NGUYỄN THANH PHONG
KHẢO SÁT VÀ ĐỀ XUẤT TIÊU CHUẨN CỦA LED
Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện Nanô
(Chuyên ngành đào tạo thí điểm) LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS : NGUYỄN VĂN HIẾU
Thành phố Hồ Chí Minh - 2014

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Tên đề tài khoá luận tốt nghiệp (nếu làm khóa luận tốt nghiệp): Thiết kế các hệ đo
đường nữa ngày, xác định thiên đỉnh và lắp đặt kính thiên văn.
Thời gian bảo vệ (ngày, tháng, năm) 29/08/1997
Nơi bảo vệ (trường, thành phố): Hội đồng chấm luận văn khoa vật lý trường Đại học
sư phạm TP Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn khoá luận tốt nghiệp: TS. Trần Quốc Hà.

Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu

HVTH: Nguyễn Thanh Phong ii III. Quá trình công tác:

Thời gian
Nơi công tác
Công việc đảm nhiệm
1998-1999
Trường THCS Vĩnh Lộc A
Giáo viên
1999-2005
Trường Bồi Dưỡng Giáo dục Bình Chánh
Giáo viên
2005-2012
Phòng Giáo dục huyện Bình Chánh
Phụ trách chuyên môn
2012-nay
Trường THPT Bình Chánh
Giáo viên


thí nghiệm để tôi thực hiện đề tài, nhắc nhở, đôn đốc, chỉ bảo tận tình để tôi hoàn chỉnh nội
dung luận văn này.
Để có được kiến thức làm luận văn tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy ở phòng thí
nghiệm đã truyền đạt kiến thức cho tôi cụ thể: GS-TS. Đặng Mậu Chiến; TS. Tống Duy
Hiển; TS Đoàn Đức Chánh Tín . . .
Chân thành cảm ơn ban giám đốc cùng toàn thể nhân viên Trung Tâm Nghiên cứu
và Triển khai khu công nghệ cao đã tạo điều kiện cho tôi được làm việc với phòng sạch tại
đây. Bày tỏ lòng biết ơn của mình đến thày cô khoa vật lý chất rắn cao, khoa điện tử viễn
thông, phòng bộ môn vật lý ứng dụng trường Đại học khoa học tự nhiên đã tạo mọi điều
kiện và giúp đỡ cho tôi hoàn thành các thí nghiệm để hoàn thành luận văn này.
Cảm ơn ThS. Vũ Thế Đảng, em Đinh Hoàng Việt Minh đã đồng hành cùng tôi trong
suốt quá trình làm luận văn này.
Chân thành cảm ơn lãnh đạo Phòng Giáo dục và Đào tạo huyện Bình Chánh, ban
giám hiệu trường THPT Bình Chánh đã tạo điều kiện để tôi có thời gian học tập và công
tác trong suốt thời gian qua.
Xin cảm ơn gia đình đã tạo điều kiện và kinh phí để tôi có thể học tập và công tác
trong suốt thời gian vừa học tập và công tác.
Trân trọng gởi đến mọi thành viên,
Nguyễn Thanh Phong
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu

HVTH: Nguyễn Thanh Phong v MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1: Lý thuyết vùng năng lượng với 3 vùng năng lượng của điện tử. 8
Hình 2. 2: Các quá trình xảy ra giữa 2 vùng năng lượng. 8
Hình 2.3. Minh họa cho sự tái hợp của electron-lỗ trống. 10
Hình 2.4. Minh họa cấu tạo lớp chuyển tiếp p-n bên trong LED 11

Hình 2.23. Hệ đo tuổi thọ LED với các yếu tố tác động như nhiệt độ, độ ẩm vv 37
Hình 3.1. Mô hình đường đi của dòng điện từ điện cực này đến điện cực kia theo 2
giả thuyết Rooad A và road B vv. 41
Hình 3.2. Mô hình đường đi của dòng điện từ điện cực này đến điện cực kia theo
giả thuyết đường nhắn nhất. 42
Hình 3.3. Kết quả mô phỏng hình dạng điện cực có ảnh hưởng đến mật độ dòng J
chạy đến điện cực. 43
Hình 3.4. Kết quả nghiên cứu hình dạng điện cực có ảnh hưởng đến mật độ dòng J
chạy đến điện cực trong 4 loại LED của nhóm tác giả Jung-Tang CHU. Kết quả
cho thấy khi giảm khoảng cách L và tăng diện tích bao phủ của điện cực, sẽ làm
tăng một cách đáng kể công suất phát sáng của LED. Ta có thể thấy rằng so với
mẫu LED (a) thì mẫu LED(d) có hiệu suất phát sáng cao gấp 7 lần tại cường độ
1.2A. 44
Hình 3.5. Đặc tuyến I-V cho 4 loại LED với các hình dạng điện cực khác nhau. 45
Hình 3.6. Hình dạng điện cực LED WHITE WARM và LED BLUE 46
Hình 3.7. Hình dạng điện cực LED RED 1. 46
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu

