Nghiên cứu chế tạo hệ điện tử cho thiết bị đánh giá nhanh chất lượng diode phát sáng trắng

B TR GIÁO D CăVĨăĐĨOăT O NGăĐ I H C BÁCH KHOA HÀ N I - LểăTHANHăĐ C NGHIÊN C U CH T O H ĐI N T CHO THI T B ĐÁNHă GIÁ NHANH CH TăL NG DIODE PHÁT SÁNG TR NG LU NăVĔNăTH CăSƾăăK THU T Hà N i – Năm 2017 B TR GIÁO D CăVĨăĐĨOăT O NGăĐ I H C BÁCH KHOA HÀ N I - LểăTHANHăĐ C NGHIÊN C U CH T O H ĐI N T CHO THI T B ĐÁNHă GIÁ NHANH CH TăL NG DIODE PHÁT SÁNG TR NG Chuyên ngành: K thu t vi n thông LU NăVĔNăTH CăSƾăăK THU T NG IH NG D N KHOA H C: TS Nguyễn Vũ Thắng Hà N i – Năm 2017 L I C Mă N Luận văn th c sỹ đ c hỗ tr chuyên môn đ nghiệm Hiển vi điện tử vi phân tích d i h c thực t i phịng thí ng d n mặt đ nh h ng khoa h c, ph ơng pháp luận c a TS Nguyễn Vũ Thắng TS Nguyễn Đ c Dũng Luận văn th c sỹ đ c thực khuôn khổ c a đề tài:ắNghiênă c u xây d ng quyătrìnhăđánhăgiáănhanhăch tăl ngăĐi- tăphátăquangăLED” Kết qu nghiên c u luận văn m t phần Đề tài nghiên c u cấp B GD&ĐT ―Nghiên c u xây dựng quy trình đánh giá nhanh chất l ng Đi- t phát quang LED‖ mư s B2013.01.61.CT Tơi xin t lịng kính tr ng biết ơn đôi v i TS Nguyễn Vũ Thắng TS Nguyễn Đ c Dũng đư tận tình h ng d n cung cấp tài liệu, thông tin khoa h c cần thiết cho luận văn Đồng th i xin cám ơn Lưnh đ o tr ng Đ i h c Bách khoa Hà N i Viện Điện tử - Viễn thông đư t o điều kiện cho tơi hồn thành t t cơng việc nghiên c u c a Cu i tơi mu n gửi l i c m ơn chân thành t i tồn thể gia đình tơi đư ni d ỡng t o điều kiện cho đ c nh ngày hôm nay, c m ơn ng i bên ng h M t lần xin chân thành c m ơn! Hà Nội, ngày tháng H c viên cao h c LêăThanhăĐ c năm 2017 L IăCAMăĐOAN Tôi xin cam đoanμ B n luận văn t t nghiệp cơng trình nghiên c u thực c a cá nhân, đ c thực sở nghiên c u lý thuyết, thực tế d i h ng d n c a TS Nguyễn Vũ Thắng – Viện Điện tử Viễn thông TS Nguyễn Đ c Dũng – Viện Tiên tiến Khoa h c Công nghệ, Tr Các s liệu, kết qu , kết luận đ ng Đ i h c Bách Khoa Hà N i c tham kh o đư đ c trích d n nguồn đ y đ M t lần xin khẳng đ nh trung thực c a l i cam kết Hà Nội, ngày tháng Tác gi lu năvĕn LêăThanhăĐ c năm 2017 M CL C L i cám ơn L i cam đoan M cl c Danh m c ký hiệu, chữ viết tắt Danh m c b ng Danh m c hình vẽ, đồ th L i nói đầu Ch ơng I Tổng quan chiếu sáng WLED Sơ l c chiếu sáng rắn 1.1 L ch sử phát minh, phát triển c a LED 1.2 Các gi i pháp chiếu sáng trắng – đèn LED trắng (WLED) Các đặc tr ng quang h c c a LED Đặc tr ng th i gian s ng đ tin cậy c a LED Kết luận Ch ơng II Nghiên c u chế t o hệ th ng già hóa WLED Thiết kế chế t o hệ th ng nguồn dịng ni WLED 1.1 u cầu thiết kế 1.2 Sơ đồ kh i 1.3 Thiết kế nguyên lý 1.4 Thiết kế layout Thiết kế chế t o hệ đo già hóa đèn WLED 2.1 Yêu cầu thiết kế 2.2 Sơ đồ thiết kế 2.3 Hệ th ng điều khiển cấp nhiệt 2.4 Hệ th ng chuyển đổi tín hiệu quang – điện 2.5 Kết n i máy tính Mơ hình suy gi m quang thông c a LED 3.1 Hàm phân b Weibull dành cho xác suất s ng sót 3.2 Mơ hình suy gi m quang thông để dự báo th i gian s ng Kết luận Ch ơng III Kết qu thực nghiệm Hệ già hóa tăng c ng để đánh giá nhanh WLED c l ng th i gian s ng c a LED Kết luận Kết luận ph ơng h ng phát triển Ph l c Ph l c Tài liệu tham kh o LÊ THANH Đ C 1 7 10 21 21 26 26 27 27 32 39 41 41 42 44 52 58 69 69 