Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Mục lục LỜI CAM ĐOAN Danh mục bảng biểu .5 Lời nói đầu Tóm tắt CHƢƠNG I: GIỚI THIỆU 11 CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .14 2.1 Cơ sở lý thuyết LED .14 2.1.1 Hoạt động LED 14 2.1.2 Lớp tráng phủ LED 15 2.1.3 Màu sắc LED 16 2.1.4 Tính chất LED 18 2.1.5 Các tham số LED 19 2.1.6 Phân loại LED 20 2.1.7 LED hồng ngoại 21 2.1.8 Phƣơng pháp tạo LED sáng trắng 23 2.1.9 Các tính chất phổ LED 27 2.1.10 Ứng dụng đèn LED 29 2.2 Khái niệm phƣơng pháp tính tọa độ màu LED 32 2.2.1 Khái niệm tọa độ màu 32 2.2.2 Không gian màu XYZ 33 2.2.3 Giản đồ kết tủa màu sắc CIE xyY 35 2.2.4 Những hạn chế giản đồ kết tủa màu sắc CIE xyY 1931 37 2.2.5 Giản đồ màu CIE Luv 38 2.2.6 Phƣơng pháp tính tọa độ màu 39 2.3 Khái niệm phƣơng pháp tính nhiệt độ màu tƣơng quan CCT 41 2.3.1 Khái niệm nhiệt độ màu 41 2.3.2 Tính nhiệt độ màu tƣơng quan CCT 42 Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân 2.4 Khái niệm phƣơng pháp tính độ hoàn màu 43 2.4.1 Khái niệm độ hoàn màu 43 2.4.2 Tính hệ số hoàn màu CRI 44 CHƢƠNG III: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ ĐO CÁC THÔNG SỐ QUANG HỌC CỦA LED SỬ DỤNG QUẢ CẦU TÍCH PHÂN 49 3.1 Sơ đồ khối hệ thống đo 49 3.2 Quả cầu tích phân 50 3.2.1 Cấu trúc cầu tích phân 50 3.2.2 Các thông số cầu tích phân 52 3.2.3 Lắp đặt cầu thiết bị 53 3.2.4 Gắn đèn LED vào cầu tích phân 53 3.3 Quang phổ kế USB 4000 55 3.3.1 Khái niệm quang phổ kế 55 3.3.2 Giới thiệu quang phổ kế USB 4000 56 3.3.3 Hoạt động quang phổ kế USB 4000 57 3.3.4 Các thông số kỹ thuật chủ yếu quang phổ kế USB 4000 59 3.3.5 Kết nối USB 4000 với máy tính 60 3.4 Bộ phần mềm đo lƣờng SpectraSuite .61 3.4.1 Giới thiệu phần mềm đo lƣờng SpectraSuite 61 3.4.2 Các tính SpectraSuite 61 3.4.3 Các chức phần mềm SpectraSuite 62 3.5 Bộ phần mềm tính toán .63 CHƢƠNG IV: PHƢƠNG PHÁP VÀ KẾT QUẢ ĐO BỨC XẠ TUYỆT ĐỐI CỦA LED 64 4.1 Cơ sở lý thuyết tính toán xạ đèn 64 4.2 Các bƣớc đo xạ tuyệt đối phần mềm đo Spectra Suites 65 4.3 Kết đo 65 4.3.1 LED trắng sáng 66 Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân 4.3.2 OLED vàng ấm (da cam) 67 4.3.3 LED tím 68 4.3.4 LED vàng 68 4.3.5 LED đỏ 69 4.4 Kết luận chƣơng 69 CHƢƠNG V: PHẦN MỀM TÍNH TOÁN VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU 71 5.1 Xử lý liệu đầu vào 71 5.2 Tính toán thông số LED 72 5.2.1 Nhập liệu đầu vào liệu tham chiếu 72 5.2.2 Tính tọa độ màu 74 5.2.3 Tính nhiệt độ màu tƣơng quan CCT 75 5.2.4 Tính hệ số hoàn màu CRI 75 5.3 Phần mềm tính toán kết thông số kỹ thuật LED 81 5.4 Kết đánh giá .82 5.4.1 LED trắng sáng 83 5.4.2 OLED sáng vàng ấm 84 5.4.3 LED tím 85 5.4.4 LED vàng 86 5.4.5 LED đỏ 87 5.4.6 Nhận xét chung 88 CHƢƠNG VI: KẾT LUẬN 91 Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân LỜI CAM ĐOAN Trƣớc hết, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy cô Viện Điện tử viễn thông, trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo môi trƣờng thuận lợi sở vật chất nhƣ chuyên môn trình em thực đề Em xin cảm ơn thầy cô Viện Đào tạo sau đại học quan tâm đến khóa học này, tạo điều kiện cho học viên có điều kiện thuận lợi để học tập nghiên cứu Và đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Nguyễn Vũ Thắng tận tình bảo, định hƣớng khoa học hƣớng dẫn, sửa chữa cho nội dung luận văn Em xin cam đoan nội dung luận văn hoàn toàn em tìm hiểu, nghiên cứu viết Tất đƣợc em thực cẩn thận có định hƣớng sửa chữa giáo viên hƣớng dẫn Em xin chịu trách nhiệm với nội dung luận văn Tác giả Nguyễn Đức Anh Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Danh mục bảng biểu Bảng 2.1: Điện áp, màu sắc, vật liệu loại LED 18 Bảng 2.2: Điện phân cực thuận LED .18 Bảng 2.3: Bảng vật liệu làm LED 20 Bảng 2.4: Bảng số liệu 𝒙(λ), 𝒚 (λ), 𝒛 (λ) bƣớc sóng 40 Bảng 2.5: Bảng phạm vi