HVTH: Nguyễn Thanh Phong vii Hình 3.8 Hình dạng điện cực của LED WHITE COOL, 47
Hình 3.9. Máy SEM tại phòng TN nano TT nghiên cứu và triển khai khu công
nghệ cao TP.Hồ Chí Minh -Model: S-4800, HITACHI, Nhật bản. 48
Hình 3.10. Một số hình ảnh được chụp từa máy SEM. 48
Hình 3.11. Một số mẫu điện cực LED chụp từ máy Miroscope 48
Hình 3.12. Quy trình quan sát bề mặt điện cực của LED trên
kính hiển vi kết nối máy tính 50
Hình 4.1. Hệ đo 4200-SCS tại phòng thí nghiệm Trung Tâm Nghiên cứu Triển khai
(Khu Công nghệ cao Tp.HCM). 51

Hình 6.3. LED Panel siêu mỏng gắn trần 18W-30x30 66
Hình 6.4. Biểu đồ độ rọi phòng học F.3.4 dùng đèn huỳnh quang 67

Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu

HVTH: Nguyễn Thanh Phong ix MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2.1. Mức năng lượng bandgap và bước sóng phát xạ 14
Bảng 2.2. các đại lượng về LED 16
Bảng 2.3 Các tiêu chuản chiếu sáng tại Việt Nam 18
Bảng 2.4. Kết quả đo bước sóng phát xạ của LED 34
Bảng 3.1. tổng kết kích thước led khảo sát 48
Bảng số liệu điện trở LED 50
Bảng 5.1. So sánh bước sóng đo thực tế và bước sóng của nhà xản xuất đưa ra 62
Bảng 5.1. So sánh bước sóng đo thực tế và bước sóng của nhà xản xuất đưa ra 63

Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu

HVTH: Nguyễn Thanh Phong x DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Nghĩa

LED Light-emitting diode
LED BLUE 1 LED xanh dương thứ nhất
LED BLUE 2 LED xanh dương thứ hai

1.8. Đèn LED trong ngư nghiệp 5
1.9. Công nghệ LED trong thiết bị nghe nhìn 5
1.10. Đèn LED với thời trang 6
2. Nhiệm vụ của đề tài 6
3. Công việc thực hiện 6
4. Kết quả cần đạt được 6
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu

HVTH: Nguyễn Thanh Phong xii 5. Phương pháp thực hiện 6
6. Tiến độ thực hiện 7
Chương II: LÝ THUYẾT VỀ PHÁT QUANG CỦA LED 8
2.1. Cấu trúc và nguyên lý phát quang 8
2.1.1. Cơ chế phát xạ 8
2.1.2. Hiệu suất phát xạ 9
2.1.3. Tái hợp electron và lỗ trống 9
2.1.4. Nguyên lý phát quang nối p-n 11
2.1.5. Đặc tính điện của LED 12
2.1.6. Đặc tính quang của LED 12
2.2. Lý thuyết về ánh sáng 13
2.2.1. Phổ ánh sáng tự nhiên 13
2.2.2. Nguồn gốc ánh sáng trắng 14
2.2.3. Các đại lượng cơ bản trong quang trắc 15
2.3. Một số tiêu chuẩn đo lường quốc tế về chiếu sáng và LED 15
2.3.1. Bảng 2.2. các đại lượng về LED 16
2.3.3. Tiêu chuẩn Nhật Bản 17
2.3.4. Tiêu chuẩn TM-21-11 17
2.3.5. Các tiêu chuẩn khác 17
3.1.3. Cơ sở mô phỏng cho hình dạng điện cực tối ưu. 42
3.1.4. Xu hướng phát triển của vật liệu điện cực 44
3.2. Hình dạng điện cực LED 46
3.3. Đo điện trở bề mặt 50
3.3.1. Mô tả cách đo 50
3.3.2. Bảng số liệu điện trở LED 50
Chương IV: KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TUYẾN IV CỦA LED 51
4.1. Lý thuyết đặc tuyến IV 51
4.2. Một số kết quả mô phỏng cấu trúc UVLED 52
4.3. Qui trình đo 53
4.4. Kết quả đo đặc tuyến IV . 54
4.5. Khảo sát đặc tuyến I-V theo nhiệt độ. 54
Chương V. KHẢO SÁT VÀ ĐÁNH GIÁ BƯỚC SÓNG PHÁT XẠ CỦA LED 56
5.1. Mô tả hệ đo bước sóng phát xạ. 56
5.2. Kết quả đo bước sóng phát xạ 57
5.3. Đánh giá và tiêu chuẩn bước sóng phát xạ 63
Chương VI: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 64
6.1. Các nội dung đề tài thực hiện 64
6.1. 1. Đề xuất các tiêu chuẩn LED 64
6.1.2.Khảo sát một số ứng dụng chiếu sáng LED 64
Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu

