BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
Ổ
Ề
Ê
S
V
ỨU Ô
ẾU
ELL ) SỬ DỤ
Ế
Ô
Ệ
Ệ ẤP
Ế
ẤM DẪ
(ED E-LIT LIGHT GUIDEÈ
ẾU S
ẾU
Ế
Ệ ẤP
Ế
ẤM DẪ
(EDGE-LIT LIGHT GUIDE-
ELL ) SỬ DỤ
È
ẾU S
P Ẳ
DÙNG LED
Mã số: 2011-01-19-CT
Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài
(ký, họ tên, đóng dấu)
hủ nhiệm đề tài
(ký, họ tên)
, 2014
2
Ch nh m
2
TS. Lê Anh Tuấn
Trường ĐHBKHN
Thư ký đề tà
3
PGS. TS. Phạm Hồng Dương
V n
Hàn
Lâm Thành
ên
KH&CN V t Nam
4
ThS. Phạm Hoàng M nh
V n
Hàn
Thành viên
8
TS. Cao Xuân Thắng
Trường ĐHBKHN
Thành viên
V P
STT
P
à t n ch c anh
ơn
c n tác
ội un phối
hợp
1
TS. Trần Ngọc Kh êm
V n đào tạo Quốc tế Ngh ên
phẳng
dùng ELLG
3
D
MỤ
V
Hình 1.1: Mức độ thâm nhập thị trường c a đèn LED trắng
Hình 1.2: Đèn LED công suất cao lắp ráp tạ V n Khoa học V t nam.
Hình 1.3: Hình ảnh một số LED bán dẫn thông dụng
Hình 1.4: Sơ đồ cấu trúc k nh đ ển c a ch p laser, LED
Hình 1.5: Sơ đồ năng lượng c a chuyển t ếp p-n
Hình 1.6: Đặc trưng Volt-ampe c a một đ -ôt bán dẫn. Thế th ên áp thuận ào
khoảng từ 2V đến 4V
Hình 1.7: Phổ phát xạ c a 3 LED có màu lục, lam àng à đỏ (RGY and B).
Hình 1.8: Cấu trúc c a LED trắng dùng ật l u GaN
Hình 1.9: Phổ phát xạ c a LED trắng dùng GaN, ph bằng bột Phosphor màu àng
Hình 1.10: Nguồn sáng d n à nguồn sáng đ ểm
Hình 1.11: Cấu trúc cơ bản c a Quả cầu tích phân
Hình 1.12: Sự phụ thuộc c a h số nhân c a quả cầu tích phân ào h số phản xạ bề
mặt à tỷ l d n tích cổng ra trên d n tích mặt cầu.
Hình 1.13: Đường đ c a một t a sáng trong tấm dẫn sáng
Hình 2.1: H n tượng phản xạ à khúc xạ c a t a sáng
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động c a đèn LED panel phẳng ch ếu một cạnh
phương thẳng đứng (dướ ) c a đèn LED phẳng chế tạo dùng tấm dẫn sáng kích thước
1200x300 mm
Hình 3.15: Sơ đồ công ngh chế tạo tấm dẫn sáng bằng phương pháp phun ph
Hình 3.16: Ảnh chụp ha mẫu tấm dẫn sáng chế tạo bằng phương pháp phun ph
Hình 3.17: Kết quả đo phân bố cường độ ánh sáng theo phương nằm ngang (trên) à
phương thẳng đứng (dướ ) c a đèn LED phẳng chế tạo dùng tấm dẫn sáng kích thước
300x300 mm, 600x300 mm, 600x600mm và 1200x600 mm.
