6. Tiến độ thực hiện
2.5.4.2. Khảo sát bước sóng phát xạ của LED Epistar 3W
Để tiến hành đo bước sóng phát xạ của các LED trong vùng bước sóng khả kiến, phép đo được đo tại phòng thí nghiệm của Bộ môn Vật Lý Ứng Dụng trường đại học khoa học tự nhiên. Sử dụng hệ đo Synapse CCD.
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 31
Hình 2.16. Hệ thống Synapse CCD và buồng tối tại Phòng Thí Nghiệm Bộ Môn Vật Lý Ứng Dụng trường đại học khoa học tự nhiên.
Mô tả: Hệ thống được bố trí trong buồng tối với mục đích ngăn không cho ánh sáng bên ngoài lọt vào ảnh hưởng đến phép đo quang. Cấu hình của hệ thống gồm cảm biến CCD gắn với quang phổ kế IHR 320, dữ liệu đầu ra được kết nối với máy tính qua cổng USB. Khi chiếu ánh sáng đơn sắc vào giữa 2 khe hẹp của quang phổ kế, ánh sáng đi vào được dẫn tới một thấu kính hội tụ trong quang phổ kế, quang phổ kế sẽ đo được cường độ sáng của nguồn sáng đơn sắc này. Một cảm biến CCD có chức năng đo bước sóng của ánh sáng đơn sắc. Từ hai dữ liệu thu được truyền vào máy tính để vẽ được đồ thị bước sóng với 2 trục X và Y. Trong đó trục X biểu thị bước sóng, trục Y biểu thị cường độ nguồn sáng.
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 32
Hình 2.17. Sơ đồ kết nối Camera CCD với máy tính
Sai số và xử lý dữ liệu
Sai số của mỗi phép đo là ± 0,1%. Các dữ liệu thu được tự động được phần mềm mô phỏng lại bằng đồ thị bước sóng.Đồ thị thu được gồm 2 trục: trục Y cường độ của nguồn sáng và trục X là trục bước sóng .
Kết quả đo thực tế LED loại Epistar 3W
Thực hiện khảo sát bước sóng với đối với các LED Epistar 3W trong buồng tối, cách ly hoàn toàn với các nguồn sáng bên ngoài để tránh tạo nhiễu.
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 33
Nhận xét: Bước sóng của LED RED 1 đo được là 643nm, dạng đồ thị bước sóng có các gợn răng cưa rất bé, cường độ bức xạ ánh sáng của LED này tương đối ổn định.
Hình 2.19. Bước sóng của LED WHITE COOL 1.
Nhận xét: Đồ thị bước sóng của LED WHITE COOL 1 có 2 đỉnh phổ, đỉnh thứ nhất ở 442nm, đỉnh thứ hai ở 560nm. Ánh sáng trắng do đèn LED này tạo ra là ánh sáng hợp bởi 2 màu tím với cực đại tại 442 nm kết hợp với ánh sáng xanh lá cây bước sóng 560nm. Nhiễu răng cưa xuất hiện mạnh tại vùng bước sóng từ 500nm trở đi, với điều kiện cách ly buồng tối, nhiễu này xuất hiện do sự bức xạ với cường độ không ổn định của LED.
Hình 2.20. Bước sóng của LED WHITE WARM 1
Nhận xét: Đồ thị bước sóng LED WHITE WARM 1 xuất hiện các đường răng cưa lớn do LED bức xạ ánh sáng với cuờng độ không đồng đều, chất lượng phát xạ của LED này không tốt.Đồ thị có 2 đỉnh bước sóng: đỉnh chính có bước
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 34
sóng 582nm (đỉnh này là đỉnh chỉnh vì bước sóng của nó nằm trong dải bước sóng vàng 570 nm < λ < 590 nm), đỉnh phụ có bước sóng 446nm.
Hình 2.21. Bước sóng của BLUE 1.
Nhận xét: Bước sóng của LED BLUE đo được là 451nm, đồ thị có đường răng cưa rất bé, cường độ bức xạ ánh sáng của LED này tương đối ổn định.
Hình 2.22. Bước sóng của GREEN 1.
Nhận xét: Bước sóng đo được của LED GREEN 1 là 526 nm, đồ thị không có đường răng cưa, chất lượng phát xạ của LED này rất tốt.