HVTH: Nguyễn Thanh Phong xv 6.1.2.3. Các đề xuất về hành chính 68
6.1.2.4. Đề xuất xây dựng phòng thí nghiệm đo kiểm LED 68
6.1.2.5. Triển vọng của LED 69

thuyết và sử dụng máy móc thực tế để đo lường các thông số điện và quang của
LED:
Chương 1: Tổng quan về đề tài.
Chương 2: Lý thuyết về phát quang của LED.
Chương 3: Khảo sát và đánh giá hình dạng điện cực LED.
Chương 4: Khảo sát và đánh giá đặc tuyến IV của LED.
Chương 5. Khảo sát và đánh giá bước sóng phát xạ của LED.
Chương 6: Kết luận và hướng phát triển.

Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 2

Chương I:
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1. Giới thiệu về các ứng dụng của LED
Đèn LED ra đời từ những năm 60 của thế kỷ 20 và đến nay đã được sử dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội. Với nhiều cái “nhất” và “siêu”
như: tuổi thọ cao nhất, có lợi cho sức khỏe nhất, siêu sáng, siêu tiết kiệm điện… đèn
LED đã mang lại lợi ích vô cùng to lớn cho nhân loại. Sau đây là những ứng dụng
chứng tỏ được ưu thế vượt trội của nó. LED được dùng để làm bộ phận hiển thị
trong các thiết bị điện, điện tử, đèn quảng cáo, trang trí, đèn giao thông.Có nghiên
cứu về các loại LED có độ sáng tương đương với bóng đèn bằng khí neon. Đèn
chiếu sáng bằng LED được cho là có các ưu điểm như gọn nhẹ, bền, tiết kiệm năng
lượng.
Các LED phát ra tia hồng ngoại được dùng trong các thiết bị điều khiển từ xa
cho đồ điện tử dân dụng.
Hiện tại đèn LED trắng có tuổi thọ tới 100.000 giờ sử dụng, gấp 100 lần so với
bóng đèn 60W. Điều này có nghĩa là chúng có thể thắp sáng liên tục trong vòng
60năm. Và hơn thế nữa chúng dùng điện áp thấp cho nên không gây cháy nổ mà
tích kiệm điện hơn nhiều so với bóng đèn khác.

chúng sáng hơn và dễ nhìn thấy hơn.”
1.2. Đèn LED trong chiếu sáng và trang trí ở các tòa nhà lớn.
Tuy chi phí lắp đặt ban đầu của đèn LED cao hơn so với các loại đèn khác
nhưng khoản tiết kiệm điện năng đem lại còn nhiều hơn chi phí bỏ ra nên nhiều nơi
trên thế giới đã có kế hoạch thay thế đèn chiếu sáng bằng đèn LED.
Chuỗi nhà hàng của Chilê (gồm 827 nhà hàng) công bố kế hoạch sử dụng
125.000 bóng đèn LED, giúp tiết kiệm một khoản chi phí khổng lồ, khoảng 3,7 triệu
USD/năm và trở thành đơn vị sử dụng LED lớn nhất tại Mỹ từ trước đến nay.
Tòa nhà chọc trời Torre Agbar (Agbar tower - tháp Agbar) ở quảng trường
Glòries Catalanes thuộc thành phố Barcelona, Tây Ban Nha có hệ thống chiếu sáng
về đêm bao gồm 4.500 đèn LED được điều khiển bởi hệ thống máy tính tự động,
cho phép chiếu sáng với hơn 40 màu sắc bằng nhiều hình thù khác nhau.
1.3. Đèn LED dùng trong trang trí nội thất
Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 4