ứng dụng nhóm hoàn màu 44 Bảng 2.6: Bảng số liệu biểu diễn hàm mật độ lƣợng bƣớc sóng 45 Bảng 2.7: Bảng số liệu biểu diễn phổ phản xạ bƣớc sóng qua phải xạ có độ phản xạ khác .47 Bảng 5.1: Tổng hợp thông số thu đƣợc từ loại LED 89 Danh mục hình vẽ Hình 2.1: Đặc tuyến Von – Ampe LED 19 Hình 2.2: Các loại LED có 21 Hình 2.3: Cấu tạo LED hồng ngoại bƣớc sóng 980nm 22 Hình 2.4: Cấu trúc LED hồng ngoại xạ bƣớc sóng 950 nm 22 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý LED hồng ngoại 23 Hình 2.6: Phổ ba màu LED 25 Hình 2.7: Phân bố phổ LED 27 Hình 2.8: Bảng điện tử LED 30 Hình 2.9: LED trang trí 31 Hình 2.10: Không gian màu XYZ 34 Hình 2.11: Giản đồ kết tủa màu sắc CRI xyY 35 Hình 2.12: Nhiệt độ màu giản đồ CIE xyY 37 Hình 2.13: Hạn chế giản đồ kết tủa màu sắc CIE xyY 1931 37 Hình 2.14: Không gian màu CIE LUV[1] 38 Hình 2.15: Giản đồ CIE Luv[1] 39 Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống đo thông số đèn LED 49 Hình 3.2: cầu tích phân đƣợc chế tạo để đo 51 Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Hình 3.3: Hệ thống đo dùng cầu tích phân 52 Hình 3.4: Bản vẽ thiết kế mặt cắt ngang, trƣớc hình ảnh lắp đặt LED 54 Hình 3.5: Đầu gắn LED thực tế 54 Hình 3.6: Quang phổ kế USB 4000 hãng OceanOptics trạng thái làm việc 57 Hình 3.7: Các thành phần cấu tạo nên USB 4000 57 Hình 4.1: Phổ xạ đo đƣợc LED ánh sáng trắng 66 Hình 4.2: Phổ xạ đo đƣợc OLED da cam 67 Hình 4.3: Phổ xạ đo đƣợc ánh sáng tím 68 Hình 4.4: Phổ xạ đo đƣợc ánh sáng vàng 68 Hình 4.5: Phổ xạ đo đƣợc LED ánh sáng đỏ 69 Hình 5.1: file kết đo tƣơng ứng với cƣờng độ xạ lúc tắt đèn bật đèn 71 Hình 5.2: File đƣợc chuẩn hóa từ kết đo 72 Hình 5.3: Bảng giá trị hàm độ nhạy màu (blue, green, red) với bƣớc sóng λ 72 Hình 5.4: Giá trị hàm mật độ lƣợng theo bƣớc sóng 73 Hình 5.5: Hệ số phản xạ ánh sáng đèn LED chiếu tới mẫu phản xạ Ri với i = 1÷8 73 Hình 5.6: Sơ đồ thuật toán tính giá trị kích thích màu 74 Hình 5.7: Biểu đồ thuật toán phản xạ có hệ số phản xạ R1 77 Hình 5.8: Biểu đồ thuật toán phản xạ có hệ số phản xạ R0 79 Hình 5.9: Giao diện phần mềm 82 Hình 5.10: Nhiệt độ màu LED trắng 83 Hình 5.11: Độ hoàn màu LED trắng 83 Hình 5.12: Nhiệt độ màu LED vàng ấm 84 Hình 5.13: Độ hoàn màu LED vàng ấm 85 Hình 5.14: Nhiệt độ màu LED tím 86 Hình 5.15: Nhiệt độ màu LED vàng 87 Hình 5.16: Nhiệt độ màu LED đỏ 88 Hình 5.17: Chỉ số CRI loại LED tƣơng ứng với mức điện áp 90 Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Lời nói đầu Chiếu sáng hiệu suấ t cao đƣợc quan tâm nghiên cứu ứng dụng giới cũng nhƣ Việt Nam thời gian gần Trong lĩnh vực này, chiếu sáng rắ n (SSL - solid state lighting ), cụ thể chiếu sáng dùng LED đƣợc nhìn nhận nhƣ tƣơng lai tiề m cho chiếu sáng hiệu suấ t cao sáng hiệu suấ t cao phổ biến So với loại nguồn (đèn huỳnh quang , sodium cao áp ), nguồn sáng LED có mạnh rõ rệt về hiệu suấ t phát quang cao ngày đƣợc cải thiện cùng với phát triển công nghệ Theo xu hƣớng chung sử dụng điện tiết kiệm hiệu quả, sản phẩm chiếu sáng rắ n dù chƣa phổ biến nhƣng cũng xuấ t ngày nhiề u thị trƣờng nƣớc Ngoài số sản phẩm nguồn sáng rắ n đƣợc đầu tƣ sản xuấ t Việt Nam đƣợc công ty nhập thức, phần lớn sản phẩm nguồn sáng linh kiện LED đƣợc nhập lậu (chủ yếu từ Trung Quốc ) Nếu nhƣ sản phẩm nguồn sáng LED đƣợc sản xuấ t nhập thức bƣớc đầu có thể đƣợc giám sát chấ t lƣợng nhờ có thiết bị đo chuyên dụng đƣợc số đơn vị đầu tƣ nhƣ nói toàn sản phẩm nguồn sáng rắn nhập lậu đặc biệt lƣợng vô cùng lớn linh kiện LED kể đƣợc nhập theo đƣờng tiểu ngạch hay ngạch không có phƣơng thức để kiểm soát chấ t lƣợng Lƣợng LED hàng ngày đƣợc đơn vị sản xuấ t nguồn sáng lớn lẫn sở sản xuấ t , dịch vụ qui mô nhỏ đƣa vào sử dụng sản phẩm chiếu sáng , trang trí hay quảng cáo Ngay với đơn vị sản xuấ t nguồn sáng nƣớc , thông số LED cũng có thể đƣợc