71 74 75 75 76 79 80 81 84 86 DANH M C CÁC KÝ HI U, CÁC T Đi t phát quang Đi t phát ánh sáng trắng y ban qu c tế chiếu sáng Th i gian h h ng trung bình Th i gian h ho i trung bình Chu kỳ ho t đ ng khơng b o trì Chu kỳ ho t đ ng không h h ng Nhiệt đ t ơng quan màu Hệ s tr màu Chip gắn m ch Rơ le bán d n B điều khiển vi tích phân tỉ lệ Chuyển đổi tín hiệu t ơng tự sang s Tiêu chu n Việt Nam LED WLED CIE MTBF MTTF MFOP FFOP CCT CRI COB SSR PID ADC TCVN LÊ THANH Đ C VI T T T DANH M C B NG B B B B B B B ng Tín hiệu nguồn vào 29 ng Các tín hiệu kh i điều khiển 31 ng Các tín hiệu kh i giao tiếp 31 ng Các tín hiệu kh i nguồn dịng 32 ng Các tín hiệu kh i hiển th 33 ng Thông s điện trở c a PT100 ng v i nhiệt đ đo 46 ng Các tín hiệu c a chân đầu n i DB - máy tính IBM PC 65 LÊ THANH Đ C DANH M C CÁC HÌNH VẼ,ăĐ TH Hình Cấu t o WLED chế phát ánh sáng trắng [17] Hình Phổ phát quang c a WLED sử d ng chip LED xanh GaN InGaN (có đỉnh t i 465nm) b t huỳnh quang Ce:YAG (trong kho ng 500-700nm) [20] Hình Cấu t o c a mắt ng i cấu t o chi tiết c a võng m c v i tế bào c m quang [21] 10 Hình Các chế đ nhìn c a mắt ng i tế bào điều tiết t ơng ng [5] 10 Hình Đ nh y tế bào que nón theo b c sóng ánh sáng [22] 11 Hình Hàm nh y sáng mắt ng i theo chu n CIE [5] 12 Hình Hàm pha màu CIE 1931 1978 [5] 13 Hình Biểu đồ màu CIE 1931 14 Hình Phân b màu biểu đồ màu CIE 1931 14 Hình 10 Các elip MacAdam biểu đồ màu 15 Hình 11 Biểu đồ màu CIE 1976 v i elip MacAdam 16 Hình 12 Phổ ánh sáng c a vật đen tuyệt đ i phát sáng v i nhiệt đ khác 17 Hình 13 Đ ng cong Planck điểm chu n hóa: A – Đèn s i đ t, B – Ánh sáng Mặt Tr i, C – Tr i nhiều mây, D65 – Ánh sáng ban ngày, E – Điểm đẳng 18 Hình 14 Các đ ng đẳng nhiệt biểu đồ màu x, y 19 Hình 15 Suất ph n x c a màu chu n CIE để tính CRI 20 Hình 16 Dự đốn th i gian s ng c a LED [23] 21 Hình 17 Giá tr L70 đ c công nhận r ng rãi th i gian s ng c a LED 22 Hình 18 Đ ng lịng máng c a tỉ lệ h h ng theo th i gian 23 Hình 19 Mơ hình Lịng máng (trên) mang tính th ng kê t ng, mơ hình PoF (d i) sâu vào nguyên nhân mang tính b n chất vật lỦ gây h h ng [25] 24 Hình 20 Hiệu suất phát quang c a lo i thiết b chiếu sáng [29] 26 Hình 21 Sơ đồ kh i hệ th ng 28 Hình 22 Kh i nguồn vào 29 Hình 23 Kh i điều khiển 29 Hình 24 Kh i giao tiếp 30 Hình 25 Kh i nguồn dòng 31 Hình 26 Kh i hiển th 32 Hình 27 Sơ đồ nguyên lý nguồn vào 33 Hình 28 Sơ đồ nguyên lý kh i điều khiển 35 Hình 29 Sơ đồ kh i kh i giao tiếp 36 Hình 30 Module LCD20x4 36 Hình 31 Sơ đồ kết n i module LCD20x4 37 Hình 32 Sơ đồ kh i kh i kênh nguồn dòng 38 Hình 33 Sơ đồ Layout kênh nguồn dịng 39 Hình 34 Kh i điều khiển hiển th 40 Hình 35 Kh i giao tiếp 40 Hình 36 Phần trăm đ bất đ nh đánh giá ph thu c vào s l ng m u đo 41 LÊ THANH Đ C Hình 37 Thiết kế tổng thể hệ đo già hóa LED 43 Hình 38 Sơ đồ nguyên lỦ điều khiển nhiệt đ 44 Hình 39 M ch khuếch đ i thuật toán 46 Hình 40 Đồ th PV theo th i gian, ba giá tr Kp (Ki Kd s ) 48 Hình 41 Đồ th PV theo th i gian, t ơng ng v i giá tr Ki (Kp Kd khơng đổi) 48 Hình 42 Đồ th PV theo th i gian, v i giá tr Kd (Kp and Ki khơng đổi) 49 Hình 43 Rơ le bán d n thông d ng 49 Hình 44 Thông s kỹ thuật c a b điều khiển TC4M-14R 51 Hình 45 Sơ đồ đấu n i thiết b