Nghiên cứu ứng dụng của vật liệu huỳnh quang đỏ để tối ưu LED trắng

Mục đích

̶ Tổng quan tình hình nghiên cứu vật liệu huỳnh quang đỏ ứng dụng cho LED trắng.

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

• Xây dựng phổ tính toán dựa trên phổ thực nghiệm 1. Xây dựng phổ LED đơn sắc Blue
• Quy trình tính toán CCT, CRI và LER

Hàm số Gaussian kép (đường nét liền) của chip LED đơn sắc với bước sóng đỉnh 464 nm và phổ thực nghiệm (đường nét đứt) của chip LED Blue [37]. Mục đích cho 𝜆 chạy với bước nhảy 5 nm để đảm bảo có thể quét tất cả các trường hợp có thể xảy ra trên dải ánh sáng từ 600 – 695 nm, 𝑟 biểu diễn cho việc thay đổi các cường độ cho từng tổ hợp LED khác nhau với ba đơn vị cấu thành. Khi đã có được tất cả các phổ tổng, tiếp tục tiến hành áp dụng công thức tính toán các tham số cần thiết như: CCT, CRI và LER.

Ba tham số này tương ứng với mức độ kích thích của ba loại tế bào hình nón, về nguyên tắc mô tả bất kỳ cảm giác màu sắc nào của con người. Tuy nhiên, khi nói về không gian màu thể hiện màu sắc của vật, các giá trị kích thích ba chiều (tristimulus) thường hay được sử dụng hơn thay vì không gian màu LMS được xác định bởi ba tế bào hình nón. Chúng có thể được coi là các đường cong độ nhạy quang phổ mang lại các giá trị kích thích ba chiều CIE X, Y, Z.

Ba hàm hợp màu xác định các giá trị cường độ của ba màu cơ bản và bất kì màu sắc nào cũng có thể tạo ra bởi ba hàm trên. - Phương pháp đồ thị: Sau khi chuyển sang tọa độ màu mới, xác định được vị trí u, v của nguồn sáng, sau đó kẻ đường vuông góc đến đường quỹ tích Plank. Khi đó CCT của nguồn sáng chính là nhiệt độ của vật đen tuyệt đối có tọa độ màu tại giao điểm giữa đường vuông góc với đường quỹ tích.

Trước đó, hệ tọa độ màu CIE 1931 đã được phát triển, nhưng nó không thể đáp ứng được một số yêu cầu về chính xác trong mô tả màu sắc. Trong đồ án này, chúng tôi đã sử dụng phương pháp tính gần đúng nhằm giải quyết bài toán tính toán phức tạp hơn phương pháp đồ thị. Điều này đặc biệt quan trọng trong những trường hợp không thể trình bày trên giấy để tính toán bằng phương pháp đồ thị, do lượng dữ liệu cần xử lý là rất lớn.

Phương pháp tính gần đúng đã được áp dụng trong các nghiên cứu trước đây và là lựa chọn hợp lý để đạt được kết quả chính xác và hiệu quả trong nghiên cứu khoa học. Bước 5a: Tính các hằng số c và d cho nguồn sáng cần kiểm tra (chỉ số phụ là k) và nguồn sáng tham chiếu (chỉ số phụ là ref). Bước 5b: Áp dụng công thức tính sự dịch chuyển màu thích ứng đối với mỗi TCS được đặt dưới nguồn sáng cần kiểm tra.

KẾT QUẢ TÍNH TOÁN

Nhận thấy rằng, mật độ phân bố tập trung chủ yếu là khi LER lớn hơn 250, chúng ta cũng có thể thấy được rằng khi CCT tăng thì LER giảm và số trường hợp đạt LER lớn nhất tại các bin CCT cũng giảm. Nhìn chung, cả ba đồ thị thể hiện sự phân bố CRI, R9 và LER theo các bin CCT khác nhau của LED đều có dạng đường dốc đi xuống ở các giá trị cực đại, nghĩa là, khi CCT tăng dần thì CRI, R9 và LER giảm dần. Sự phụ thuộc của CRI vào bước sóng đỉnh của phosphor đỏ tại các CCT khác nhau được thể hiện ở Hình 3.3.

Tương tự, sự phụ thuộc của LER vào bước sóng đỉnh và bán độ rộng phổ của phosphor đỏ tại các bin CCT khác nhau cũng được thể hiện trên Hình 3.5 và 3.6. Có thể thấy ở trên Hình 3.5, khi bước sóng đỉnh của phosphor đỏ tăng dần thì giá trị cực đại của LER giảm dần. Sự phụ thuộc của LER vào bán độ rộng của phosphor đỏ tại các bin CCT khác nhau được thể hiện ở Hình 3.6 cho thấy LER phân bố khá đồng đều tại các.

Ở các CCT khác nhau với bán độ rộng phổ khác nhau, các giá trị LER cực đại thu được đều có giá trị lớn hơn 300 lm/W. Quan sát trên hình có thể thấy, dạng phân bố chủ yếu là dạng hình cánh cung, từ cực tiểu tăng dần lên cực đại và sau đó giảm dần, với mật độ phân bố khá. CCT được chia thành ba trường hợp, tương ứng với màu trắng ấm, màu trắng trung tính và màu trắng lạnh.

Khi CCT là màu trắng trung tính, các trường hợp CRI phân bố tập trung ở viền trên của đường cong. Khi CCT là trắng lạnh, số lượng các trường hợp tối ưu đạt được ít hơn so với hai trường hợp CCT trắng ấm và trắng trung tính. Ngoài ra, các giá trị CRI thu được không vượt quá giá trị 80 nên LER trong các trường hợp này không được xét đến.

Có thể thấy rằng số trường hợp có CRI trên 60 của các CCT trắng ấm và trắng trung tính nhiều hơn so với trắng lạnh. Tuy nhiên, khi CRI lớn hơn 80, số trường hợp ở CCT màu trắng ấm nhiều hơn so với hai trường hợp còn lại. Ứng với mỗi bin CCT ở nghiên cứu này chúng tôi đều xác định điểm CRI cực đại và LER cực đại khi CRI trong khoảng lớn hơn hoặc bằng 80.

Nghĩa là, theo sự tăng dần của bước sóng đỉnh của phosphor đỏ, các giá trị CRI cực đại cũng tăng dần. Đặc điểm của các LED khi LER cực đại (CRI = 80) ở các bin CCT khác nhau từ trắng ấm đến trắng lạnh.