Nghiên cứu công nghệ chế tạo tấm dẫn sáng chiếu cạnh ( EdgeLit Light GuideELLG) sử dụng trong đèn chiếu sáng phẳng dùng LED

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

P Ẳ

DÙNG LED
Mã số: 2011-01-19-CT

hủ nhiệm đề tài: PGS. TS. P

M THÀNH HUY

9/2014

1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Ổ
Ề

Ê
S

V

ỨU Ô

Ô

Ệ

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

D

S

VÊ
Ệ

STT

M

Ề

à t n ch c anh

ơn

c n tác

hiệm
tr n đề tài

1

PGS. TS. Phạm Thành Huy

Trường ĐHBKHN

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

Lâm Thành

ên

KH&CN V t Nam
5

ThS. Chu Anh Tuấn

V n

Hàn

Lâm Thành viên

KH&CN V t Nam
6

TS. Trịnh Xuân Anh

Trường ĐHBKHN

Thành viên

7

ThS. Đỗ Quang Trung

Trường ĐHBKHN

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

cứu

ề khoa học ật l u tính

chất

quang c a

(ITIMS)

ật

l u
2

KS. Đỗ Hồng L ên

Trung

Tâm

R&D Thử

ngh m

Ch ếu Sáng, Công ty đèn ch ếu sáng
CP Bóng đèn Phích panel
nước Rạng đông

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

Hình 2.3: Ma trận ô uông mật độ đều
Hình 2.4: Ma trận kẻ ô mật độ tăng dần từ cạnh ào trung tâm
Hình 2.5: Mô hình ma trận các chấm ch ết sáng dùng cho đèn panel ch ếu 2 cạnh
Hình 2.6: Ma trận các chấm ch ết sáng cho tấm dẫn sáng ch ếu 4 cạnh. Phía trên à
bên phả là hàm phân bố mật độ tương ứng ớ lát cắt ngang à dọc
Hình 2.7: Ma trận các chấm ch ết sáng cho tấm dẫn sáng ch ếu 4 cạnh kết xuất cho
bản n lướ hoặc n offset
Hình 3.1: Ví dụ ma trận ch ết sáng đơn g ản hóa cho đèn LED panel ch ếu cạnh
600x300 mm
Hình 3.2: Th ết bị căng lướ th công
Hình 3.3: Th ết bị ch ếu V làm lướ n

4


Hình 3.4: Sản ph m tấm lướ n cho đèn LED panel kích thước 1200x300 mm
Hình 3.5: Máy cắt laser dùng để cắt định dạng các tấm PMMA
Hình 3.6: Th ết bị khuấy trộn mực n lướ
Hình 3.7: In lướ th công tấm dẫn sáng ch ếu cạnh kích thước 1200x300 mm
Hình 3.8: Th ết bị sấy khô dùng để sấy tấm dẫn sáng sau kh n lướ
Hình 3.9: Kết quả đánh g á h ếu suất c a đèn LED panel chế tạo dùng tấm dẫn sáng
kích thước 300 x 300 mm
Hình 3.10: Kết quả đánh g á h ếu suất c a đèn LED panel chế tạo dùng tấm dẫn sáng
kích thước 600 x 300 mm
Hình 3.11: Kết quả đánh g á h ếu suất c a đèn LED panel chế tạo dùng tấm dẫn sáng
kích thước 600 x 600 mm
Hình 3.12: Kết quả đánh g á h ếu suất c a đèn LED panel chế tạo dùng tấm dẫn sáng
kích thước 1200 x 600 mm
Hình 3.13: Th ết kế ma trận đ ểm ch ết sáng cho tấm dẫn sáng 300x300 mm
Hình 3.14: 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
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

thấu kính

ình 3.24: Kết qua đo phân bố cường độ sáng đèn LED panel dùng tấm

thấu kính

5


Hình 4.1: Hình ẽ mặt cắt ngang mô tả cấu trúc c a th ết bị so ứng lực dùng đèn
LED trắng kết hợp ớ ha tấm phân cực tròn trá

