Nghiên cứu chế tạo đèn led có quang phổ khác nhau và thử nghiệm sinh học ở cây hoa cúc tại thị xã an nhơn bình định

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

NGUYỄN THỊ NHƯ QUỲNH

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ĐÈN LED CÓ QUANG PHỔ
KHÁC NHAU VÀ THỬ NGHIỆM SINH HỌC Ở CÂY

HOA CÚC TẠI THỊ XÃ AN NHƠN – BÌNH ĐỊNH

Ngành: Vật lý chất rắn
Mã số: 8440104

Người hướng dẫn: TS. Lê Thị Thảo Viễn

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với cô Lê Thị Thảo
Viễn và các Thầy cô của bộ môn Vật lý – KHVL, Trường đại học Quy Nhơn đã
hướng dẫn và tạo điều kiện giúp em hoàn thành đề án tốt nghiệp này. Bên cạnh đó,
em cũng gửi lời cảm ơn đến thầy Đào Xuân Việt, anh Nguyễn Minh Thơng cùng tập
thể nhóm nghiên cứu, các thầy cơ trong viện ITIMS, đã nhiệt tình hướng dẫn, hỗ trợ
em từ những ngày đầu tham gia nghiên cứu. Quãng thời gian học tập, làm việc tại
viện đã mang lại cho em nhiều trải nhiệm có giá trị. Em xin được chân thành cảm ơn
cả những trọn vẹn và những dang dở.. Trong q trình hồn thành đề án, cũng như
là trong q trình làm bài báo cáo khó tránh khỏi sai sót, rất mong các thầy, cơ bỏ
qua. Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn cịn hạn chế nên
bài báo cáo khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến
đóng góp thầy, cơ để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1

1. Lí do chọn đề tài........................................................................................ 1
2. Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................. 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu............................................................. 2
4. Nội dung nghiên cứu ................................................................................. 2
5. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu........................................ 2
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................. 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ........................................................................... 4
1.1 Vai trò của ánh sáng đối với cây trồng ................................................... 4
1.1.1 Quang chu kì ........................................................................................ 5
1.1.2 Bước sóng ánh sáng ............................................................................. 7
1.1.3 Tỷ lệ R/Fr ............................................................................................. 7
1.2 Các nghiên cứu trước đây về điều khiển sự ra hoa của cây hoa Cúc ..... 8
1.3 Tổng quan về LED ................................................................................ 10
1.3.1 LED .................................................................................................... 10
1.3.2 Cấu tạo của LED ................................................................................ 11
1.3.3 Nguyên lý hoạt động của LED........................................................... 12
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO LED PHÁT XẠ ÁNH SÁNG
TÍM, ĐỎ VÀ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM SINH HỌC ĐỒI VỚI CÂY
HOA CÚC ...................................................................................................... 14
2.1 Nghiên cứu quy trình chế tạo LED ...................................................... 14
2.2 Phương pháp đo quang của chip LED .................................................. 15
2.3 Tham số đầu vào ................................................................................... 17

2.4 Quy trình thực nghiệm sinh học đối với cây hoa Cúc ...................................17

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 19
3.1 Kết quả chế tạo đèn ............................................................................... 19
3.2 Kết quả thử nghiệm sinh học ................................................................ 20
3.2.1 Mẫu Cúc thử nghiệm với đèn LED 1:................................................ 20
3.2.2 Mẫu Cúc thử nghiệm với đèn LED 2:................................................ 21
3.2.3 Mẫu Cúc thử nghiệm với đèn LED 3:................................................ 22
3.2.4 Mẫu Cúc thử nghiệm với đèn LED 4:................................................ 23
3.2.5 Mẫu Cúc thử nghiệm với đèn LED 5:................................................ 24
3.2.6 Mẫu Cúc thử nghiệm với đèn LED 6:................................................ 25
3.2.7 Mẫu Cúc thử nghiệm với đèn LED 7:................................................ 26
3.2.8 Mẫu Cúc thử nghiệm với đèn LED 8:................................................ 27
3.2.9 Mẫu Cúc đối chứng không chiếu đèn: ............................................... 28
3.2.10 Tổng hợp và phân tích kết quả thử nghiệm sinh học của 8 đèn LED
thử nghiệm................................................................................................... 29