TC4M-14R 51 Hình 46 Hệ th ng điều khiển cấp nhiệt 52 Hình 47 Sơ đồ vùng l ng c a photodiode PIN 53 Hình 48 Cấu trúc c a APD điện tr ng vùng trôi 54 Hình 49 Photodiode dùng để thu thập tín hiệu quang c a WLED v i sơ đồ m ch khuếch đ i tín hiệu đo đ c 57 Hình 50 Sơ đồ hệ đo trực tiếp quang thông WLED sử d ng photodiode 57 Hình 51 Đo thử nghiệm quang thơng c a WLED đầu đo photodiode 58 Hình 52 M ch t o nguồn 59 Hình 53 M ch tái bật nguồn reset để 89C51 60 Hình 54 M ch biến đổi sơ cấp 60 Hình 55 M ch chuyển đổi ADC 61 Hình 56 Đóng khung liệu kí tự ―A‖ 62 Hình 57 N i kết không modem 64 Hình 58 Sơ đồ bên c a MAX232 vàsơ đồ n i ghép c a MAX232 v i 8051 65 Hình 59 T o kết n i cổng COM o 66 Hình 60 Sơ đồ nguyên lý 67 Hình 61 Sơ đồ thuật toán 68 Hình 62 Hàm tích lũy phân b Weibull 70 Hình 63 Hàm phân b mật đ Weibull 70 Hình 64 Suy gi m quang thơng theo th i gian dòng cấp khác c a LED Philips Luxeon K2[41] 71 Hình 65 Suy gi m quang thông theo th i gian nhiệt đ khác c a LED Philips Luxeon K2 [41] 72 Hình 66 Minh h a trình ngo i suy th i gian s ng c a LED t i nhiệt đ phòng 74 Hình 67 Hệ đánh giá nhanh LED sau đ c lắp đặt 75 Hình 68 Suy gi m quang thơng theo th i gian đo đ c t i nhiệt đ 100oC (373 K), dòng phát 150 mA 77 Hình 69 Đ thay đổi quang thơng theo nhiệt đ , I = 150mA 78 LÊ THANH Đ C L IăNịIăĐ U Công nghệ chiếu sáng rắn (Solid State Lightning) công nghệ đ i, thu hút đ c quan tâm tồn cầu Có thể nói cơng nghệ c a t i t ơng lai lĩnh vực chiếu sáng, thay công nghệ chiếu sáng truyền th ng v i hiệu suất v t tr i Tr ng tâm c a công nghệ chiếu sáng rắn nghiên c u phát triển t phát quang (Light Emitting Diode – LED), t phát ánh sáng trắng (WLED) Đ kỷ tr c phát minh bất ng từ năm 1λ07, nh ng ph i từ sau thập kỷ 1960 c a c, LED m i thực trở thành m t linh kiện đa d ng h a hẹn cho công nghệ chiếu sáng ngày v i u điểm nh , bền, sáng, tin cậy hiệu suất cao, đóng vai trị then ch t công nghệ ngày Các thiết b chiếu sáng sử d ng đèn LED xuất khắp nơi, đầu đ c đĩa CD DVD c a máy vi tính, b phận truyền d n tín hiệu c a điều khiển từ xa, đèn tín hiệu giao thông… Việc đánh giá th i gian s ng, đ tin cậy, đ ổn đ nh hiệu suất c a LED, việc nghiên c u nh h ởng tác đ ng yếu t nhiệt, điện t i thơng s đóng m t vai trị quan tr ng Cơng việc địi h i kỹ thuật đo đ c chuyên sâu t n nhiều th i gian, công s c, xuất nhu cầu đánh giá nhanh thông s M t ph ơng pháp phổ biến ph ơng pháp già hóa tăng c ng, t c cho LED ho t đ ng điều kiện cực đoan nh nhiệt đ môi tr ng ho t đ ng cao, dòng cấp l n so v i chế đ ho t đ ng thông th ng để LED già hóa nhanh Từ việc đánh giá đặc tr ng suy gi m điều kiện cực đoan suy suy gi m điều kiện th ng H ng nghiên c u đ c quan tâm trình nghiên c u, phát triển Hầu nh ch a có tiêu chu n cho quy trình đánh giá nhanh LED dựa ph ơng pháp già hóa tăng c ng Đề tài nghiên c u tập trung thiết kế hệ th ng điện tử (đầu đo, tr ng nhiệt đ có điều khiển, nguồn dịng ổn đ nh, khuếch đ i tín hiệu, thu thập ghi s liệu…) cho hệ già hóa tăng c ng nhằm ph c v nghiên c u đánh giá nhanh đ tin cậy th i gian s ng c a WLED LÊ THANH Đ C [ [ ( ( )] )] ( , ta đ Fit tuyến tính điểm s liệu giao điểm tr c tung nh ) Từ tính đ c hệ s góc c hệ s c a (5) tìm đ c Hình 66 Minh