à tròn phả do chúng tô đề xuất

Hình 4.2: Hình ẽ phố cảnh c a th ết bị ớ một mẫu cần so ứng lực
Hình 4.3: Phổ phát xạ c a đèn LED trắng
Hình 4.4: Ảnh chụp c a mẫu ật có ứng lực dư đặt trong th ết bị so ứng lực

6


D

MỤ

VẾ

Ắ

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:

-

Tên đề tà :

hi n c u c n n hệ chế tạ tấm ẫn sán chiếu cạnh (E

Lit Light Guide-ELL ) sử

n tr n đèn chiếu sán phẳn

-

Mã số: B2011-01-19-CT

-

Ch nh m: PGS.TS. Phạm Thành Huy

-

Cơ quan ch trì: r

-

Thờ g an thực h n: 2011-2013

n

ại h c ách

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,

do đó tỷ l lợ nhuận không cao à phụ thuộc gần như hoàn toàn ào các nguồn nhập
kh u.
Đề tà Ngh ên cứu công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh (Edge-L t L ght
Gu de-ELLG) sử dụng trong đèn ch ếu sáng phẳng dùng LED

ớ mục t êu phát

tr ển được công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh sử dụng trong đèn ch ếu sáng
dùng LED có các thông số k thuật tương đương ớ các sản ph m cùng loạ , do đó
mang tính ch ến lược nhằm tăng tỷ l nộ địa hóa trong các sản ph m ch ếu sáng, g ảm
nhập kh u, t ến tớ ch động ề mặt công ngh

à qua đó g úp khả năng cạnh tranh

c a sản ph m ch ếu sáng V t Nam.

8


Trong đề tà này, chúng tô đã đề xuất ha cách t ếp cận khác nhau để chế tạo
tấm dẫn sáng h u quả à có thể tr ển kha sản xuất thử ngh m ở quy mô lớn:
(1) Chế tạo tấm dẫn sáng bằng công ngh phun ph sử dụng hỗn hợp các hạt
hình cầu kích thước nano à m cro có ch ết suất cao.
(2) Chế tạo tấm dẫn sáng bằng công ngh n lướ

4.

ết quả n hi n c u:
 Đã ngh ên cứu phát tr ển được à làm ch công ngh chế tạo tấm dẫn sáng
ch ếu cạnh sử dụng trong chế tạo đèn ch ếu sắng phẳng. Tấm dẫn sóng ch ếu

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%.

o Quy trình công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh bằng công ngh
khắc laser năng lượng cao phù hợp cho chế tạo các tấm dẫn sáng chất
lượng cao có h u suất ch ết sáng > 5 .
o Quy trình công ngh chế tạo tấm dẫn sáng ch ếu cạnh bằng công ngh n
lướ phù hợp cho chế tạo quy mô lớn các tấm dẫn sáng có g á thành chấp
nhận được à h u suất ch ết sáng cao > 0 .
 05 bản th ết kế tấm dẫn sáng ELLG cho các đèn LED panel.
 05 loạ tấm dẫn sáng mỗ loạ 3-5 mẫu cho các đèn LED panel.
 05 đèn hoàn chỉnh sử dụng tấm dẫn sáng ELLG.
 01 g ả pháp h u ích đã được chấp nhận đơn từ 11/2013 h n đang trong thờ
g an công bố rộng rã trên webs te c a cục sở h u trí tu .
 Công bố 02 công trình khoa học.
 Tham g a đào tạo 01 thạc s trong các ấn đề ngh ên cứu l ên quan (học

ên:

Nguyễn Phương Thảo; Đề tà ngh ên cứu Ngh ên cứu chế tạo à tính chất
quang c a bột kẽm pha tạp lưu huỳnh ; Chuyên ngành Vật lý K thuật; Ngườ
hướng dẫn TS. Nguyễn Đức Trung K ên, PGS. TS. Phạm Thành Huy).