giám sát thông qua công bố hãng cung cấ p linh kiện Khi thị trƣờng chiếu sáng LED chƣa bùng nổ mà giá thành thiết bị đo thông số quang học chuyên dụng cho LED cao chƣa nơi đầu tƣ thiết bị đo Vì vậy, khẳng định LED thƣơng phẩm có mặt thị trƣờng hầu nhƣ chƣa thể kiểm soát chấ t lƣợng Hệ lụy trực tiếp tƣợng biến thị trƣờng thiết bị chiếu sáng LED Việt Nam thành địa điểm lý tƣởng tiêu tiêu thụ hàng chấ t lƣợng , ảnh hƣởng trực tiếp tới quyề n lợi ngƣời tiêu dùng cũng nhƣ lợi ích uy tín nhà sản xuấ t nguồn sáng nƣớc Hậu lâu dài mà nó để lại ảnh hƣởng tới Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân niề m tin ngƣời tiêu dùng vào xu hƣớng sản phẩm có lợi cho kinh tế môi trƣờng, kìm hãm phát triển ngành công nghệ chiếu sáng nhiề u tiề m Việt Nam Luận văn ―Nghiên cƣ́u chế tạo hệ đo thông số quang học LED dùng cầu tích phân‖ nội dung nghiên cứu cần thiết phải đặt thời điểm Với mục tiêu xây dựng hệ đo thông số quang học LED dùng cầu tích phân quang phổ kế có độ nhạy cao , nhiễu thấ p , hệ đo có khả đo đƣợc phổ xạ ánh sáng hầu hết sản phẩm LED thị trƣờng (có công suấ t từ 10 mW trở lên) Với phổ xạ ánh sáng đo đƣợc, hệ thống tiếp tục phân tích tính toán để đƣa thông số quang học LED đặc biệt yếu tố ảnh hƣởng tới chấ t lƣợng nguồn sáng nhƣ nhiệt độ màu tƣơng quan CCT số hoàn mầu Một hệ đo chuyên dụng đƣợc xây dựng trực tiếp làm lành mạnh minh bạch nguồn thông tin về sản phẩm chiếu sáng LED , gián tiếp hỗ trợ cho quyề n lợi nhà sản xuấ t nguồn sáng ngƣời tiêu dùng nƣớc Nội dung luận văn nằm phần nghiên cứu đề tài ―Nghiên cƣ́u chế tạo hệ đo thông số quang học LED dùng cầu tích phân‖ mã số B 2013-01-59 PGS.TS Lê Tuấn thuộc viện vật lý kỹ thuật, trƣờng đại học Bách Khoa Hà Nội chủ nhiệm đề tài Toàn quyền sở hữu với nội dung luận văn thuộc đề tài Em xin chân thành cám ơn thày Nguyễn Vũ Thắng trực tiếp hƣớng dẫn em hoàn thành luận văn Em xin cám ơn thày Lê Tuấn tạo điều kiện hỗ trợ em trình hoàn thành luận văn Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Tóm tắ t LED (Light Emitting Diode- Diot phát quang) điot có khả phát ánh sáng, hay tia hồng ngoại, tử ngoại Hiện nay, giới công nghệ chiếu sáng LED coi công nghệ chiếu sáng cho kỷ 21 với nhiều ưu điểm vượt trội Đèn LED thay đèn huỳnh quang, đèn sợi tóc vốn loại đèn chiếu sáng phổ biến trước Ngoài ra, LED ứng dụng vào vô số lĩnh vực khác Do đó, việc nghiên cứu LED nguồn ánh sáng LED phát thực tế, phù hợp với nhu cầu kinh tế ngày phát triển Trong luận văn này, phần phần giới thiệu ý nghĩa việc thực luận văn với nhu cầu thực tế Sau phần 2, em trình bày sở lý thuyết đèn LED khái niệm ánh sáng Cơ sở lý thuyết đèn LED bao gồm tất khía cạnh đèn LED như: hoạt động LED, màu sắc LED, tính chất LED v v Về phần khái niệm ánh sáng, em đề cập đến khái niệm màu sắc tọa độ màu, độ hoàn màu, nhiệt độ màu Từ khái niệm đó, em tiếp tục trình bày hệ tính toán thông số kỹ thuật LED Đầu tiên cách tính tọa độ màu, sau nhiệt độ màu tương quan hệ số hoàn màu CRI Phần phần trình bày chi tiết việc xây dựng hệ thống đo thông số quang học đèn LED Hệ thống đo gồm thành phần nguồn nuôi LED, cầu tích phân, máy đo quang phổ phần mềm điều khiển Sau đo lấy kết quả, kết đưa vào phần mềm tính toán để tính thông số cần thiết để đánh giá chất lượng LED Việc thí nghiệm sử dụng hệ thống đo quang phổ kế miêu tả phần thí nghiệm cụ thể đo xạ tuyệt đối đèn LED Với thí nghiệm, em sử dụng nhiều loại đèn LED khác led trắng, vàng ấm loại màu khác Trong phần 5, kết đo thu qua thí nghiệm tính toán công thức nêu phần II, sở lý thuyết Và sau đó, ta đưa thông số LED xạ tuyệt đối, tọa độ màu, nhiệt độ màu, độ hoàn màu Từ số đó, ta đưa khuyến nghị để sử dụng đèn LED đánh giá chất lượng loại LED thị trường Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Abstract LED (Light Emitting Diode) is