họa trình ngoại suy thời gian sống LED nhiệt độ phòng K t lu n Trong ch ơng 2, tác gi đư thiết kế cấu trúc, tính tốn thiết kế hệ th ng già hóa WLED sở lý thuyết đ a đ c kết qu đo kiểm thực t i phịng thí nghiệm Hệ th ng già hóa WLED giúp nhóm nghiên c u rút ngắn th i gian đánh giá tuổi th WLED dễ dàng điều khiển, lấy kết qu thông qua ghép n i v i máy tính LÊ THANH Đ C 74 CH H giƠăhóaătĕngăc NGăIII:ăK T QU TH C NGHI M ngăđ đánhăgiáănhanhăWLED Hình 67 Hệ đánh giá nhanh LED sau lắp đặt LÊ THANH Đ C 75 Hình 67 mơ t tồn b hệ già hóa tăng c môi tr ng, bao gồm hệ th ng lò t o nhiệt đ ng ổn đ nh quanh LED, hệ cấp nguồn dịng khơng đổi, hệ d n quang đầu đo chuyển đổi tín hiệu quang điện, hệ th ng xử lý thu thập tín hiệu… Các b phần nh lò t o nhiệt đ , nguồn dịng khơng đổi, hệ d n quang, đầu đo chuyển đổi quang điện, hệ th ng khuếch đ i thu thập, ghi s liệu th a mãn yêu cầu c a m t hệ đo già hóa tăng c ng cho LED nh đư mô t chi tiết t i Phần II Các thơng s c a hệ đo già hóa sau đ c chế t o nh sauμ + Nguồn dòng m t chiều điện áp 20V, cơng suất t i đa 40W Dịng cấp có đ ổn đ nh ±0.5 mA tinh chỉnh tay Đ trơi q trình đo cỡ 1mA/tuần + Hệ lị t o nhiệt đ có kích th c 40×20× 20 cm, đ giữ c đ nh, ch ng rung lắc Buồng nhiệt có kích th c trang b khung thép để c 21 × 15 × cm, có nắp ch t Từ buồng nhiệt có lỗ để đặt ng th ch anh d n sáng, h ng thẳng t i v trí c đ nh c a photodiode giá gắn lên khung Bên hơng buồng có qu t để t o đ i l u c ỡng b c giữ nhiệt đ buồng phân b Trong buồng lắp đặt giá gắn LED n i tiếp song song, đặt t i đa LED lúc Cặp nhiệt điện đặt d i giá.B điều khiển nhiệt đ Autonics TC4M v i sai s hiển th 0,5% hay ± 2oC Giá tr nhiệt đ ổn đ nh v i đ trôi cỡ 1oC/tuần + ng d n quang làm th ch anh đ m b o đ hai đầu thay đổi không đáng kể Photodiode đ ho t đ ng kho ng b kho ng đo d 2.ă căl c sử d ng lo i OSRAM BPX 61 c sóng 400 – 1000 nm, có đ nh y 70 nA/lx t i b sóng 850 nm.Tín hiệu từ photodiode đo đ 470 kΩ Tín hiệu đ c đ hao h t quang thông c c điện áp hai cực v i điện trở R = c đo thiết b Keithley 2602A v i đ xác 0,015% cho i 100 mV ng th i gian s ng c a LED Sử d ng hệ già hóa tăng c ng đư đ c xây dựng, kết qu đo ph thu c quang thông t ơng đ i c a WLED theo th i gian t i nhiệt đ T = 100oC đ Hình 68 điểm thực nghiệm (màu đ , hình trịn) đ gi m quang thông đ t t i gần 6% Đ c trình bày c đo 4000 h v i đ suy ng cong màu đen đậm kết qu kh p hàm Weibull theo ph ơng pháp bình ph ơng t i thiểu Từ kết qu kh p s liệu, ta có LÊ THANH Đ C 76 - k0 = 2,54 ± 0,05, - τ0 = 12300 ± 400 h Sử d ng hệ đo già hóa, 05 WLED gi ng đ c đo tiến hành đồng th i, kết qu đo hoàn toàn t ơng tự nh Hình 68 Hình 68 Suy giảm quang thông theo thời gian đo nhiệt độ 100oC (373 K), dịng phát 150 mA Tiếp đó, để ngo i suy đ c th i gian s ng c a WLED t i nhiệt đ phòng, ta tiến hành đo đ thay đổi quang thông theo nhiệt đ (Hình 69) Kh p hàm tuyến tính điểm LÊ THANH Đ C , ta đ c hệ s góc 77 Hình 69 Độ thay đổi quang thơng theo nhiệt độ, I = 150mA Từ đó, tính đ c tính : [ Suy ra: ( √ )] ( ) Nh th i gian s ng c a LED nói cỡ 34500 gi Các giá tr phù h p v i công b c a nhà s n xuất LED nh phù h p v i mơ hình sai h ng đư đ c đề Nh vậy, cách đo suy gi m quang thông c a LED theo th i gian