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 32
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................... 33

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1. Bảng số liệu về tỷ lệ V/R tương ứng với các đèn LED khác nhau ........... 19

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Vai trị của ánh sáng đối với các quá trình sinh trưởng của cây trồng ... 4
Hình 1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự ra hoa ..................................................... 5
Hình 1.3 Sự ra hoa của các loại cây khác nhau phụ thuộc độ dài ngày đêm ......... 6
Hình 1.4 Phổ hấp thụ của phytochrome ................................................................. 7

Hình 1.5 Cơ chế cảm ứng và điều chỉnh sinh trưởng của phytochrome................ 8
Hình 1.6a Cấu tạo của LED buld ......................................................................... 11
Hình 1.6b Cấu tạo của LED ................................................................................. 12
Hình 2.1 Sơ đồ chế tạo LED ................................................................................ 14
Hình 2.2 Lị hàn hồng ngoại và chu trình nhiệt ................................................... 14
Hình 2.3 Đèn được cấp nguồn ............................................................................. 14
Hình 2.4 LED và hệ đo thơng số LED ................................................................. 15
Hình 2.5 Sơ đồ khối hệ đo thơng số LED ............................................................ 16
Hình 2.6 Giao diện phần mềm Gamma Scientific LightTouch LED .................. 16
Hình 2.7 Giao diện phần mềm Osram Color Caculator ....................................... 16
Hình 2.8 Quang phổ chip LED tím ...................................................................... 17
Hình 2.9 Hình ảnh bố trí đèn vào ban đêm và ban ngày cho cây hoa Cúc .......... 18
Hình 3.1 Hình ảnh 8 đèn LED đã được chế tạo với các tỷ lệ V/R tương ứng ..... 19
Hình 3.2 Phần trăm nở hoa theo thời gian của đèn LED 1 .................................. 20
Hình 3.3 Phần trăm nở hoa theo thời gian của đèn LED 2 .................................. 21
Hình 3.4 Phần trăm nở hoa theo thời gian của đèn LED 3 .................................. 22
Hình 3.5 Phần trăm nở hoa theo thời gian của đèn LED 4 .................................. 23
Hình 3.6 Phần trăm nở hoa theo thời gian của đèn LED 5 .................................. 24
Hình 3.7 Phần trăm nở hoa theo thời gian của đèn LED 6 .................................. 25
Hình 3.8 Phần trăm nở hoa theo thời gian của đèn LED 7 .................................. 26
Hình 3.9 Phần trăm nở hoa theo thời gian của đèn LED 8 .................................. 27
Hình 3.10 Phần trăm nở hoa theo thời gian của mẫu Cúc khơng chiếu đèn ........ 28
Hình 3.11 Phần trăm ra hoa theo tỷ lệ V/R .......................................................... 30
Hình 3.12 Phần trăm ra hoa của mẫu Cúc theo thời gian .................................... 31

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

STT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt

1 LED Light Emitting Diode Điốt phát quang

Hiệu suất ánh sáng
2 Lm/W Luminous efficacy Công suất ánh sáng
Kéo dài ngày
3 Lx Light output Gián đoạn bóng đêm
Đơn vị áp suất
4 DE Day Extension Tím/Đỏ
Tia cực tím
5 NI Night Intteruption