ình 3.18: Tấm
thấu kính dùng làm tấm phân sáng cho đèn LED panel 1200x600
mm
ình 3.19: Sơ đồ cấu trúc
ình 3.20: Ảnh h ển
thấu kính à t a sáng trong tấm phân sáng
truyền qua c a tấm
thấu kính
ình 3.21: Ch ếu sáng uông góc ớ trục quang c a tấm
thấu kính
ình 3.22: Ch ếu sáng song song ớ trục quang c a tấm
thấu kính
ình 3.23: Sơ đồ cấu trúc đèn LED panel dùng tấm
CFL: Đèn huỳnh quang compact
CCT: Nh t độ màu tương quan
ELLG: Tấm dẫn sáng ch ếu cạnh
HPM: Đèn cao áp thuỷ ngân
HPS: Đèn cao áp Sodium
LED: Đ ốt phát quang
LED panel: Đèn LED phẳng
MICA: Polymetyl Meta Acrylat
MH: Đèn metal hal de
PMMA: Polymetyl Meta Acrylat
PC: Polycarbonate
PS: Poly Styrene
T8: Đèn huỳnh quang T8
T10: Đèn huỳnh quang T10
WLED: Đ ốt phát quang ánh sáng trắng
7
Ô
Ế QUẢ
Ê
ỨU
1. Thông tin chung:
h a
e-
ùn LED
à ội
2. M c ti u:
-
Phát tr ển được công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh có các thông số k
thuật ưu
t, g á thành rẻ sử dụng trong đèn ch ếu sáng phẳng dùng LED, cụ
thể là chế tạo được tấm dẫn sáng có h số b ến đổ quang – quang h u ích
0
, có độ đồng đều > 80%.
3. ính mới à sán tạ :
Công ngh ch ếu sáng dùng LED là một l nh ực mớ , đang phát tr ển mạnh
trên thế g ớ
à được xem như là xu thế tất yếu trong cả ch ếu sáng dân dụng à công
ngh p. Là một nước có nền công ngh p chế tạo non trẻ, trong công ngh p ch ếu
sáng cho đến nay hầu hết các nhà sản xuất trong nước phả nhập các ật tư, phụ k n
từ nước ngoà để lắp ráp sản ph m cuố cùng à lấy yếu tố nhân công thấp làm ưu thế,
canh chế tạo được có h u suất ch ết sáng > 0
à độ đồng đều > 80
à có
thể áp dụng trong chế tạo nh ều loạ đèn khác nhau như đèn LED panel, đèn ốp
trần, đèn bàn, đèn so ứng lực.
Đã ngh ên cứu các h u ứng ật lý, nguyên lý ch ết sáng, tính toán mô phỏng
các ma trận đ ểm các đ ểm ch ết sáng, trên cơ sở đó chế tạo thử ngh m các tấm
dẫn sáng ch ếu cạnh đảm bảo có h u suất ch ết sáng > 0 .
Đã ngh ên cứu à thử ngh m nh ều công ngh khác nhau để chế tạo tấm dẫn
sáng ch ếu cạnh trong đó tập trung ào ba công ngh chính là:
o Công ngh phun ph tạo lớp ch ết sáng sử dụng các hạt cầu ch ết suất
cao kích thước m cro, nano.
o Công ngh n lướ đơn g ản có thể tr ển kha trong sản xuất quy mô công
ngh p.
Đã thử ngh m ứng dụng các tấm dẫn sáng ch ếu cạnh chế tạo được trong chế
tạo một số loạ đèn ch ếu sáng dùng LED à đánh g á các thông số k thuật
thực tế trên các đèn chế tạo dược.
5. Sản phẩm:
02 quy trình công ngh chế tạo tấm dẫn sáng cạnh (ELLG) trên cơ sở ha công
ngh khác nhau có thể tr ển kha sản xuất ở quy mô lớn:
9
o Quy trình công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh bằng công ngh
phun ph sử dụng các hạt cầu ch ết suất cao từ 1.9 đến 2.3 phù hợp cho
chế tạo các tấm dẫn sáng g á thành rẻ có h u suất ch ết sáng > 0%.
lượng đ n năng sử dụng.
Trên cơ sở các kết quả ngh ên cứu c a nhóm các đề tà thuộc chương trình
Nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ chiếu sáng rắn , ngày 24-1-2014
H u trưởng trường ĐHBKHN à Tổng G ám độc Công ty CP Bóng đèn phích nước
Rạng đông đã ký thoả thuận thành lập PTN phố hợp H ST-RALACO ề công ngh
10
ch ếu sáng rắn trong đó RALACO đồng ý sẽ t ếp tục tà trợ ngh ên cứu phát tr ển một
số hướng ngh ên cứu có tr ển ọng ề các th ết bị ch ếu sáng dùng LED.