t i m t nhiệt đ môi tr ng cao (cỡ 100 OC) th i gian cỡ 4000 h (kho ng – tháng) đo ph thu c c a quang thông theo nhiệt đ (phép đo thực vòng cỡ 4h), từ LÊ THANH Đ C cl ng giá tr th i gian s ng c a LED t i nhiệt đ phòng 78 (cỡ 20000 – 50000h) Bằng ph ơng pháp già hóa tăng c ng, nh đánh giá nhanh th i gian s ng c a LED (cỡ vài năm) sau kho ng th i gian đo cỡ – tháng Sai s mắc ph i đ c cl ng cỡ 20% K t lu n Ch ơng đư trình bày kết qu thực nghiệm tính tốn gìa hóa 05 WLED t i nhiệt đ 1000C v i dòng cấp 150 mA, kết kết qu kh p hàm Weibull theo ph ơng pháp bình ph ơng t i thiểu Nh vậy, hệ già hóa tăng c ng đư đ cho trình đo nghiên c u mơ hình già hóa tăng c c chế t o đ m b o ng, góp phần đánh giá nhanh đ tin cậy, th i gian s ng c a LED (th i gian đo cỡ 1/10 th i gian s ng) Các mơ hình già hóa tăng c ng xác v n tiếp t c đ phép đo thực nghiệm hệ già hóa tăng c LÊ THANH Đ C ng 79 c nghiên c u dựa K T LU N VĨăPH NGăH NG PHÁT TRI N Đư nghiên c u thiết kế, chế t o hệ đo già hóa tăng c ng ph c v công việc nghiên c u đánh giá nhanh th i gian s ng, đ tin cậy c a LED dùng công nghệ chiếu sáng rắn Các mô-đun c a hệ đư đ c thiết kế, chế t o thành cơng bao gồm: - Nguồn dịng m t chiều điện áp 20V, công suất t i đa 40W Dịng cấp có đ ổn đ nh ±0.5 mA đ trơi q trình đo cỡ 1mA/tuần - Hệ lị t o nhiệt đ có kích th c 40 × 20 × 20 cm, đ để giữ c đ nh, ch ng rung lắc Buồng nhiệt có kích th c trang b khung thép c 21 × 15 × cm, có nắp ch t Hệ t o nhiệt đ có sai s hiển th 0,5% hay ± 2oC Giá tr nhiệt đ ổn đ nh v i đ trôi cỡ 1oC/tuần d i đo từ nhiệt đ phòng t i 200oC - Hệ d n quang làm th ch anh đ m b o đ hai đầu thay đổi không đáng kể Photodiode đ c đ hao h t quang thông c sử d ng để chuyển đổi tín hiệu quang – điện Tín hiệu đo có đ xác 0,015% cho kho ng đo d i 100 mV, ổn đ nh theo th i gian dài cỡ vài tháng - Hệ khuếch đ i tín hiệu, ghi nhận s liệu tự đ ng đư đ Hệ đo già hóa tăng c nghiên c u già hóa tăng c ng sau đ c nghiên c u chế t o đư ph c v việc ng, phép đo đ (cỡ tháng) t i nhiệt đ 100oC cho phép c thiết kế cl c thực th i gian cỡ 4000h ng th i gian s ng c a LED t i nhiệt đ phòng cỡ 35000h, sai s cỡ 20% Kết qu có Ủ nghĩa thực tế, đ m b o đánh giá nhanh tuổi th c a LED, góp phần vào việc kiểm sốt chất l chiếu sáng s n xuất, kinh doanh qu n lỦ nhà n ng s n ph m c Mở r ng nghiên c u sang đánh giá tuổi th module laser sử d ng đ i trà hệ th ng thông tin quang Tính tốn tuổi th module dựa tỉ s lỗi bit sau đ a vào hệ th ng già hóa LÊ THANH Đ C 80 PH L C Tiêu chí kỹ thuật cho chip WLED dùng chiếu sáng dân dụng Ph m vi áp d ng B tiêu chí u cầu thơng s kỹ thuật đ i v i chip WLED có cơng suất từ 0,2 t i W dùng thiết b chiếu sáng dân d ng Tài li u vi n d n TCVN 78λ6μ2015, Bóng đèn huỳnh quang compact - Hiệu suất l TCVN 824λμ2013, Bóng đèn huỳnh quang ng thẳng - Hiệu suất l ng ng TCVN 9894:2013 (IEC/TS 62504:2011), Chiếu sáng thông d ng - LED mô đun LED - Thuật ngữ đ nh nghĩa TCVN 10485μ2015 (IEC 62717μ2014), Môđun LED dùng cho chiếu sáng thông d ng – Yêu cầu tính TCVN 10885-1:2015 (IEC 62722-1μ2014), Tính đèn điện Phần 1: Yêu cầu chung TCVN 10885-2-1:2015 (IEC 62722-2-1μ2014), Tính đèn điện Phần 2-1: Yêu cầu c thể đ i v i đèn điện LED Thu t ng vƠăđ nhănghƿa Tiêu