the diode which is capable of emitting light, infrared, and ultraviolet Currently, LED lighting technology is considered the lighting technology for the 21st century with many outstanding features LEDs are gradually replacing fluorescent lamps, incandescent lamps which are the basic and popular types of lights before In addition, LEDs are also applied in numerous applications in other fields Therefore, studying about LEDs and light source emitted from LEDs is very realistic, consistent with the needs of the developing economy In this project, part is an introduction to the significance of the implementation of the scheme with the actual needs.After that in part 2, I present the theoretical basis of LEDs and the basic concepts of light Theoretical Foundations of LEDs covering all aspects of LEDs such as basic operation of LEDs, the color of the LEDs, characteristic of LEDs, etc As for the basic concepts of light, I am referring to the the concepts of color such as color coordinates, color rendering, color temperature From these concepts, I continually present the method to calculate the technical parameters of LEDs The first is how to calculate the coordinates of color, then the correlated color temperature and coefficient of color rendering CRI Part is a detailed presentation about the construction of the system for measuring the optical parameters of LEDs The measurement system consists of four main components which are the power supply, integrating sphere, spectrometers and software After measuring and retrieve the results, the results will be taken into calculation software that can calculate the necessary parameters to assess the quality of the LED The experiment using the spectrometer is described in part with a specific experiment which are measuring absolute radiation For each experiment, I use different types of LEDs such as white LED, white warm LED and other kinds of color In part 5, the measurement results obtained from these experiments will be calculated by the formula laid down in Part 2, the theoretical basis And then, we will come up with the parameters of the LED such as absolute radiation, color temperature, color rendering From these indicators, we can come up with recommendations to use LED lights as well as evaluate the quality of the LED on the market Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 10 Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Giả sử CCT< 5000K, sơ đồ thuật toán phản xạ có hệ số phản xạ R0 nhƣ sau: Bắt đầu chƣơng trình Đọc file đầu vào kết nối sở liệu SQL sever I= -1; ; J= -1; I+1 && J+1 Mang3[i] == mang29[j] Mang30[j]=mang4[i]*mang23[i]; Mang31[j]=mang5[i]*mang23[i]; Mang32[j]=mang6[i]*mang23[i]; I = 441 Kết thúc chƣơng trình Hình 35: Biểu đồ thuật toán tấm phản xạ có hệ số phản xạ R0 Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 79 Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Các giá trị kích thích màu phản xạ XR0, YR0, ZR0 đƣợc tính tổng giá trị xR0(λ), yR0(λ), zR0(λ) tƣơng ứng với mảng 30 đến mảng 32 XR0 = ∑mang30[i] với i= 0÷441 (5.15) YR0 = ∑mang31[i] với i= 0÷441 (5.16) ZR0 = ∑mang32[i] với i= 0÷441 (5.17) Bƣớc 6: Tính hệ số hoàn màu Trong công thức sau sử dụng ký hiệu theo qui ƣớc: r : sử dụng nguồn sáng chuẩn k: sử dụng đèn cần đo i: tạo nguồn sáng thứ cấp cách chiếu lên mẫu phản xạ thứ i có phổ phản xạ Ri(λ) (i = 1÷8); i=0 không sử dụng mẫu phản xạ - Tính tọa độ màu CIE 1960 (ur,i, vr,i) nguồn sáng chuẩn (uk,i, vk,i) đèn cần đo (i = 0÷8) Tính tọa độ màu thích ứng (u’k,i, v’k,i) đèn cần đo (i = 1÷8): 10.872  0.404 cr ,0 c k ,i  d r ,0 d k ,i ck ,0 d k ,0 u ' k ,i  cr ,0 d r ,0 16.518  1.481 c k ,i  d k ,i ck ,0 d k ,0 v'k ,i  c d 5.520 c d 16.518  1.481 r ,0 ck ,i  r ,0 d k ,i ck ,0 dk ,0 (5.18) (5.19)  u  10v v (5.20) 1.708v  0.404  1,481u v (5.21) Chuẩn hóa (normalize) giá trị Yr,i Yk,i cho Yr,0 = Yk,0 = 100 Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 80 Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ Tính tọa độ màu CIE 1964 Wr,i , Ur,i , Vr,i nguồn sáng chuẩn Wk,i , Uk,i , Vk,i đèn cần đo (i = 1÷8) ∗ Wr,i = 25(Yr,i )1/3 − 17 (5.22) ∗ Ur,i = 13W ∗ u − u0 (5.23) ∗ Vr,i = 13W ∗ v − v0 (5.24) ∗ Wk,i = 25(Yk,i )1/3 − 17 (5.25) ∗ Uk,i = 13W ∗ u − u0 (5.26) ∗ Vk,i = 13W ∗ (v − v0 ) (5.27) Bƣớc 7: Tính độ sai lệch màu: Ei  (U i* )  (Vi* )  (Wi* ) (5.28) Bƣớc 8: Tính độ sai lệch đèn cần đo nguồn sáng chuẩn Ei  (U i* )  (Vi* )  (Wi* ) (5.29) Bƣớc 9: Tính hệ số hoàn màu (CRI) : Ri  100  4.6Ei CRI  R A   Ri i 1 (5.30) (5.31) 5.3 Phần mềm tính toán kết thông số kỹ thuật LED Bằng thuật toán bƣớc tính nhƣ nêu trên, em sử dụng ngôn ngữ lập trình C# viết phần mềm tính toán phần mềm VisualStudio có kết nối với sở liệu SQLServer Dữ liệu đầu vào file đo đƣợc chuẩn hóa Dựa vào liệu đó, phần mềm tính đƣợc số tọa độ màu, nhiệt độ màu độ hoàn màu LED Phần mềm có giao diện nhƣ sau: Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 81 Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Hình 36: Giao diện phần mềm 5.4 Kết đánh giá Trong phần này, em đƣa kết đo đƣợc với loại LED khác Các loại LED đƣợc trình bày gồm có LED trắng sáng, OLED trắng vàng ấm loại LED màu đơn sắc nhƣ đỏ, vàng, tím Các loại LED đƣợc đo trình bày kết luận văn loại LED có thể màu sắc theo cảm quan tốt thông dụng thị trƣờng Tuy nhiên, loại LED đƣợc số liệu màu sắc nói lên đƣợc tính chất ánh sáng phát Từ thực tế kết cƣờng độ xạ, quang thông lần đo kiểm với mức điện áp khác với loại LED, em tính toán thông số tọa độ màu, nhiệt độ màu, độ hoàn màu Sau đó, em đƣa bảng kết tính toán đƣợc gồm loại tọa độ màu, nhiệt độ màu độ hoàn màu loại LED đo mức điện áp cấp vào lần lƣợt từ 2,5 đến 4,5 (V) Dựa vào kết này, em xác định chất lƣợng ánh sáng LED đƣa đƣợc mức điện áp phù hợp để sử dụng loại LED Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 82 Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân 5.4.1 LED trắng sáng Sau đo xạ LED trắng mức điện áp khác nhau, phần mềm tính tọa độ màu kết cuối nhiệt độ màu độ hoàn màu Các hình sau tổng hợp kết nhiệt độ màu, độ hoàn màu LED trắng mức điện áp khác nhau: Nhiệt độ màu LED trắng sáng 6550 6500 6450 6400 Nhiệt độ màu LED trắng sáng 6350 6300 6250 2,5 3,5 4,5 Hình 37: Nhiệt độ màu LED trắng Độ hoàn màu LED trắng sáng 85,5 85 84,5 84 83,5 83 82,5 82 81,5 81 80,5 Độ hoàn màu LED trắng sáng 2,5 3,5 4,5 Hình 38: Độ hoàn màu LED trắng Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 83 Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Trong loại LED, LED trắng loại LED cần quan tâm Đó LED trắng đƣợc ứng dụng rộng rãi chiếu sáng loại LED đƣợc tiêu thụ nhiều nhất, có nhiều chủng loại Qua bảng hình vẽ, ta thấy LED trắng, nhiệt độ màu rơi vào khoảng 6300 đến 6600(K) tƣơng ứng với ánh nắng trƣa trời xanh Độ hoàn màu LED trắng khoảng 82 đến 85 cho thấy LED trắng có độ hoàn màu tốt, thể trung thực màu sắc vật thể, phù hợp cho nơi cần có ánh sáng thể màu tốt sử dụng làm nguồn sáng để trƣng bày vật phẩm Khi cấp nguồn cho đèn LED mức điện áp từ 2.5V đến 4.5V, số quang thông, nhiệt độ màu độ hoàn màu tăng nhiều điện áp tăng khoảng từ 2.5 đến 3.5 V Từ 3.5 V trở lên, cƣờng độ sáng số CCT, CRI có tăng nhƣng không đáng kể Do vậy, điện áp thích hợp để trì loại đèn LED trắng vào khoảng 3.5 đến 4V 5.4.2 OLED sáng vàng ấm Sau đo xạ LED sáng vàng ấm mức điện áp khác nhau, phần mềm tính tọa độ màu để cuối kết nhiệt độ màu độ hoàn màu LED vàng ấm Các hình sau tổng hợp kết nhiệt độ màu, độ hoàn màu LED vàng ấm mức điện áp khác nhau: Nhiệt độ màu LED vàng ấm 3400 3350 3300 3250 3200 Nhiệt độ màu OLED vàng ấm 