Để chuyển g ao à thương mạ hoá một cách có h u quả các kết quả ngh ên
cứu ào thực tế, các cán bộ thuộc nhóm đề tà chương trình ch ếu sáng rắn à V n
AIST đã đề xuất à hoàn thành các công tác chu n bị cho
c khở tạo một công ty
Spinoff - Công ty BK NANO chuyên phát tr ển các sản ph m ch ếu sáng. Đề xuất đã
được BGH à Ban Công sản c a ĐHBKHN thông qua à dự k ến sẽ chính thức ra mắt
trong năm 2014.
Ngày
ơ quan chủ trì
(ký, họ và tên, đóng dấu)
tháng 09 năm 2014
hủ nhiệm đề tài
(ký, họ và tên)
calculation and modeling the matrix of extraction points in ELLG to design the
12
structure of ELLGs and pilot production of ELLGs with light extraction
efficiency > 70%.
Studied and tested different technologies for fabrication ELLGs with major
attention to:
o ELLGs fabrication by spray coating technology using high reflective
index nano, microsphere;
o ELLGs fabrication by screen-printing technology;
Sucessfully fabrication and evaluation parameters of LED panel lamps using
obtained ELLGs.
5. Products:
02 technology processes for ELLGs fabrications
05 concept design of ELLGs for LED panels
05 different types of ELLGs (each with 3-5 samples)
01 patent (being process)
02 scientific article
Supporting and opening research topics for 01 MSc students
6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability:
ELLGs and LED products have been fabricated and tested since 9/2013 and
resulted in energy saving of ~65% with the same quality of light.
A common research laboratory beween HUST and RALACO has been established
since 2014.
sáng:
1.1.2. So sánh đèn LED à các nguồn sáng khác
22
1.1.3. Sự phát triển c a đèn LED trên thế giới
23
1.1.4. Tình hình nghiên cứu và sản xuất đèn LED tại Vi t Nam
24
1.1.5. Linh ki n phát sáng (LED)
30
1.1.1. Các loạ đèn LED
1.2.
25
Các thông số trắc quan cơ bản
32
32
1.2.1. Quang thông
1.2.2. Độ rọi (illuminance)
34
1.2.3. Quả cầu tích phân-phổ kế
34
14
1.3.
ác c n n hệ chế tạ ELL
36
1.3.1. Các giải pháp lắp ghép bộ đèn dùng LED
36
1.3.2. Nguyên lý hoạt động c a tấm dẫn sáng
37
38
1.3.3. Công cụ thiết kế
38
1.3.4. Công ngh chế tạo
ính năn cần thiết của tấm dẫn sán
ùn ch đèn LED chiếu
45
cạnh
2.2.1. H u ứng ch ết sáng
45
2.2.2. H u suất ch ết sáng
46
2.2.3. Phân bố cường độ ánh sáng
46
2.3.
Các mô hình ma trận chấm chiết sáng
49
2.3.1. Mô hình kẻ ô uông mật độ đều
49
thước 60 x 60
2.4.3. Thiết kế ma trận đ ểm chiết sáng cho đèn LED panel kích
56
thước 120 x 30
2.4.4. Thiết kế ma trận đ ểm chiết sáng cho đèn so ứng lực 22 x 16
2.5.
Kết luận ch ơn 2
57
3: QUY
S
57
Ô
ÊU
Ệ
Ế
ẤM DẪ
58
55
dẫn sáng ch ếu cạnh bằng phương pháp phun ph
3.3.
hi n c u thiết kế à chế tạ thử n hiệm tâm ẫn sán chiếu
cạnh sử
76
n tấm i thấu kính
3.3.1. Cấu trúc tấm
thấu kính à nguyên lý ch ết sáng cho bộ đèn
76
LED
3.3.2. Th ết kế tấm dẫn sáng có các phần tử ch ết sáng dùng
thấu
80
kính
3.3.3. Sản ph m thử nghi m tấm dẫn sáng dùng
thấu kính
82
85
4.2. Bản chất kỹ thuật của đèn s i ng lực
86
4.3. M tả chi tiết thiết b s i n lực ùn đèn LED
89
Ế LUẬ
90
L i cảm ơn
92
ài liệu tham khả
93
17
Ặ VẤ
Ề
đích thay thế đèn dây tóc, tạo nguồn sáng đ ểm, lắp ừa ớ chao đèn dây tóc. Đèn HQ
compact có độ chó cao hơn đèn HQ dà thông thường, kh nhìn trực d ên gây chó , hạ
mắt. Kh dùng ớ chụp đèn dây tóc, do kích thước lớn hơn nên các loạ chao chụp
đèn không đáp ứng yêu cầu chống loá. Hơn n a, đèn compact hay được treo ở nh ng
nơ thường xuyên bật tắt, làm g ảm đáng kể tuổ thọ c a đèn, gây lãng phí.