6.

iệu quả ph ơn th c chuyển ia kết quả n hi n c u à khả năn áp

n :

Trên cơ sở các công ngh phát tr ển được, từ 9/2013 nhóm ngh ên cứu đã thử
ngh m chế tạo một số loạ đèn LED panel mẫu dùng tấm dẫn sáng ch ếu cạnh. Các
đèn này đã được thử ngh m hoạt động l ên tục từ 9/2013 đến nay cho thấy độ bền, độ
ổn định tương đố tốt à cho h u quả t ết k m ~65

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)

11


Information on research results
1. General information:
 Project title: Research and development of Edge-Lit Light Guide-ELLG for
application in LED panel lamps
 Code number: B2011-01-19-CT
 Coordinator: Pham Thanh Huy
 Implementing institution: Hanoi University of Science and Technology
(HUST)
 Duration: from Nov. 2011 to October 30, 2013

2. Objective(s):
To develop edge-lit light guide fabrication technology with unique light
extraction features and cost-efficient for application in flat panel lamps. The
light extraction technology allows for the most uniform light (> 80%) with the
highest efficiency possible ( ≥ 0 ).
3. Creativeness and innovativeness:
LED-based edge lighting technology is a new and innovative field of research
that strongly developed and is considered as the future trends for lighting technology,
both in general and industrial lighting.

4. Research results:
 Sucessfully developed the ELLG fabrication technology for use in LED panel
lamps. The ELLG products with high extraction efficiency (>70%) and high
uniformity (> 80%) can be applied in fabrication of various types of lamps such
as LED panel, LED downlight, LED ceiling, LED desk lamps..
 Studied the physical phenomena, ligh extraction principle, and performed

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.



A spinoff company specianlized in lighting materials and devices is expected to be
announced in within 2014.

13


MỤ LỤ
Trang

Ặ VẤ
1.1.

Ề

18

1:
Ổ
QU
ổn quan tình hình n hi n c u à sản xuất đèn LED tr n

21
21

n ớc
1.1.1. Nhu cầu tiết ki m năng lượng và bảo v mô trường trong chiếu

21

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)

33

1.2.3. Nhi t độ màu tương quan

33
33

1.2.4. H số trả màu CRI

34

1.2.5. Hi u suất đ n quang

34

1.2.6. Hi u suất quang quang
1.2.

Kỹ thuật kiểm tra đ l

ng

34

1.2.1. Lux kế

34

1.2.2. Photo-goniometer

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

2:
2.1.

Ế QUẢ

Ê

ỨU

41

Nguyên lý hoạt động của đèn LED ùn tấm dẫn sáng chiếu

41

cạnh
2.1.1. Ưu đ ểm c a đèn LED phẳng dùng tấm dẫn sáng chiếu cạnh

41

2.1.2. Cấu trúc c a đèn LED phẳng dùng tấm dẫn sáng chiếu cạnh

43

2.1.3. Truyền dẫn ánh sáng trong tấm dẫn sáng có cấu trúc hình hộp

43

mỏng
2.2.

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

2.3.2. Mô hình kẻ ô mật độ thay đổ

50

2.3.3. Mô hình ma trận các chấm ch ết sáng ch ếu ha cạnh

51

2.3.4. Mô hình ma trận các chấm ch ết sáng ch ếu 4 cạnh

52

2.4.

Một số mẫu thiết kế c thể tấm dẫn sáng chiếu cạnh

55

2.4.1. Thiết kế ma trận đ ểm chiết sáng cho đèn LED panel kích

55

15


thước 30 x 30
2.4.2. Thiết kế ma trận đ ểm chiết sáng cho đèn LED panel kích

56

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

3.1. Quy trình c n n hệ chế tạ tấm ẫn sán chiếu cạnh bằn c n

58

n hệ in l ới
3.1.1. Quy trình công ngh chế tạo

58

3.1.2. Kết quả thử ngh m chế tạo à đo đạc đánh g á một số mẫu

63

tấm dẫn sáng ch ếu cạnh dùng PMMA à phương pháp n lướ
3.2. Quy trình c n n hệ chế tạ tấm ẫn sán bằn c n n hệ phun
phủ sử