6 kPa Kilopaxcan

7 V/R Violet/Red

8 UV Ultraviolet

1

MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài

Hoa Cúc là một trong những loài hoa quen thuộc và gần gũi với đa dạng màu
sắc, được người dân sử dụng nhiều trong các dịp lễ, tết, ngày rằm mồng một, … ngồi
ra, nó cịn được sử dụng làm thuốc chữa bệnh: chữa mất ngủ, giải cảm, tiêu độc, mát
gan, làm đẹp da,… Hiện nay, hoa cúc được trồng nhiều vụ trong năm, nhiều nhất vào
vụ đông để phục vụ dịp tết Nguyên Đán.
Cây hoa Cúc là cây ngày ngắn (tức là trong điều kiện ngày ngắn đêm dài ở vụ đơng
cây sẽ phân hố mầm hoa và ra hoa), vì thế thời gian chiếu sáng rất quan trọng và ảnh
hưởng lớn đến năng suất, chất lượng bông. Nếu trồng hoa thông thường vụ đông
không dùng điện thì ngọn sẽ chùn, khơng vươn cao được, cây còn rất nhỏ đã cho hoa

(cây hoa chỉ cao khoảng 40cm), làm cho cây bé, xấu, chất lượng hoa không đảm bảo,
khơng đúng ý định của người trồng.
Vì thế, để điều khiển hoa Cúc ra hoa theo ý muốn, tăng giá trị sản phẩm hoa trong vụ
đông, người trồng hoa cần chiếu sáng bổ sung cho cây hoa cúc bằng cách thắp điện
vào ban đêm. Loại bóng sử dụng thường dùng như bóng dây tóc, bóng compact cơng
suất nhỏ từ 10 – 20W, đèn LED HC 6W, đèn LED HC 9W 3000k hoặc cũng có thể
sử dụng đèn LED bulb. Tuy nhiên, phổ phát quang của đèn LED bulb này có chỉ số
hồn màu cao (CRI > 80).

Ở nước ta hiện nay, nguyên liệu bột huỳnh quang dùng trong các bóng đèn
huỳnh quang và bóng đèn huỳnh quang ba phổ đa số là nhập từ nước ngoài. Việc chế
tạo bột huỳnh quang ứng dụng để phủ trong các đèn huỳnh quang là nhu cầu cấp thiết
và sống còn của các nhà máy sản xuất thiết bị chiếu sáng, vì khi chủ động được
nguyên vật liệu mới chủ động được công nghệ chế tạo và hạ được giá thành sản phẩm.
Trong các thiết bị chiếu sáng phát ánh sáng trắng dùng vật liệu ba phổ thì bột huỳnh
quang phát ra bức xạ màu đỏ xa chiếm gần 80%. Vì vậy việc nghiên cứu và chế tạo
bột huỳnh quang phát bức xạ màu đỏ xa là cần thiết. Đề tài “Thực nghiệm chế tạo
đèn LED nông nghiệp và trực tiếp ứng dụng thử nghiệm sinh học điều khiển ra hoa ở

2

cây hoa Cúc” được thực hiện nhằm ứng dụng trực tiếp các kết quả vào việc chế tạo
các đèn huỳnh quang ánh sáng đỏ xa dùng trong nơng nghiệp có hiệu suất cao.

2. Mục tiêu nghiên cứu

- Khảo sát lý thuyết tác động của ánh sáng đến sự ra hoa của cây hoa Cúc
- Nghiên cứu chế tạo LED phát xạ ánh sáng tím, đỏ
- Thử nghiệm sinh học bằng cách khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ V/R phù hợp kích

thích hoặc ức chế ra hoa ở cây hoa Cúc.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng: Vật liệu huỳnh quang phát xạ ánh sáng tím.
- Phạm vi nghiên cứu: Chế tạo bột huỳnh quang phát xạ ánh sáng tím ứng dụng chế
tạo đèn LED điều khiển ra hoa ở cây hoa Cúc

4. Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu một cách tổng thể ảnh hưởng của các vùng ánh sáng khác nhau đến sự
ra hoa của cây ngày ngắn.
- Nghiên cứu thiết lập quy trình đóng gói LED, chế tạo đèn LED chun dụng phát
xạ ánh sáng tím - đỏ
- Đo đạc phổ phát quang và các thông số cuae đèn LED chế tạo được
- Thử nghiệm kích thích ra hoa ở cây hoa Cúc.
- Xây dựng ma trận đèn thử nghiệm
- Xử lý số liệu thực nghiệm

5. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu

Trong đề tài, tôi đã kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu, tuy nhiên phương
pháp chính là phương pháp thực nghiệm.