Bảng 2.4. Kết quả đo bước sóng phát xạ của LED
Ký hiệu LED Bước sóng nhà sản xuất đưa ra (nm) Bước sóng thực tế đo được+sai số (nm) LED RED 1 630 643 ±6
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 35
LED YELLOW 1 585 582±6
LED BLUE 1 460 451±4
LED GREEN 1 525 526±5
Nhận xét và đánh giá
Kết quả đo đặc tuyến của các LED Epistar 3W được vẽ lại trên hình 2.12. Từ hình trên: LED RED và WHITE WARM có đồ thị nằm cạnh nhau, cách xa hơn là đồ thị của các LED WHITE COOL, GREEN, BLUE; có sự phân bố như trên là do các LED màu sắc khác nhau thì cấu trúc vật liệu bán dẫn tạo nên cũng khác nhau, dẫn đến mức năng lượng Band gap của các vật liệu đó khác nhau.
Dựa vào bảng 2.1 và 2.2 ở Chương 2, màu sắc ứng với các mức năng lượng Bandgap và điện áp dẫn . Sắp xếp theo mức điện áp dẫn thì ta có được thứ tự sau:
Vdẫn đỏ<Vdẫn trắng ấm<V dẫn trắng lạnh<V dẫn xanh dương<V dẫn xanh lá cây.
Dạng đặc tuyến I-V của nhóm LED Epistar 3W này có thể xem như không lý tưởng so với đặc tuyến lý thuyết hình 5.1. Ở đặc tuyến lý thuyết, đặc tuyến dạng đi lên gần như thẳng đứng, còn ở hình 5.4 đặc tuyến đi lên dạng thoải, từ hình dạng này ta có thể kết luận điện trở R của nhóm LED Epistar 3W là đáng kể nên ảnh hưởng tới dạng đặc tuyến của nó .Chứng tỏ có công suất hao phí do nhiệt năng gây ra (P = RI2). Liên hệ với thực tế hoạt động của các LED này tỏa ra rất nhiều nhiệt năng, khi sử dụng phải hàn dưới LED đế tản nhiệt bằng nhôm. Dự đoán khi hoạt động trong thời gian dài với nhiệt độ tỏa ra cao thì độ bền của LED sẽ giảm.
Đánh giá
Từ đồ thị đặc tuyến I-V theo nhiệt độ phòng (To) và tại nhiệt độ T1 ta nhận thấy :
- Tại nhiệt độ To dòng qua LED Die bắt đầu dẫn tại Uo = 2,5 V, dòng đạt Imax=0,25 A tại Uo’ = 3,6 V.
- Tại nhiệt độ T1 sau khi LED Die bị nung nóng, LED Die bắt đầu dẫn tại U1=2,3 V, dòng đạt Imax =0,25 A tại U1’=3,4 V.
Khi tăng nhiệt độ thì điện áp bắt đầu dẫn của LED Die hạ xuống.
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 36
Trong chất bán dẫn tồn tại một mức năng lượng gọi là mức năng lượng vùng cấm EG. Để điện tử và lỗ trống có thể tái hợp với nhau thì phải kích thích một năng lượng lớn hơn mức năng lượng EG.
Quy trình đo thực hiện theo các bước sau: Bước 1: Chuẩn bị mẫu đo.
Bước 2: Khởi động hệ thống 4200-SCS và thiết lập các thông số cần thiết cho việc đo I-V: thông số điện áp quét vào từ hai đầu dò, thông cường độ dòng tối đa.
Bước 3: Áp hai mũi kim đầu dò vào hai điện cực của bóng LED.
Bước 4: Tiến hành cho chạy phép đo, đặc tuyến thu được hiển thị trực tiếp lên màn hình máy tính dưới dạng đồ thị.
Bước 5: Sao lưu dữ liệu dưới dạng bảng tính excel, lưu hình ảnh đồ thị dưới dạng file ảnh và kết thúc phép đo.
Đây là hệ hỗ trợ các tính năng đo kiểm trực tiếp linh kiện ở dạng chưa đóng gói còn trên wafer cho phép qua sát bề mặt của linh kiện thông qua hệ microscope. Với các dạng chíp LED điều này sẽ hỗ trợ việc quan sát vị trí phát sáng và thời điểm phát sáng khi cấp điện vào cho chíp. Tính năng này sẽ hỗ trợ việc ghi nhận giải thích thêm các thông số về góc phát sáng và điện áp đặt để LED có thể phát sáng mạnh nhất và yếu nhất.