70

n các hạt cầu chiết suất cao

3.2.1. Quy trình công ngh chế tạo

71

3.2.2. Kết quả thử ngh m chế tạo à đánh g á các thông số c a tấm

73

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

16


3.3.4. Kết luận sơ bộ về công ngh chế tạo LED panel dùng tấm vi

83

thấu kính
4: Ứ

DỤ

ẤM DẪ S

Ế

È S

Ứ

L

DÙ

85

P Ẳ

4.1. Giới thiệu

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

Nguyên tắc đầu t ên c a k thuật ch ếu sáng là tránh cho ngườ nhìn khỏ bị
chó , loá. Trong công ngh ch ếu sáng, ha loạ nguồn sáng có tính năng bù trừ là
nguồn sáng đ ểm (spot l ght) à nguồn sáng d n (surface l ght). Nguồn sáng đ ểm có
kích thước nhỏ, độ chó cao. Kh ch ếu sáng bằng nguồn sáng đ ểm, cảnh ật được
ch ếu sáng có độ tương phản sáng tố cao, tạo bóng đậm, gây ấn tượng mạnh. Tuy
nh ên kh ch ếu sáng trực t ếp ào mắt sẽ gây hạ

õng mạc, ì ậy nguồn sáng đ ểm

chỉ được sử dụng hạn chế, tạo đ ểm nhấn, như trong ch ếu sáng cửa hàng àng bạc,
bàn ăn à phòng nhảy. Nguồn sáng đ ểm trong tự nh ên là mặt trờ . Nguồn sáng d n
có kích thước lớn, ánh sáng dịu, không tạo bóng, thích hợp ớ mô trường s nh hoạt
kéo dà . Phần lớn các bộ đèn ch ếu sáng nộ thất là nguồn sáng d n. Nguồn sáng d n
trong tự nh ên là bầu trờ . Để b ến các nguồn sáng đ ểm thành nguồn sáng d n, ngườ
ta phả sử dụng choá đèn hoặc máng đèn. Choá đèn à máng đèn có ha tính năng cơ
bản, chống loá à phân bố lạ ánh sáng. Trước đây, bóng đèn dùng trong ch ếu sáng
nộ thất ch yếu gồm ha loạ , đèn dây tóc à đèn huỳnh quang. Đèn dây tóc có đặc
tính c a nguồn sáng đ ểm, độ chó cao, h u suất thấp. Để thuận t n trong chức năng
ch ếu sáng nộ thất, bóng đèn dây tóc phả dùng cùng ớ chao, chụp đèn. H n nay, để
nâng cao h u suất ch ếu sáng, đèn huỳnh quang à đèn huỳnh quang compact đã dần
dần thay thế đèn dây tóc.
Đèn huỳnh quang thông thường như T10 hoặc T8 có kích thước tương đố lớn
nên thường được sử dụng có máng hoặc thậm chí không máng đèn. Máng đèn huỳnh
quang có ha loạ , máng sơn trắng à máng gương. Máng trắng dùng để che chắn
chống loá, nhưng không phân bố được ánh sáng một cách đa dạng. Máng gương dùng
mặt cong tráng k m loạ để đổ hướng ánh sáng. Cả ha loạ này đều có h u suất b ến
đổ quang-quang thấp (từ 40 đến 50 ). Đèn huỳnh quang compact ra đờ

ớ mục

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

đáng kể, ch ếm nh ều d n tích trong không g an.
G ả pháp dùng tấm dẫn sáng ch ếu cạnh (ELLG- Edge L t L ght Gu de) được
co là g ả pháp t ên t ến nhất để tạo ra nguồn sáng dịu, phân bố rộng, độ chó đều.
Tấm ELLG đã được phát m nh à cả t ến nh ều lần để dùng cho màn hình mỏng LCD
và LED (xem US Patent 4909604, 5079675, 5278545, 5339179).
Các th ết bị ch ếu sáng dùng LED có sử dụng tấm dẫn sáng ch ếu cạnh mớ chỉ
xuất h n ở thị trường trong nước một ha năm gần đây ớ nguồn gốc c a các th ết bị
này hầu hết được nhập kh u từ nước ngoà (ch yếu là Trung Quốc, Đà Loan, Hàn
Quốc), tuy g á thành còn rất đắt, nhưng đã chứng m nh được tính ưu

t ề th m m ,

khả năng t ết k m đ n, cũng như khả năng tích hợp đ ều kh ển theo chương trình à
do đó đã bước đầu được sử dụng ở một số công trình xây dựng cao cấp.
Nắm được nhu cầu thị trường, một số nhà sản xuất th ết bị ch ếu sáng c a V t
Nam như Công ty Cổ phần Bóng đèn Rạng đông (RALACO), Công ty Ch ếu sáng đô