❖ Phương pháp thực nghiệm chế tạo đèn LED:
- Tổ hợp LED
- Thiết kế kỹ thuật cho đèn
- Quy trình chế tạo

3

- Kết quả chế tạo đèn LED
❖ Phương pháp thử nghiệm sinh học:
- Tổng quan các nghiên cứu thử nghiệm sinh học
- Thực nghiệm sinh học
- Kết quả thử nghiệm sinh học

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Việc chế tạo ra đèn LED giúp người dân trồng hoa nâng cao hiệu quả sản xuất,
đồng thời giảm lượng điện tiêu thụ ở mức thấp nhất.

- Chiếu sáng cho cây trồng bằng đèn LED có nhiều ưu điểm như: than thiện môi
trường, không chứa thuỷ ngân và các chất độc hại khác, dễ điều khiển bằng kỹ thuật
số với khả năng thay đổi độ sáng 100%, chi phí bảo hành và thay thế hệ thống thấp,
dễ dàng thay đổi nhiệt độ, màu khi cần thiết.

- Sử dụng đèn LED chiếu sáng là công nghệ mới hứa hẹn sẽ nhanh chóng được
nhân rộng góp phần tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường xanh - sạch - đẹp, hướng
đến một nền sản xuất nông nghiệp bền vững.

4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Vai trò của ánh sáng đối với cây trồng

Trong điều kiện môi trường biến đổi phức tạp như hiện nay, sự phát triển của
các mơ hình nơng nghiệp cơng nghệ cao có thể sản xuất nông nghiệp, trồng cây cảnh
giảm thiểu tối đa những tác động xấu của thời tiết đó là xu hướng sử dụng ánh sáng
nhân tạo để điều quá trình sinh trưởng, ra hoa của cây trồng.

Dưới ánh sáng nhân tạo, chẳng hạn như nguồn sáng LED, sẽ là một bước quan
trọng trong việc đạt được các mục tiêu này. Chẳng hạn như hệ thống chiếu sáng nhân
tạo tối ưu có tính đến nhịp sinh học của thực vật, thủy canh giàu chất dinh dưỡng, điều
hịa khơng khí chi phí thấp, các công nghệ cảm biến khác nhau để tạo ra một mơi
trường sản xuất đồng nhất trong các phịng trồng trọt cũng như các cơng nghệ tự động
hóa và robot tiên tiến để tiết kiệm chi phí lao động và duy trì sự sạch sẽ trong khu vực
sản xuất và thu hoạch.

❖ Tác động của ánh sáng tới sinh trưởng của thực vật:
Để tồn tại và phát triển, cây trồng cần một môi trường phù hợp với nhiều yếu

tố, trong đó yếu tố quan trọng bậc nhất là ánh sáng. Ánh sáng có tác động tới tất cả
các quá trình sinh trưởng của cây trồng, từ nảy mầm, quang hợp, cho tới ra hoa và
tích lũy thành phần dinh dưỡng.

Hình 1.1 Vai trị của ánh sáng đối với các quá trình sinh trưởng của cây trồng

5

Thực vật có nhiều loại tế bào cảm quang phục vụ các chức năng khác nhau và
phối hợp điều hòa lẫn nhau. Chất diệp lục, phytochrome và cryptochrome là nguyên
tố chính tế bào cảm quang. Chất diệp lục là một phân tử bẫy ánh sáng và chuyển đổi
năng lượng thông qua quang hợp, trong khi phytochrome điều chỉnh sự nảy mầm của
hạt, hoặc ra hoa. Cryptochrome là một tế bào cảm quang điều chỉnh đồng hồ sinh học
và có thể có ảnh hưởng lớn đến sự hình thành phytochemical. Cryptochrome được
kích thích trong vùng UV-A / xanh lam của quang phổ và sẽ kích hoạt các phản ứng
phịng vệ cụ thể. Khi phản ứng phịng vệ được kích hoạt, thực vật sẽ tiêu thụ năng
lượng theo những cách khác với quang hợp, sản xuất các chất chuyển hóa thứ cấp,
chẳng hạn như vitamin C, anthocyanins và các hợp chất phenolic có giá trị trong việc

hấp thụ dinh dưỡng [1].