18
L nh k n ch ếu sáng dùng đ ốt bán dẫn đã có nh ng bước t ến mạnh mẽ trong
nh ng năm gần đây, và đã l ên t ếp đạt nh ng kỷ lục mớ mà không một loạ nguồn
sáng truyền thống nào so sánh được. Cho đến nay, h u suất phát quang c a LED
trắng đạt tớ hơn 50 , tức là khoảng 1 0 lm/W [Nakamura, Muka and Senoh, Appl.
Phys. Lett. Vol. 64, No.13, 28 March 1994). LED thương mạ công suất 1 W c a hãng
Osram có h u suất đ n quang từ 120-150 Lm/W, gấp đô h u suất c a đèn compact
thông thường. Hơn n a, cường độ ánh sáng trên một đơn ị d n tích rất cao. Vớ một
ch p LED kích thước 1 x 1 mm2 kh dòng nuô là 1 A, ta có thể thu được quang thông
tớ 260 Lm. Mặc dù ậy
c đưa các ch p LED ào ứng dụng chế tạo các th ết bị
ch ếu sáng ẫn còn một số hạn chế cả ề mặt k thuật, cũng như thị trường do g á
thành cao, các ấn đề l ên quan đến tản nh t kh rất nh ều ch p LED được th ết kế đặt
gần nhau trong các th ết bị ch ếu sáng, à đặc b ết là ấn đề l ên quan đến độ chó c a
mỗ ch p LED rất cao (có thể lên tớ 100000 Cd/m2) có thể làm tổn thương õng mạc
c a mắt kh nhìn trực t ếp. Hơn n a, Các đèn LED ốp trần à đèn LED ch ếu sáng
công cộng h n nay được th ết kế phổ b ến dướ dạng các ma trận LED. Ma trận đèn
LED gây rất nh ều bóng, cản trở sự nhìn rõ, làm mỏ mắt ngườ sử dụng.
Để g ả quyết ấn đề này, ngườ ta cũng đã dùng tấm tán xạ để phân tán ánh
sáng đều hơn trên bề mặt bộ đèn. Tuy nh ên g ả pháp này đò hỏ bộ đèn có độ dày
à như ậy không tạo ra nh ng nét r êng độc
t hơn các sản ph m h n đang có trên thị trường, chính ì ậy
mà tính cạnh tranh c a nh ng th ết bị ch ếu sáng Made n V t Nam chưa cao.
Gần đây nhất, Công ty Cổ phần Bóng đèn Phích nước Rạng đông ớ sự tư ấn
c a các nhà khoa học tạ V n Khoa học Vật l u (IMS), V n Khoa học à Công ngh
V t Nam à V n Vật lý K thuật, Trường Đạ học Bách Khoa Hà Nộ , đã bước đầu
th ết lập một dây truyền chuyền chế tạo th ết bị ch ếu sáng ốp trần dạng phẳng, trong
đó có sử dụng công ngh ch ếu cạnh à sử dụng tấm dẫn sáng. Tuy nh ên, để chế tạo
các th ết bị này hầu hết các ật tư, l nh k n ẫn phả nhập kh u (Công công ngh chế
tạo khuôn à làm khung nhôm c a đèn ốp trần được chuyển g ao từ ĐHBKHN; công
ngh ch ếu sáng cạnh được chuyển g ao từ V n IMS).
Trong bố cảnh này,
c phát tr ển công ngh nhằm chế tạo được các phụ k n,
vật tư, các thành phần tạo nên th ết bị ch ếu sáng dùng LED là hết sức cần th ết, đặc
b t đố
ớ sản xuất, g úp nâng cao tỷ l nộ địa hóa trong các sản ph m, g úp chúng
ta có thể ch động được công ngh
à qua đó có thể tạo ra nh ng sản ph m có khả
năng cạnh tranh cao, g á thành thấp hơn so ớ các sản ph m cùng loạ nhập kh u.