19


thị (Hapul co), Công ty Cổ phần Năng lượng xanh K m Đỉnh đã bắt đầu thử ngh m
lắp ráp các th ết bị ch ếu sáng dùng LED trong đó có sử dụng công ngh

à tấm dẫn

sáng ch ếu cạnh. Tuy nh ên, hầu hết các ật tư, l nh k n trong đó có tấm dẫn sáng
hoàn toàn phả nhập ngoạ , dẫn tớ các sản ph m tạo ra chưa có r êng đặc b t công
ngh r êng, chưa ch động ề công ngh
đáo, nổ trộ hoặc ưu

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

1
Ổ

QU

ổn quan tình hình n hi n c u à sản xuất đèn LED tr n n ớc

1.3.

1.3.1. Nhu cầu tiết kiệm năn l ợng và bảo vệ m i tr

ng trong chiếu sáng:

Luật sử dụng năng lượng tiết ki m và hi u quả được Quốc hộ nước Cộng hoà
xã hội ch ngh a V t Nam khoá XII, kỳ họp thứ

thông qua ngày 1 tháng 6 năm

2010. Luật này có hi u lực thi hành từ ngày 01 tháng 01 năm 2011 đã nó lên tầm
quan trọng và tính cấp thiết c a vi c sử dụng năng lượng tiết ki m và hi u quả.
Chương 3 c a Luật này có nhiều quy định cụ thể về trách nhi m sử dụng năng lượng
tiết ki m và hi u quả trong chiếu sáng công cộng và chiếu sáng dân dụng (Đ ều 17,
26, 27):
Ch đầu tư, ngườ đứng đầu cơ sở quản lý h thống ch ếu sáng công cộng có
trách nh m thực h n các yêu cầu sau đây:
-

Bảo đảm h thống ch ếu sáng được th ết kế theo t êu chu n, quy chu n k
thuật đố

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

Tiêu thụ đ n năng cho ch ếu sáng theo khu ực như sau: 19
ngh p à công cộng; 46

cho ch ếu sáng trong nhà; 35

ch ếu sáng công

cho thương mạ

à quảng

cáo.
Thị phần ch ếu sáng trong nhà h n nay ở V t Nam ước tính khoảng 200 tr u
bóng đèn. Trong số đó, 50 tr u là đèn sợ đốt, 80 tr u là đèn huỳnh quang ống thẳng,
60 tr u là đèn CFL, và số còn lạ là các loạ đèn đặc ch ng khác.
Hai nhà sản xuất bóng đèn lớn nhất V tNam là Rạng Đông (phía Bắc) à Đ n
Quang (phía Nam) hàng năm sản xuất khoảng 140 tr u bóng đèn cácloạ , trong đó:
- 40 tr u bóng đèn sợ đốt, 60 tr u là đèn huỳnh quang ống thẳng, 40 tr u là
đèn CFL, 30

trong số đó được xuất kh u ra nước ngoà .

- Số lượng đèn CFL à T8 bán ra hàng năm đang tăng nhanh thay thế dần đèn
sợ đốt à T10. Theo dự báo c a các chuyên g a, đến g a đoạn 2014-201 , đèn
sợ đốt à T10 sẽ bị loạ bỏ hoàn toàn.
Tuy nh ên, trong à năm gần đây, công ngh ch ếu sáng rắn, trong đó hạt nhân
là đèn LED trắng đang mở ra một cuộc cách mạng ề phương thức à công ngh ch ếu
sáng và trang trí.
1.1.2. S sánh đèn LED à các n uồn sán khác