a) Quang chu kì

Sự ra hoa b) Bước sóng ánh
sáng

c) Cường độ tỷ đối
giữa các vùng ánh
sáng( tỷ lệ R/Fr)

Hình 1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến sự ra hoa

1.1.1 Quang chu kì

Cây trồng sử dụng ánh sáng là tín hiệu để điều chỉnh sự sinh trưởng, phát triển
phù hợp với điều kiện môi trường. Ánh sáng tác động tới sự điều chỉnh này dựa trên
ba khía cạnh: bước sóng, cường độ và thời gian chiếu sáng.

Về khía cạnh thời gian chiếu sáng hay quang chu kỳ, Garner và Allard [2] đã
phát hiện ra ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng ban ngày theo mùa có ảnh hưởng tới
sự ra hoa của cây. Tuy nhiên, sự phản ứng với thời gian chiếu sáng trong ngày của
các loài cây là khơng giống nhau, nên được chia làm ba nhóm:

6

• Cây ngày dài là cây ra hoa khi thời gian chiếu sáng ban ngày dài hơn ngưỡng
giới hạn (ngày dài hơn đêm) trong mùa hè

• Cây ngắn ngày chỉ ra hoa khi thời gian chiếu sáng ban ngày ngắn hơn

ngưỡng giới hạn (ngày ngắn hơn đêm) trong mùa thu hoặc mùa đông.

• Cây trung tính là cây có sự ra hoa khơng phụ thuộc thời gian chiếu sáng mà
phụ thuộc tuổi cây hay kích thích bên ngoài.

Do đặc điểm nghiên trục của trái đất khi quay quanh mặt trời mà thời gian nhận
ánh sáng mặt trời trong ngày theo mỗi mùa là khác nhau. Ở các nước thuộc bán cầu
Bắc như Việt Nam, mùa hè là thời điểm ngày dài hơn đêm trong khi mùa đơng thì đêm
lại dài hơn ngày. Đối với cây loại cây ngày ngắn, vào thời điểm mùa thuận cần điều
khiển để có sự ra hoa, tạo quả đồng đều để thuận tiện cho việc thu hái, đồng nhất
về chất lượng sản phẩm; còn trong mùa nghịch để cây có thể ra hoa trái vụ, tăng năng
suất cây trồng và giá trị nông sản [3].

Cây ngày ngắn Quang chu kì Cây ngày dài

Hình 1.3 Sự ra hoa của các loại cây khác nhau phụ thuộc độ dài ngày đêm

7

1.1.2 Bước sóng ánh sáng

Hình 1.4 Phổ hấp thụ của phytochrome [4]
Như đã nói ở phần trên, sắc tố đảm nhiệm vai trò điều chỉnh ra hoa là
phytochrome. Sắc tố này tồn tại dưới hai dạng Pr, Pfr; mỗi dạng phổ hấp thụ riêng
phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng tiếp nhận. Khi ánh sáng chiếu đến cây các sắc tố
hấp thụ ánh sáng, đạt ngưỡng kích ứng, sắc tố phytochrom dạng Pr sẽ chuyển đổi
thành dạng Pfr và ngược lại.
Dạng Pr có hai đỉnh hấp thụ cực đại tại vùng đỏ (660nm) và vùng UV gần
(380nm); dạng Pfr có hai đỉnh hấp thụ cực đại tại vùng đỏ xa (730nm) và vùng tím
(410) nm. Do đó, bước sóng ánh sáng phù hợp để kích thích ra hoa sẽ bao gồm các

vùng này, vốn là các bước sóng sẵn có trong phổ ánh sáng mặt trời.