chu n sử d ng thuật ngữ đ nh nghĩa trong, TCVN λ8λ4 (IEC/TS 62504), 10485:2015 (IEC 62717:2014) thuật ngữ đ nh nghĩa sauμ 3.1 WLEDăđ n Chip LED phát ánh sáng trắng 3.2 Nhi tăđ t ngăquanămƠuă(CCT)ădanhăđ nh Nhiệt đ t ơng quan màu làm tròn trăm gần v i giá tr m c tiêu 3.3 Nhi t đ t ngăquanămƠuă(CCT)ăm c tiêu Nhiệt đ t ơng quan màu mà s n ph m đ c thiết kế để đ t t i Nhiệt đ t ơng quan màu thực tế c a s n ph m khác biến đ ng s n xuất, đ c kiểm soát sai s chế t o quanh giá tr m c tiêu 3.4 Kho ng cách màu (Duv) Kho ng cách đ i s ngắn c a m t điểm biểu đồ (u‘,2/3v‘) t i đ Planck LÊ THANH Đ C 81 ng cong 3.5 Th i gian s ngădanhăđ nh Th i gian WLED trì quang thơng 70% u c u k thu t 4.1 Đi u ki n th nghi m WLED ho t đ ng theo công suất danh đ nh, nhiệt đ môi tr 4.2 Nhi tăđ l p ti p xúc Tj Nhiệt đ l p tiếp xúc t i đa không d 4.3 ng Ta = 25oC Nhi tăđ môiătr Nhiệt đ môi tr i 120oC ng ho tăđ ng Ta ng ho t đ ng c a WLED t i thiểu không cao -20oC t i đa không thấp 80oC 4.4 Nhi tăđ t ngăquan màu kho ng cách màu Nhiệt đ t ơng quan màu c a WLED ph i nằm kho ng 2200 K – 6500 K nhận giá tr danh đ nh t ơng ng v i nhiệt đ t ơng quan màu m c tiêu đ CCTădanhăđ nh (K) CCT m c tiêu (K) 2200 2238 ± 102 2500 2460 ± 120 2700 2725 ± 145 3000 3045 ± 175 3500 3465 ± 245 4000 3985 ± 275 4500 4503 ± 243 5000 5029 ± 283 5700 5667 ± 355 6500 6532 ± 510 Khác (2200 – 6500) TF ± ΔT(*) 4.5 H s tr màu Duv m c tiêu 0,0000 0,0000 0,0000 0,0001 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0031 Duv (TF ) c s n xuất Sai s Duv CCT < 2870 K: 0,000 ± 0,0060 CCT ≥ 2870 Kμ Duv (T) ± 0,0060 v i Duv (T) = 57700 × T -2 – 44,6 × T -1 + 0,00854 Hệ s tr màu t i thiểu 80 v i WLED dùng chiếu sáng dân d ng, theo TCVN 7114-1: 2008 4.6 T aăđ màu T a đ màu c a WLED ph i nằm hình t giác sai s cho b ng sau, ng v i nhiệt đ t ơng quan màuμ LÊ THANH Đ C 82 4.7 Hi u su tănĕngăl Hiệu suất l ng ng (lm/W) c a WLED đ H s tr màu t i thi u ≤ă2700ăK 70 - 80 ≥ 100 90 ≥ 90 4.8 Th i gian s ngădanhăđ nh c quy đ nh nh sauμ Nhi tăđ màu CCT 3000 K ậ 4500 K ≥ 105 ≥ 95 Th i gian s ng danh đ nh t i thiểu 20.000 h LÊ THANH Đ C 83 5000 K ậ 6500 K ≥ 110 ≥ 100 PH L C Quy trình đánh giá đánh giá nhanh WLED dùng cho chiếu sáng dân dụng Ph m vi áp d ng B tiêu chí yêu cầu ph ơng pháp điều kiện thử nghiệm cho WLED nhằm ch ng t phù h p v i Ph l c B tiêu chí áp d ng cho đèn điện WLED dùng cho chiếu sáng dân d ng Tài li u vi n d n TCVN 9894:2013 (IEC/TS 62504:2011), Chiếu sáng thông d ng - LED mô đun LED - Thuật ngữ đ nh nghĩa TCVN 10485μ2015 (IEC 62717μ2014), Môđun LED dùng cho chiếu sáng thông d ng – Yêu cầu tính TCVN 10885-1:2015 (IEC 62722-1μ2014), 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 c thể đ i v i đèn điện LED Thu t ng vƠăđ nhănghƿa Tiêu chu n sử d ng thuật ngữ đ nh nghĩa trong, TCVN λ8λ4 (IEC/TS 62504), 10485:2015 (IEC 62717:2014) thuật ngữ đ nh nghĩa sauμ 3.1 Đ năđ nh Đ biến đổi c a đ i l 3.2 ng quanh m t giá tr g c m t th i gian t ơng đ i dài Đ trôi Đ biến đổi c a giá tr g c c a đ i l ng m t th i gian t ơng đ i dài Đi u ki n th nghi m 4.1 Xácăđ nh thông s k thu tăđènăWLED 4.1.1 D ng c : qu cầu tích phân 4.1.2 Yêu cầu: - S m u: t i thiểu 05 WLED cho s n ph m - S lần đoμ t i thiểu 05 