphor chiếu sáng dân dụng, ánh sáng