3150 3100 3050 3000 2,5 3,5 4,5 Hình 39: Nhiệt độ màu LED vàng ấm Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 84 Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Độ hoàn màu LED vàng ấm 78,5 78 77,5 77 76,5 76 75,5 75 74,5 74 73,5 Độ hoàn màu LED vàng ấm 2,5 3,5 4,5 Hình 40: Độ hoàn màu LED vàng ấm Qua bảng hình vẽ, ta thấy LED vàng ấm, nhiệt độ màu rơi vào khoảng 3200(K) tƣơng ứng với ánh sáng phòng rửa ảnh[21] Với nhiệt độ màu này, cảm giác mắt ngƣời thấy ấm áp, gần với ánh sáng tự nhiên đèn LED trắng sáng Độ hoàn màu LED vàng ấm khoảng 75 đến 77 cho thấy LED vàng ấm có độ hoàn màu khá, thể tƣơng đối màu sắc vật thể, dùng làm nguồn sáng dân dụng Khi cấp nguồn cho đèn LED mức điện áp từ 2.5V đến 4.5V, số nhiệt độ màu độ hoàn màu tăng nhiều điện áp tăng khoảng từ 2.5 đến 3V Từ 3V trở lên, cƣờng độ sáng số CCT, CRI có tăng nhƣng không đáng kể Do vậy, điện áp thích hợp để trì loại đèn LED trắng 3V 5.4.3 LED tím Sau đo xạ LED tím mức điện áp khác nhau, phần mềm tính tọa độ màu để cuối kết nhiệt độ màu độ hoàn màu LED tím Hình sau tổng hợp kết nhiệt độ màu LED tím mức điện áp khác nhau: Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 85 Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Nhiệt độ màu LED tím 19000 18800 18600 18400 18200 Nhiệt độ màu LED tím 18000 17800 17600 17400 2,5 3,5 4,5 Hình 41: Nhiệt độ màu LED tím LED tím loại LED đƣợc sử dụng nhiều với mục đích trang trí, thể màu sắc Qua bảng hình vẽ, ta thấy LED tím, nhiệt độ màu rơi vào khoảng 18000(K) gần với nhiệt độ màu ánh sáng mặt trời vào buổi xế chiều, lúc mặt trời khuất núi[21] Loại đèn với nhiệt độ màu có ánh sáng lạnh thƣờng đƣợc sử dụng công ty, khối văn phòng, phòng hội nghị, phòng thiết kế, thƣ viện, khu vực triển lãm Độ hoàn màu LED tím ánh sáng tím đơn sắc làm sai lệch hoàn toàn màu sắc vật thể Khi cấp nguồn cho đèn LED mức điện áp từ 2.5V đến 4.5V, số quang thông tăng nhiều điện áp tăng khoảng từ 2.5 đến 3V Từ 3V trở lên, cƣờng độ sáng số tọa độ màu, nhiệt độ màu trì không thay đổi nhiều Do vậy, điện áp thích hợp để trì loại đèn LED vào khoảng 3V 5.4.4 LED vàng Sau đo xạ LED vàng mức điện áp khác nhau, phần mềm tính tọa độ màu để cuối kết nhiệt độ màu độ hoàn màu LED vàng Hình sau tổng hợp kết nhiệt độ màu LED vàng mức điện áp khác nhau: Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 86 Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Nhiệt độ màu LED vàng 2400 2300 2200 2100 Nhiệt độ màu LED vàng 2000 1900 1800 1700 2,5 3,5 4,5 Hình 42: Nhiệt độ màu LED vàng LED vàng loại LED đƣợc sử dụng nhiều với mục đích trang trí, thể màu sắc Qua bảng hình vẽ, ta thấy LED vàng, nhiệt độ màu rơi vào khoảng 1900 đến 2300(K), số bóng đèn sợi đốt ánh sáng mặt trời lúc rạng đông[21] Nhiệt độ màu tạo cho mắt ngƣời cảm giác ấm, thoải mái, phù hợp dùng gia đình, khách sạn, khu nghỉ dƣỡng nơi cần độ cần ánh sáng với nhiệt độ màu thấp Độ hoàn màu LED vàng ánh sáng ánh sáng đơn sắc, làm sai lệch hoàn toàn màu sắc vật thể Khi cấp nguồn cho đèn LED vàng mức điện áp từ 2.5V đến 4.5V, số quang thông mức từ 2.5V trở lên tăng không nhiều Các giá trị tọa độ màu, nhiệt độ màu nằm khoảng xác định màu Do vậy, điện áp thích hợp để trì loại đèn LED vàng vào khoảng 2.5V 5.4.5 LED đỏ Sau đo xạ LED đỏ mức điện áp khác nhau, phần mềm tính tọa độ màu để cuối kết nhiệt độ màu độ hoàn màu LED đỏ Hình sau tổng hợp kết nhiệt độ màu LED đỏ mức điện áp khác nhau: Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 87 Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Nhiệt độ màu LED đỏ 1480 1460 1440 1420 1400 1380 1360 1340 1320 1300 1280 Nhiệt độ màu LED đỏ 2,5 3,5 4,5 Hình 43: Nhiệt độ màu LED đỏ LED đỏ loại LED đƣợc sử dụng nhiều với mục đích trang trí, thể màu sắc Qua bảng hình vẽ, ta thấy LED đỏ, nhiệt độ màu rơi vào khoảng 