Đèn LED còn dùng để làm cho nội thất vừa có vẻ đẹp vừa huyền bí, vừa hiện
đại với các thiết bị nội thất như bàn ghế, gường, bồn tắm… Ánh sáng nhiều màu
của đèn LED sẽ được thiết kế phù hợp với tâm trạng, cảm giác của chủ nhân căn
phòng và mục đích sử dụng.
1.4. Đèn LED trong y học
Trẻ hóa da bằng đèn LED: Đèn chiếu LED được sử dụng với một bước sóng
phù hợp ánh sáng màu vàng (bước sóng 590 nm), với cường độ thấp tạo ra một
chuỗi tia sáng phát theo xung, được lập trình đặc biệt nhằm tác động kích thích quá
trình trẻ hóa tự nhiên của da, theo công nghệ điều biến quang để điều biến tăng hoặc
giảm hoạt động của các tế bào sống. Khi chiếu vào da, các LED được lập trình sẵn
này sẽ tác động kích thích cơ thể tăng sinh collagen và elastin bên dưới.
Trị vàng da bằng đèn LED: Vàng da sơ sinh - một trong những căn bệnh phổ
biến ở trẻ sơ sinh. Đèn LED cung cấp đủ ánh sáng cần thiết để loại bỏ lượng sắc tố
vàng cam trong máu ở bệnh nhân bị dư thừa sắc tố vàng cam - căn bệnh có thể dẫn

cũng như phong cách. Nổi bật trong số đó là sự xuất hiện của đèn LED được các
nhà quảng cáo rất “trọng dụng”.
1.7. Đèn LED dùng trong báo hiệu hàng không, hàng hải, không lưu
Đặc điểm các loại đèn này là hoạt động chớp tắt liên tục, ánh sáng màu theo
qui định, lắp trên các điểm cao như nóc tòa nhà cao tầng, tháp truyền hình, trạm
phát sóng, cột điện cao áp, trạm truyền tải điện, sân bay và vị trí lắp đặt khó tiếp cận
với nguồn điện lưới mà phải dùng acquy, năng lượng mặt trời.…
Đèn LED là loại đèn thỏa mãn được các yếu tố trên: tuổi thọ cao, giảm chi
phí thay thế, tiêu hao năng lượng ít, dãi màu đa dạng…
1.8. Đèn LED trong ngư nghiệp
Việc sử dụng đèn LED sẽ tiết kiệm được khoảng 80% chi phí nhiên liệu, tăng
sản lượng đánh bắt cá lên khoảng 24,5%, mực lên khoảng 41,6%
Các nghiên cứu trên tàu đánh bắt cá kiếm, người ta thấy lượng năng lượng
được tiết kiệm đạt tới 86,7%. Ngoài ra chất lượng đánh bắt nhờ ánh sáng LED cải
thiện rõ rệt với số lượng cá thu được gia tăng 24,5%. Trên tàu đánh bắt mực, năng
lượng tiết kiệm chỉ ở mức 40,1% và sản lượng mực thu được lại vượt trên 41,6%.
Ánh sáng LED cũng phù hợp hơn với sinh lý cá.
1.9. Công nghệ LED trong thiết bị nghe nhìn
Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 6

Màn hình máy tính và ti vi công nghệ LED có ưu điểm vượt trội so với các
công nghệ trước đây (TV Plasma, LCD, ti vi đèn hình ống tia điện tử) vì nó cung
cấp màu sắc tươi sáng, chất lượng cao, hình ảnh cực kỳ sắc nét mà không chiếm
không gian. TV đèn nền LED cũng có chất lượng phát ánh sáng cao bởi vì chúng
sử dụng một đi-ốt phát ánh sáng để tạo ra những hình ảnh siêu sáng.
1.10. Đèn LED với thời trang
Đèn LED có kích thước nhỏ, tiêu hao điện năng ít, sử dụng dòng điện 1 chiều
điện áp thấp, an toàn khi sử dụng nên đã được sử dụng trong cả lĩnh vực thời trang
trong các bộ váy dạ hội, dày, cà vạt, bông hoa tai, mi mắt…