lần - Sai s t ơng đ i: không 5% LÊ THANH Đ C 84 4.2 Xácăđ nh th i gian s ng: 4.2.1 D ng c : Hệ đánh giá nhanh 4.2.2 Yêu cầu: - Nguồn dòng:  C ng đ dòng: t i đa khơng 03 lần dịng danh đ nh  Đ ổn đ nh dịng: biến thiên khơng q 01%/tháng  Cơng suất: t i đa khơng 05 lần công suất danh đ nh - Buồng nhiệt:  Cách quang, cách nhiệt  Có đ i l u c ỡng b c  Chênh lệch nhiệt đ trong: không 02oC  Đ ổn đ nh nhiệt đ : biến thiên không 0,5oC  Đ trơi nhiệt đ : khơng q 02oC/tháng  Có thể hiệu chỉnh tự đ ng tay - C m biến:  Thất quang thơng d n quangμ d i 10%  Đ nh y: tuyến tính vùng quang thơng 4.2.3 Quy trình: Đặt dịng danh đ nh nhiệt đ T0 (50oC - 150oC l n nhiệt đ phịng) Kiểm tra tín hiệu đo ổn đ nh d i 0,1% Để ổn đ nh t i thiểu 200h Đo quang thông đ c Đo quang thông theo nhiệt đ gi m 05 K, lần ổn đ nh t i thiểu 15 phút tr đo, tiếp t c cho t i gần nhiệt đ phòng Thu đ cđ ng c Quay l i nhiệt đ T0, đo quang thông theo th i gian từ 1500h đến 3000h, lần cách t i đa 10h Thu đ cđ ng T i th i điểm t0, đo quang thông theo nhiệt đ gi m 05 K, lần ổn đ nh t i thiểu 15 phút tr c đo, tiếp t c cho t i gần nhiệt đ phòng Thu đ c đ ng Fit tuyến tính điểm liệu tính điểm liệu LÊ THANH Đ C đ tính đ 85 c c hệ s góc k0 Fit tuyến TÀI LI U THAM KH O [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] E F 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 [8] Nguyễn Đ c Dũng, Vũ Doưn Miên, Trần Qu c Tiến, T ng Quang Công, Đỗ Th Thanh Ph m Vũ L c, ―Nghiên c u m t s ph ơng pháp đo nhiệt đ l p chuyển tiếp c a Đi- t phát quang (LED) h ng t i việc đánh giá đánh giá nhanh chất l ng đi- t phát quang,‖ Tuyển tập Hội thảo khoa học & công nghệ chiếu sáng toàn quốc lần thứ X, Đồng H i, Qu ng Bình, 2015 [9] H J Round, ―A note on carborundum,‖ Electrical World, s 1λ, p 30λ, 1λ07 [10] O V Losev, ―Luminous carborundum detector and detection with crystals,‖ Telegrafiya i Telefoniya bez Provodov, s 44, pp 485-494, 1927 [11] R Braunstein, ―Radiative Transitions in Semiconductors,‖ Physical Review, tập λλ, s 6, p 18λ2–1893, 1955 [12] G E Pittman J R Biard, ―Semiconductor radiant diode‖ United States of America Đ c quyền nhưn hiệu 32λ3513, 20 December 1λ66 [13] N Holonyak S F Bevacqua, ―Coherent (Visible) Light Emission from Ga(As1ứx Px) Junctions,‖ Applied Physics Letters, tập 1, s 4, p 82, 1λ62 [14] T P Pearsall, B I Miller, R J Capik K J Bachmann, ―Efficient, Latticematched, Double Heterostructure LEDs at 1.1 mm from GaxIn1-xAsyP1-y by Liquid-phase Epitaxy,‖ Appl Phys Lett., tập 28 , s λ, p 4λλ, 1λ76 LÊ THANH Đ C 86 [15] S Nakamura, T Mukai M Senoh, ― Candela-Class High-Brightness InGaN/AlGaN Double-Heterostructure Blue-Light-Emitting-Diodes,‖ Appl Phys Lett , tập 64 , s 13, p 1687, 1λλ4 [16] I Akasaki, H Amano, S Sota, H Sakai, T Tanaka M Koike, ―Stimulated Emission by Current Injection from an AlGaN/GaN/GaInN Quantum Well Device,‖ Japanese Journal of Applied Physics, tập 34, s 2-11B, pp 1517-1519, 1995 [17] S Nakamura, S Pearton G Fasol, The Blue Laser Diode, Berlin: Springer, 1997 [18] N Zheludev, ― The life and times of the LEDμ a 100-year history,‖ Nature Photonics, tập 1, s 4, pp 18λ-192, 2007 [19] E Schubert, J K Kim, H Luo J.