13001500(K) tƣơng ứng với ánh đèn dầu [21] Độ hoàn màu LED đỏ ánh sáng đỏ làm vật nhiễm sắc đỏ, làm sai lệch hoàn toàn màu sắc vật thể Khi cấp nguồn cho đèn LED mức điện áp từ 2.5V đến 4.5V, số quang thông mức từ 2.5V trở lên tăng không nhiều Các giá trị tọa độ màu, nhiệt độ màu nằm khoảng xác định màu Do vậy, điện áp thích hợp để trì loại đèn LED đỏ vào khoảng 2.5V 5.4.6 Nhận xét chung Hiện nay, loại đèn LED màu đƣợc sử dụng cho mục đích trang trí nên đa phần phản ánh màu sắc cần thể Phổ ánh sáng đèn hẹp cho thấy đèn thể màu không bị trộn lẫn ánh sáng màu sắc khác Nhiệt độ màu đèn phù hợp với màu sắc đèn thể Sau bảng tổng hợp thông số quang học loại LED đo đƣợc: Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 88 Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Các loại LED Điện Dòng Quang Tọa độ màu Tọa độ màu Nhiệt độ Độ áp điện thông CIE1931 CIE1964 màu hoàn (V) (mA) (Lm) (x, y, z) (U*,V*,W*) (K) màu 6524.3 85 3147 77 18624 1946 1352 X=0.3126 U*=0.2186 24.624 Y=0.3274 V*=0.4818 LED trắng 3.5 20 sáng OLED vàng ấm LED tím LED vàng LED đỏ 3 2.5 2.5 150 20 25 20 Z=0.36 W*=0.2996 X=0.4267 U*=0.2457 26.613 Y=0.4 1.132 1.187 0.256 V*=0.5182 Z=0.1733 W*=0.2361 X=0.1629 U*=0.1861 Y=0.0967 V*=0.2801 Z=0.7404 W*=0.5337 X=0.5560 U*=0.3089 Y=0.4427 V*=0.5533 Z=0.0013 W*=0.1378 X=0.6923 U*=0.5247 Y=0.3052 V*=0.5204 Z=0.0025 W*=-0.0452 Bảng 5.1: Tổng hợp thông số thu đƣợc từ loại LED Dựa vào cƣờng độ xạ quang thông đo đƣợc, giá trị điện áp dòng điện loại LED đƣợc xác định Nếu điện áp dòng điện nhỏ giá trị định mức này, LED sáng yếu không sáng Ngƣợc lại, giá trị điện áp dòng điện lớn giá trị định mức, LED phát nhiệt, bị giảm tuổi thọ bị hỏng Các tọa độ màu thể màu sắc ánh sáng phát Giá trị tọa độ màu đƣợc so sánh với không gian màu sắc tƣơng ứng nhƣ CIE 1931, CIE 1964 cho thấy ánh sáng đèn phát có màu sắc tƣơng đối chuẩn Các đèn LED đơn sắc có màu sử dụng mục đích trang trí, thể chiếu sáng màu Về nhiệt độ màu, loại LED có khoảng nhiệt độ màu riêng Dựa vào khoảng nhiệt độ màu đó, loại LED ứng dụng vào mục đích sử Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 89 Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân dụng khác tùy vào ngƣời sử dụng chúng [18] Về độ hoàn màu loại LED, dƣới đồ thị tổng hợp số độ hoàn màu loại LED đƣợc đo theo mức điện áp 90 80 Độ hoàn màu LED trắng 70 60 Độ hoàn màu OLED vàng ấm 50 Độ hoàn màu LED đỏ 40 30 Độ hoàn màu LED tím 20 Độ hoàn màu LED vàng 10 2,5 3,5 4,5 Hình 44: Chỉ số CRI loại LED tƣơng ứng với mức điện áp Chỉ số hoàn màu CRI số phản ánh độ trung thực màu sắc vật đƣợc chiếu sáng Qua đồ thị thể kết ta thấy hệ số hoàn màu LED đỏ, LED tím LED vàng có CRI = Vì đèn LED có ánh sáng đơn sắc ánh sáng có độ màu trung thực thấp Đối với LED sáng trắng ta thấy hệ số hoàn màu nằm khoảng 82-85 Đây khoảng hệ số hoàn màu tốt chứng tỏ ánh sáng phản ánh trung thực màu sắc vật thể Đối với OLED có ánh sáng vàng ấm, hệ số hoàn màu nằm khoảng 75-77 Chỉ số chứng tỏ đèn có độ phản ánh màu sắc gần nhƣ trung thực, phù hợp làm nguồn ánh sáng thông dụng Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 90 Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân CHƢƠNG VI: KẾT LUẬN Xét về khía c ạnh hiệu sử dụng lƣợng, thông số đƣợc đặt lên hàng đầu để đánh giá nguồn sáng hiệu suấ t phát quang Xét khía cạnh chiếu sáng phù hợp với sinh lý mắ t , có hai yếu tố ảnh hƣởng tới chấ t lƣợng nguồn sáng nhiệt độ màu tƣơng quan CCT số hoàn mầu CRI Một hệ thống thiết bị đo thông số quang/điện nguồn sáng về b ản đề u ph ải đo tính toán đƣợc thông số kể Hiện có số đơn vị sản xuấ t trung tâm ki ểm chuẩn có trang b ị thiết bị đo thông số quang học nguồn sáng sử dụng cầu tích phân phổ kế, nhƣng đo đƣợc thông số quang/điện cho loại đèn truyề n thống có kích thƣớc, công suấ t quang thông l