- Tham khảo các tài liệu về LED qua các công trình/ đề tài/ bài báo nghiên cứu.
Tham khảo các tiêu chuẩn và qui trình kiểm tra LED của các PTN tại Việt Nam
(Viện đo lường VN, Vinatest, ).
- Sử dụng các thiết bị khảo sát LED tại Trung tâm Nghiên cứu triển khai (Khu Công
nghệ cao Tp.HCM) và Phòng thí nghiệm quang phổ (BM Vật lý ứng dụng, Trường
Đại học KHTN).
- Dùng phần mềm Igro Pro phân tích dữ liệu và vẽ đồ thị.
- So sánh và đánh giá và để xuất xây dựng một trung tâm đo kiểm LED.
6. Tiến độ thực hiện.
Tháng 12/2012: Tiếp cận đề tài.
Tháng 04/2013: Thu thập tài liệu liên quan, viết đề cương.
Tháng 06/2013: Xác định các nội dung thực hiện.
Tháng 11/2013: Thu thập LED và đo bề mặt, đặc tuyến tại SHTP.
Tháng 4-5/2014: Tiến hành các thông số đo khác.
Tháng 06/2014: Viết báo cáo.
Tháng 11/2014: Báo cáo. Luận văn tốt nghiệp HDKH: PGS.TS Nguyễn Văn Hiếu
HVTH: Nguyễn Thanh Phong Trang 8

Chương II:
LÝ THUYẾT VỀ PHÁT QUANG CỦA LED
2.1. Cấu trúc và nguyên lý phát quang
2.1.1. Cơ chế phát xạ
Theo lý thuyết vật chất, bán dẫn có hai mức năng lượng: Mức hoá trị và mức
dẫn điện. Do đó năng lượng của điện tử chia thành 3 vùng: Vùng dẫn điện
(condution band) ,vùng cấm (energy gap) và vùng hoá trị (valence band).

Hình 2.1: Lý thuyết vùng năng lượng với 3 vùng năng lượng của điện tử.

cáp duy trì năng lượng LEDs chỉ sử dụng 1 watt [W]. Chúng tiêu chiếm nhiều không
gian cho chất bán dẫn chết so với chất bán dẫn hoạt động hay điều khiển năng lượng
thoát ra. Chất bán dẫn chết được gắn lên trên thanh kim loại để cho nhiệt thoát ra
khỏi LED.
Một trong những điểm thuận lợi chính của ánh sáng dựa trên LED là tính hiệu
quả cao của nó như là được đo đạt bởi ánh sáng mà nó phát ra trên mỗi đơn vị năng
lượng đi vào. LEDs trắng đã mau chóng đánh dấu và vượt lên cả hiệu quả tiêu chuẩn
của hệ thống siêu ánh sáng. Vào năm 2002, Lumileds đã làm cho LED 5 watt hiện
lên với 1 hiệu suất toả sáng với 18 – 22 lumens/watt [lm/W].
Với sự so sánh này, 1 bóng đèn 60 – 100W nóng sáng bình thường phát ra
khoảng 15 lm/W và tiêu chuẩn ánh sáng huỳnh quang phát ra trên 100 lm/W.
Chúng ta nên lưu ý rằng nếu năng lượng lớn hơn 1 W thì ứng dụng tốt cho
việc ứng dụng chiếu sáng vào thực tế. Dòng điện đặc thù cho các LED này được
cung cấp ban đầu là 350 m. Những đèn LED năng lượng lớn có hiệu quả được công
ty Philip là Lumileds Lighting đòi hỏi là hiệu suất chiếu sáng là 115 lm/W ở 350
mA.
2.1.3. Tái hợp electron và lỗ trống
Bất cứ bán dẫn nào đều có 2 loại hạt tải tự do, electron và lỗ trống. Dưới điều
kiện cân bằng, không có các kích thích bên ngoài như ánh sáng hay dòng điện:
n
o
p
o
=n
i
2
(2.3)
Ở đây n
o
và p