1.1.3 Tỷ lệ R/Fr

Sắc tố phytochrome cảm ứng các tham số ánh sáng trong đó có tỷ lệ R/Fr và
điều khiển q trình ra hoa.

680

- Thông lượng phát xạ vùng đỏ bước sóng 640- 680nm: R = ∫640 S(λ)dλ

750

- Thông lượng phát xạ vùng đỏ xa bước sóng 710- 750nm: Fr = ∫710 S(λ)dλ

680

𝑅 ∫640 S(λ)dλ
𝐹𝑟 = ∫710 750 S(λ)dλ

8

Cảm ứng Điều chỉnh

Bước sóng Pr ↔Pfr Nảy mầm
Cường độ
Khoảng thời gian Chống lại sự héo úa
Kéo dài thân chồi,
Chu kỳ biểu hiện gen điều
Tỉ lệ R/Fr khiển ánh sáng

Tránh bóng râm

Ra hoa

Hình 1.5 Cơ chế cảm ứng và điều chỉnh sinh trưởng của phytochrome
Để định lượng tỷ lệ giữa cường độ các vùng ánh sáng, có nhiều nghiên cứu
tiến hành thử nghiệm sinh học, trong đó nổi bật là nghiên cứu của Yamada và đồng
sự đưa ra kết luận tỷ lệ ánh sáng đỏ và đỏ xa phù hợp nhất cho ra hoa trong khoảng
từ 0.6 tới 1, và ngưỡng có thể ra hoa là dưới 5.3 [5].
Cho tới thời điểm gần đây, đã có thêm các nghiên cứu dựa trên quan điểm của
Yamada như của để xác định tỷ lệ đỏ và đỏ xa như của nhóm Mah xác định tỷ lệ đỏ
và đỏ xa hiệu quả là 0.7 cho tới 1.1 [6].
Như vậy, các nghiên cứu trên mới chỉ đánh giá hiệu quả của các bước sóng
vùng đỏ và đỏ xa cho kích thích ra hoa, mà chưa đề cập tới bước sóng vùng tím.

1.2 Các nghiên cứu trước đây về điều khiển sự ra hoa của cây hoa Cúc

Năm 2012, Runkle

9

Năm 2013, Runkle
Để định lượng tỷ lệ giữa cường độ các vùng ánh sáng, có nhiều nghiên cứu

R/Fr

Kích thích ra hoa 0,66 Ức chế ra hoa

tiến hành thử nghiệm sinh học. Năm 2012 Erik S. Runkle cùng đồng sự đã thực hiện

nghiên cứu và đưa ra kết luận tỷ lệ ánh sáng đỏ trên đỏ xa bằng 0,66 cho hiện tượng

cây cúc sinh trưởng cao nhất có khả năng ức chế sự ra hoa của cây hoa cúc [7].

Tới năm 2013, Erik S. Runkle cùng đồng sự đưa ra kết luận tỷ lệ ánh sáng đỏ
trên đỏ xa bé hơn 0,66 có hiện tượng kích thích sự ra hoa, tỷ lệ đỏ trên đỏ xa lớn hơn
0,66 có khả năng ức chế sự ra hoa của cây ngày ngắn [8].

Tại Việt Nam thì việc nghiên cứu ứng dụng chiếu sáng LED cũng đang được
các nhà khoa học:

Năm 2021, Viện hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã công bố đề tài
“Nghiên cứu phát triển và triển khai ứng dụng các mô hình chiếu sáng điều khiển
quang chu kỳ bằng đèn LED chuyên dụng nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất hoa cúc
thương mại tại khu vực Tây Ngun”. Các mơ hình đã sử dụng đèn LED chuyên dụng
dạng 3U-660 để thay thế đèn compact trong chiếu sáng cho cây hoa Cúc với thời gian
giảm còn 1/3 (đối với cây cúc Pha Lê, Kim Cương) và 1/6 (đối với cây cúc Farm) so
với phương pháp chiếu sáng truyền thống đã khẳng định hiệu quả tiết kiệm năng
lượng trên 67% cho các mô hình ngồi trời và từ 83%-94% cho các mơ hình trong
nhà lưới. Cây hoa Cúc ở mơ hình chiếu sáng bằng đèn LED chuyên dụng có thời điểm
ra hoa đúng như mong muốn; có các chỉ tiêu về sinh trưởng, phát triển năng suất và
chất lượng cây đều tương đương hoặc cao hơn so với cây hoa cúc được chiếu sáng

10

bằng đèn compact 20W. Ngoài ra, các chỉ số tác động đến mơi trường khơng khí, đất,
nước và tài ngun của đèn LED chuyên dụng chỉ bằng từ 12-16% so với đèn CFL-
20W trong giai đoạn phá đêm cây hoa Cúc [9].

1.3 Tổng quan về LED

1.3.1 LED

Đèn LED hay cịn gọi bóng đèn LED (tiếng Anh: LED lamp), là đèn điện được
sử dụng trong các thiết bị chiếu sáng, tạo ra ánh sáng bằng cách sử dụng một hoặc
nhiều diode phát quang (LED). Đèn LED có tuổi thọ cao hơn nhiều lần so với đèn sợi
đốt tương đương và hiệu quả hơn hầu hết các loại đèn huỳnh quang; một số nhà sản
xuất đèn điện (như công ty Cree và những công ty khác) tuyên bố chip LED có hiệu
suất chiếu sáng (luminous efficacy) lên đến 303 Lumen trên Watt (lm/W). Tuy nhiên,
bóng đèn LED sử dụng một mạch điều khiển LED điện tử khi nối trực tiếp từ đường
dây điện chính và tổn thất gây ra do mạch điều khiển này khiến hiệu suất của đèn
LED thấp hơn hiệu suất của chip LED có trong đèn. Đèn LED thương mại hiệu quả
nhất hiện nay có hiệu suất 200 lm/W.

Thị trường đèn LED dự kiến sẽ tăng gần gấp 4 lần trong thập kỷ tới, từ 67,6 tỷ
đô la vào năm 2019 lên 262,8 tỷ đô la vào năm 2030, tốc độ tăng trưởng kép hàng
năm (CAGR) là 12,9%. Tính đến 2016, nhiều loại bóng đèn LED tiêu thụ chỉ khoảng
10–25% năng lượng tiêu thụ bởi một bóng đèn sợi đốt, lại bền hơn đến 25 lần so với
đèn sợi đốt.

Tương tự như đèn sợi đốt (và khác với đèn huỳnh quang), đèn LED đạt đến độ
sáng tối đa ngay lập tức mà khơng có độ trễ khởi động. Việc bật và tắt thường xuyên
không làm giảm tuổi thọ như với đèn huỳnh quang. Công suất ánh sáng (light output)
giảm dần theo tuổi thọ hoạt động của đèn LED.

Một số bóng đèn LED được dùng thay thế trực tiếp cho đèn sợi đốt hoặc đèn
huỳnh quang khi các loại đèn này bị hư hỏng. Trên vỏ hộp sản phẩm bóng đèn LED
có thể hiển thị cơng suất ánh sáng tính bằng Lumen (lm), cơng suất tiêu thụ tính
bằng Watt (W), nhiệt độ màu tính bằng Kelvin (K), hoặc mô tả màu như "trắng ấm",

11

"trắng mát" hoặc "ánh sáng ban ngày", phạm vi nhiệt độ hoạt động, và đôi khi thể
hiện cả công suất tương đương với đèn sợi đốt cung cấp cùng công suất tính bằng
lumen.