ớn, kể hệ thống thiết bị đo lƣờng ánh sáng đặt Viện Vật lý Kỹ thuật Do linh kiện LED có đ ặc thù kích thƣ ớc công suấ t nhỏ, hệ đo thông số quang học cho LED cần có thiết kế riêng với kích thƣớc phù hợp độ nhạy cao cùng v ới khả lọc nhiễu quang cao (tỉ số tín hiệu/tạp SNR lớn) để có kết đo xác Về bản, luận văn đạt đƣợc mục đích nghiên cứu, xây dựng hệ đo thông số quang học LED, phép đo cƣờng độ xạ nguồn sáng Dựa vào kết phổ xạ đo đƣợc, phần mềm tính toán thông số quang học khác nguồn sáng nhƣ quang thông, tọa độ màu, nhiệt độ màu độ hoàn màu nguồn sáng Tuy nhiên, việc đo tính toán thông số quang học LED diễn cách thủ công Để phát triển đề tài, cần tự động hóa bƣớc để kiểm định loại đèn LED Tức là, cần hệ thống mà với mẫu đo khác (mỗi loại LED) lần đo, phần mềm tự động điều chỉnh thông số nguồn (điện áp, dòng điện), quang phổ kế USB4000 (lấy đƣợc phổ thô ánh sáng từ quang phổ kế) tính toán thông số thu đƣợc để đƣa thông số LED Kết đƣợc lƣu lại cách hệ thống loại LED đƣợc đo điều kiện, đầy đủ hơn, phần mềm tự động đánh giá ý nghĩa thông số đo đƣợc, giúp cho việc kiểm định LED đƣợc hỗ trợ toàn diện Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 91 Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân Tài liệu tham khảo [1]^ Color Measurement – Theme and Variations D.L MacAdam (SpringerVerlag, 1981) [2]^ Robert Boylestad & Louis Nashelsky, Electronic Devices and Circuit Theory 7th, 1998 [3]^ The life and times of the LED — a 100-year history‖ (PDF) The Optoelectronics Research Centre, University of Southampton [4]^ LED types by Color, Brightness, and Chemistry Donklipstein.com [5]^ Ocean Optics, SpectraSuite Installation and Operation Manual, Ocean Optics, 2009 [6]^ Ocean Optics, USB4000OperatingInstructions, Ocean Optics, 2009 [7]^ http://docs-hoffmann.de/ciexyz29082000.pdf [8]^ Thomas; Guild, John (1931–32) "The C.I.E colorimetric standards and their use" Transactions of the Optical Society 33 (3): 73–134 [9]^ US Patent 3293513, "Semiconductor Radiant Diode", James R Biard and Gary Pittman, Filed on Aug 8th, 1962, Issued on Dec 20th, 1966 [10]^ https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode [11]^ http://baocongthuong.com.vn/dien-nang-chieu-sang-chiem-35-tong-dien-nangtieu-thu.html [12]^ http://tailieu.vn/tag/quang-dien-tu.html [13]^ http://www.cpc.vn/cpc/home/TTuc_Detail.aspx?pm=ttuc&sj=TN&id=11101#.VWHFh_0G0k Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 92 Nghiên cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân [14]^ http://bka.vn/forum/threads/bai-giang-mon-cau-kien-dien-tu-khoa-dtvtne.7571/ [15]^ http://truyenthongkhoahoc.vn/vn/print.php?module=news&iData=3475&iCat=1035 [16]^ https://vi.wikipedia.org/wiki/LED [17]^ https://en.wikipedia.org/wiki/Color_rendering_index [18]^ nao.html http://tinnong24h.org/chat-luong-anh-sang-den-led-duoc-danh-gia-nhu- [19]^ http://denledamc.com/mau-sac-den-led/ [20]^ https://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90i%E1%BB%91t_ph%C3%A1t_quang_h%E1 %BB%AFu_c%C6%A1 [21]^ https://vi.wikipedia.org/wiki/Nhi%E1%BB%87t_%C4%91%E1%BB%99_m%C3% A0u [22]^ http://www.aice.com.vn/Print.aspx?NewsID=71&LangID=1 Nguyễn Đức Anh- CB130565 Page 93 ... cứu chế tạo hệ đo thông số quang học LED sử dụng cầu tích phân hết LED trắng dùng đƣợc chế tạo theo cách Tuy nhiên nhiều cách chế tạo LED trắng khác đƣợc đẩy mạnh nghiên cứu nhằm làm cho cách... Luận văn Nghiên cƣ́u chế tạo hệ đo thông số quang học LED dùng cầu tích phân‖ nội dung nghiên cứu cần thiết phải đặt thời điểm Với mục tiêu xây dựng hệ đo thông số quang học LED dùng cầu tích... dựng hệ thống đo phổ xạ đèn LED từ tính toán thông số quang học LED Dựa vào thông số quang học đó, ngƣời tiêu dùng nắm đƣợc nhiều thông tin loại đèn LED sử dụng nhƣ nhà nghiên cứu dựa vào thông số