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 (<100 ns)
 Dễ đ ều kh ển bằng k thuật số ớ khả năng thay đổ độ sáng 100%
 H u suất b ến đổ năng lượng cao
 Không phát t a hồng ngoạ

à tử ngoạ

22


 Đ n áp nuô một ch ều thấp (3 V)
 Phân bố ánh sáng định hướng cao dẫn đến h u suất h u ích cao
 Ch phí bảo hành à thay thế h thống thấp
 Tạo màu có độ bão hoà cao không cần bộ lọc sáng
 Dễ dàng thay đổ nh t độ màu kh cần th ết
 Hoạt động trong dả nh t độ mô trường cao (- 40 0C đến 60 0C)
Rào cản duy nhất c a Công ngh ch ếu sáng rắn là g á thành c a LED, nhưng
ớ tốc độ phát tr ển mau chóng, rào cản này sẽ được dỡ bỏ.

1.1.3. Sự phát triển của đèn LED tr n thế iới
Các kết quả tr ển kha ứng dụng đèn LED ở các nước và bước đầu ở V t Nam
cho thấy, công ngh đèn LED sẽ dần thay thế các nguồn sáng truyền thống dùng cho
ch ếu sáng các khu ực trong và ngoài nhà.

Hình 1.1: Mức độ thâm nhập thị trường của đèn LED trắng
(nguồn: Yore Development).

23


Đèn LED t ết k m trên 70% năng lượng khi nó thay thế các loạ đèn truyền
thống như đèn cao áp th y ngân (HPM), đèn huỳnh quang ống T10, đèn sợ đốt, à có
thể t ết k m được 50

năng lượng nếu thay thế các công ngh t ên t ến hơn như cao

áp sod um (HPS), metal hal de (MH), đèn huỳnh quang ống T8, T5, đèn huỳnh quang
compact (CFL).
Nh ều nguồn ước tính thị trường sản ph m ch ếu sáng toàn cầu hàng năm h n
nay ở mức trên 0 tỷ SD à dự báo sẽ lên trên100 tỷ SD ào năm 2012. Thị trường
ch ếu sáng rắn (WLED) ước từ khoảng 400 tr u

SD đến1,5 tỷ

SD ào năm 2012.

B ểu đồ dướ đây m nh họa kịch bản t ềm năng ề tăng trưởng thị trường toàn cầu c a
các sản ph m ch ếu sáng HBWLED phục ụ mục đích ch ếu sáng chung.
1.1.4. ình hình n hi n c u à sản xuất đèn LED tại Việt nam

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

Hình 1.2: Đèn LED công suất cao lắp ráp tại Viện Khoa học Việt nam.

-

Một số đề tà ngh ên cứu cũng đang được t ến hành tạ Khu Công ngh
cao, TP Hồ chí M nh, l ên quan đến công ngh chế tạo ph ến LED (wafer).

-

Một số Công ty l ên danh ớ nước ngoà như K m Đỉnh, Fawoo K d cũng
nhập dây chuyền lắp ráp đèn LED ch ếu sáng công cộng à dân dụng.

-

Công ty Cổ phần Bóng đèn Phích nước Rạng Đông đang phố hợp ớ
V n Khoa học Vật l u, V n AIST Đạ học Bách khoa Hà nộ ngh ên cứu
chế tạo một số mẫu đèn LED, bao gồm đèn LED down l ght, LED bulb,
LED panel à là đơn ị phố hợp ớ Chương trình ch ếu sáng rắn này.

1.1.5. Linh kiện phát sán

(LED)

Đèn ch ếu sáng rắn là loạ đèn dùng LED (đ ôt phát quang bán dẫn), OLED (đ ôt
phát quang bán dẫn h u cơ) hoặc đ ôt phát quang polyme. Chúng ta quy định gọ là
LED kh đề cập đến 1 ch ếc đ ôt phát quang, còn gọ là Đèn LED (đèn ch ếu sáng
rắn) kh nó đến tổ hợp bao gồm bộ đổ đ n + LED +chao đèn.
Chúng tô chỉ đề cập đến đèn LED làm bằng chất bán dẫn trong chuyên đề này.

25