-Q Xi, ―Solid-state lighting—a benevolent technology,‖ Reports on Progress in Physics, tập 6λ, s 12, p 306λ, 2006 [20] ―Wikipedia,‖ September 2006 [Trực https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode tuyến Availableμ [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 H Yu, ―Performance characteristics of highpower light-emitting diodes,‖ tập 5187, pp 267-275, 2004 [25] W F X van Driel, Solid State Lighting Reliability - Components to Systems, Springer, 2013 [26] UL 8750: Light Emitting Diode (LED) Equipment for Use in Lighting Products, ANSI, 2009 [27] ISO 19009:2015: Small craft — Electric navigation lights — Performance of LED lights, ISO, 2015 [28] QCVN 09:2013/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia cơng trình xây dựng sử dụng lượng hiệu quả, 2013 [29] ―Solid-state lighting research and development: Multi-Year Program Plan,‖ U.S LÊ THANH Đ C 87 Department of Energy, 2013, p 10 [30] J Y T Roland Haitz, ―Solid-state lightingμ ‗The case‘ 10 years after and future prospects,‖ physica status solidi (a), tập 208, s 1, pp 17-29, 2010 [31] TCVN 8249-2013: Bóng đèn huỳnh quang ống thẳng - Hiệu suất lượng, Hà N i, 2013 [32] TCVN 7896-2015: Bóng đèn huỳnh quang compact - Hiệu suất lượng, Hà N i, 2015 [33] TCVN 7114-1-2008: Ecgônômi - chiếu sáng nơi làm việc - phần 1: nhà, Hà N i, 2008 [34] CIE 13.3-1995: Method of Measuring and Specifying Colour Rendering Properties of Light Sources, 1995 [35] ANSI C78.376-2014: Specifications for the Chromaticity of Fluorescent Lamps, 2014 [36] V D M T Q T P V L N Đ Dũng, ―Nghiên c u m t s ph ơng pháp đo nhiệt đ l p chuyển tiếp c a Đi- t phát quang (LED) h ng t i việc đánh giá đánh giá nhanh chất l ng LED,‖ Tuyển tập Hội thảo khoa học & cơng nghệ chiếu sáng tồn quốc lần thứ X, Đồng H i, Qu ng Bình, 2015 [37] D Kececioglu, Reliability & Life Testing Handbook, Pennsylvania : DEStech Publications, Inc., 2002 [38] L e a Yuanchau, ―White-Light LED Lighting Technology Life Cycle Forecasting and Its National and Company-Wide Competitiveness,‖ International (Spring) Conference on Asia Pacific Business Innovation & Technology Management, Dalian, 2011 [39] T P Ryan, ―Chapter 14μ Reliability Analysis and Life Testing,‖ Modern Engineering Statistics, John Wiley & Sons, Inc., 2007, pp 460-486 [40] W Weibull, ―A statistical distribution function of wide applicability,‖ Journal of applied mechanics, pp 294-297, 1951 [41] ―Technology White Paperμ Understanding power LED lifetime analysis,‖ Philips Lighting [42] TM-21-11: Projecting Long Term Lumen Maintenance of LED Light Sources, New York, Mỹ: IES, 2011 LÊ THANH Đ C 88 ... quyătrình? ?đánh? ?giá? ?nhanh? ?ch tăl ngăĐi- t? ?phát? ?quangăLED” Kết qu nghiên c u luận văn m t phần Đề tài nghiên c u cấp B GD&ĐT ? ?Nghiên c u xây dựng quy trình đánh giá nhanh chất l ng Đi- t phát quang... ơng II Nghiên c u chế t o hệ th ng già hóa WLED Thiết kế chế t o hệ th ng nguồn dịng ni WLED 1.1 u cầu thiết kế 1.2 Sơ đồ kh i 1.3 Thiết kế nguyên lý 1.4 Thiết kế layout Thiết kế chế t o hệ đo... suất v t tr i Tr ng tâm c a công nghệ chiếu sáng rắn nghiên c u phát triển t phát quang (Light Emitting Diode – LED), t phát ánh sáng trắng (WLED) Đ kỷ tr c phát minh bất ng từ năm 1λ07, nh ng