20
ớ từng công trình à khu ực ch ếu sáng; ưu t ên sử dụng th ết bị
ch ếu sáng h u suất cao, th ết bị ch ếu sáng sử dụng nguồn năng lượng tá
tạo, tận dụng nguồn ch ếu sáng tự nh ên;
-
Kh sửa ch a, thay thế, lắp đặt mớ th ết bị ch ếu sáng phả sử dụng th ết bị
ch ếu sáng được xác định là sản ph m t ết k m năng lượng;
Theo báo cáo tổng kết c a Dự án Ch ếu sáng công cộng H u suất cao
(VEEPL) Qu Năng lượng toàn cầu tà trợ à V n Khoa học à Công ngh V t nam
ch trì (2005-2010), mức t êu thụ đ n năng cho ch ếu sáng ở V êt nam là 25
c a
sản lượng đ n quốc g a (77.406 GWh năm 2010). V c thực h n thành công dự án
VEEPL góp phần cùng ớ sự ban hành Luật sử dụng năng lượng t ết k m g ảm được
20
đ n năng dùng cho ch ếu sáng, tức là khoảng 380 GWh, bằng công suất 1 nhà
máy đ n.
Theo tính toán năm 2008, ch ếu sángcho tất cả các mục đích ch ếm khoảng
25
tổng đ n năng tiêu thụ ở V t Nam.
21
Đèn LED trắng có các ưu đ ểm ượt trộ so ớ các loạ đèn truyền thống như
tuổ thọ cao, t ết k m năng lượng. Mặt khác khả năng tạo màu à tính uyển chuyển
trong
c tích hợp ớ các h thống ch ếu sáng à h ển thị mớ đem lạ cho chúng
nh ng g á trị độc đáo.
Có thể kể ra thêm các tính năng đặc b t c a LED như sau:
Tuổ thọ cao (20.000 đến 100.000 g ờ)
Kích thước nhỏ dễ dàng cho th ết kế
Chịu được sốc nh t à a đập
Thân th n mô trường, không chứa thuỷ ngân à các chất độc khác
Thờ g an bật sáng rất ngắn (
Công ngh ch ếu sáng LED còn rất mớ mẻ ở V t Nam. H n nay, LED ch
yếu được dùng cho mục đích ch ếu sáng trang trí, quảng cáo à chỉ dẫn.
Các sáng k ến tr ển khai và ứng dụng LED cho mục đích ch ếu sáng chung
đang được quan tâm và thực h n trong nh ng năm gần đây. Chính ph V t Nam,
thông qua Bộ CôngThương và Bộ Khoa học Công ngh đã tr ển khai hàng loạt các
nghiên cứu đánh giá ề h n trạng, tương la ứng dụng à phát tr ển công ngh ch ếu
sáng LED trên thế g ớ
à ở V t Nam. Các nghiên cứu này đã xác định rõ các rào
cản à đề xuất ề các công ngh sản xuất đèn LED cần phả được chuyển g ao ở V t
Nam trong nh ng năm tớ .
Sự khở đầu nghiên cứu-tr ển khai à ứng dụng công ngh ch ếu sáng LED
trong nhà và ngoài trờ ở V t Nam có thể l t kê như sau:
-
V n Khoa học và Công ngh V tNam (VAST) đang t ến hành nghiên cứutr ển khai một số ứng dụng c a LED như chế tạo đèn LED công suất cao
dùng cho ch ếu sáng công xưởng à đường phố. Các bộ đèn LED công suất
từ 50 đền 200 W đã được nhập kh u toàn bộ phần quang, tản nh t à mảng
LED, phần nguồn nuô do Trung tâm Hỗ trợ Công ngh
à Dịch ụ chế tạo
à lắp ráp. V n Khoa học Vật l u cũng t ến hành ngh ên cứu các ứng dụng
LED trọng ch ếu sáng trang trí, quảng cáo à làm nguồn sáng cho các th ết
bị dạy học.
24
Copyright: Tài liệu đại học ©