Đặc tính phát xạ có hướng của bóng đèn LED ảnh hưởng đến thiết kế của đèn.
Một bóng đèn LED có thể cung cấp lượng ánh sáng bằng với một bóng sợi đốt vốn
tiêu thụ điện năng hơn gấp nhiều lần; tuy nhiên, với hầu hết hệ thống chiếu sáng thông
dụng, người ta sử dụng nhiều đèn LED kết hợp với nhau. Điều này giúp tạo ra một
bóng đèn với chi phí rẻ hơn với những đặc tính được cải thiện tốt hơn, như khả năng
phân bố ánh sáng, tản nhiệt và chỉ số hoàn màu.

Đèn LED sử dụng dòng điện một chiều (DC), trong khi mạch điện chính là dịng
điện xoay chiều (AC) và thường có điện áp cao hơn nhiều so với mức mà đèn LED
có thể chịu được. Do vây, bên trong đèn LED có thể chứa mạch điện để chuyển đổi
nguồn điện xoay chiều thành dòng điện một chiều ở mức điện áp phù hợp. Các mạch
này chứa bộ chỉnh lưu, tụ điện và có thể có các bộ phận điện tử hiệu dụng khác, như
thiết bị điều khiển tăng–giảm độ sáng của đèn. Trong bóng đèn LED dây tóc, mạch
điều khiển được đơn giản hóa vì nhiều mối nối LED được mắc nối tiếp có tổng điện
áp hoạt động xấp xỉ bằng điện áp nguồn điện xoay chiều. Đèn LED yêu cầu một hệ
thống cung cấp điện (mạch điều khiển) để điều khiển và tương tác với mạng điện
chính. Nói chung, dạng sóng dịng điện chứa một lượng độ nhiễu nhất định, tùy thuộc
vào cơng nghệ của bóng đèn LED [10].

1.3.2 Cấu tạo của LED

Hình 1.6a Cấu tạo của LED buld

12

- Vỏ bóng đèn: thiết kế đa dạng mẫu mã, màu sắc dùng để bảo vệ bóng đèn và tán
xạ ánh sáng cho mơi trường bên ngồi. Để đèn LED có độ bền cao thì vỏ bóng đèn
phải được sản xuất bằng chất liệu cao cấp đồng thời khả năng toả nhiệt nhanh chóng
- LED trên mạch điều khiển kim loại là bộ phận tạo ra ánh sáng của đèn
- Đĩa nhơm có vai trị cố định thiết bị chip LED trong bóng đèn và cũng như giúp
chúng hoạt động ổn định, chống sốc.
- Mạch điều khiển gồm các mạch điều khiển khác nhau là các bộ phận kiểm sốt
thơng minh, cung cấp nguồn điện 1 chiều giúp cho bóng đèn hoạt động ổn định và
nguồn pin.
- Thân nhựa bảo vệ phần bên dưới đèn bóng LED, giúp phần thân được cố định chắc
chắn hơn.
- Đuôi đèn được dùng cố định cho bóng đèn nằm n ở chi đèn và giúp bóng đèn
có thể hoạt động bình thường.

1.3.3 Ngun lý hoạt động của LED

Gói LED cung cấp một bộ khung ổn định cho LED chip có thể được gắp, dán,
hàn và hoạt động phát quang. Gói LED có các chức năng sau:

Hình 1.6b Cấu tạo của LED
Dẫn điện: kết nối các điện cực mặt trong với điện cực của chip LED Dẫn
quang: bao gồm lớp vật liệu trong suốt hoặc mờ, có tác dụng truyền ánh sáng phát
ra từ chip LED. Lớp vật liệu này cũng có tác dụng bảo vệ đối với những tác động cơ
học, độ ẩm và hóa chất

13

Dẫn nhiệt: cho phép nhiệt sinh ra trong quá trình hoạt động của chip LED (và

phốt pho) truyền ra bên ngồi gói LED.

Bên cạnh có, gói LED có thể có thêm một số chức năng:
Chuyển đổi bước sóng ánh sáng: bằng các vật liệu phốt pho được phun phủ
lên phía trên chip LED
Bảo vệ tĩnh điện (ESD): bằng cách sử dụng diode Zener tích hợp vào gói LED