Khoá luận Tốt nghiệp Đại học: Chế tạo bột huỳnh quang YAG: Ce3+, Eu3+ ứng dụng trong chế tạo đèn LED phát xạ ánh sáng trắng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:48

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của đề tài là chế tạo bột huỳnh quang phát xạ ánh sáng vàng YAG:Ce3+ sử dụng phương pháp đồng kết tủa kết hợp với xử lý nhiệt. Sản phẩm tạo ra là bột huỳnh quang cho dải phát xạ rộng từ 480 – 750 nm (đỉnh phát xạ ~ 540 nm). Chế tạo bột huỳnh quang phát xạ ánh sáng đỏ YAG:Eu3+ sử dụng phương pháp đồng kết tủa kết hợp với xử lý nhiệt. Sản phẩm tạo ra là bột huỳnh quang cho dải phát xạ rộng từ 580 – 750 nm (đỉnh phát xạ ~ 610 nm và 725 nm). Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khoá luận Tốt nghiệp Đại học: Chế tạo bột huỳnh quang YAG: Ce3+, Eu3+ ứng dụng trong chế tạo đèn LED phát xạ ánh sáng trắng

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC  NGUYỄN VĂN LÂM CHẾ TẠO BỘT HUỲNH QUANG YAG: Ce3+, Eu3+ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO ĐÈN LED PHÁT XẠ ÁNH SÁNG TRẮNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Vô cơ Hà Nội - 2018
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA HÓA HỌC  NGUYỄN VĂN LÂM CHẾ TẠO BỘT HUỲNH QUANG YAG: Ce3+, Eu3+ ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO ĐÈN LED PHÁT XẠ ÁNH SÁNG TRẮNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Hóa Vô cơ Cán bộ hƣớng dẫn PGS.TS. Phạm Thành Huy Hà Nội - 2018
LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS.Phạm Thành Huy, TS. Nguyễn Văn Quang, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận của mình. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong khoa Hóa Học của trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Hà Nội 2 đã nhiệt tình giúp đỡ về mọi cơ sở vật chất và chỉ bảo em trong quá trình tiến hành thí nghiệm. Em xin chân thành cảm ơn chân thành tới Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ (AIST) - Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội và Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ em trong việc đo đạc, khảo sát các tính chất của các sản phẩm. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn sự trao đổi, đóng góp ý kiến của các bạn sinh viên Lớp K40D – Sƣ phạm Hóa học trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình và sự động viên, khích lệ của bạn bè, ngƣời thân và đặc biệt là gia đình đã tạo niềm tin giúp em phấn đấu học tập và hoàn thành khóa luận này. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 5 năm 2018 Sinh Viên Nguyễn Văn Lâm
i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ ĐÈN LED ......................................................... 4 1.1. Nguồn sáng LED ..............................................................................................4 1.1.1. Cấu tạo và lịch sử phát triển của đèn LED....................................................4 1.1.2. Phân loại đèn LED ........................................................................................6 1.2. Phân loại đèn LED ...........................................................................................9 1.2.1. Các loại đèn LED sử dụng trong dân sinh, công nghiệp, trang trí ................9 1.2.2. Ứng dụng đèn LED trong chiếu sáng nông nghiệp công nghệ cao ............12 1.2.3. Vật liệu phát quang YAG: Eu3+ và YAG: Ce3+ ..........................................15 Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............ 18 2.1. Thực nghiệm ..................................................................................................18 2.1.1. Quy trình chế tạo bột huỳnh quang YAG: Ce3+ ..........................................18 2.1.2. Quy trình chế tạo bột huỳnh quang YAG: Eu3+ ..........................................20 2.2. Phƣơng pháp khảo sát các tính chất của vật liệu ...........................................22 2.2.1. Phân tích hình thái bề mặt bằng thiết bị hiển vi điện tử quét phát xạ trƣờng ....................................................................................................................22 2.2.2. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X ........................................................................22 2.2.3. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại.....................................................................23 2.2.4. Phƣơng pháp đo phổ huỳnh quang, phổ kích thích huỳnh quang ...............24 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 25 3.1. Bột huỳnh quang YAG: Ce3+ .........................................................................25 3.1.1. Kết quả phân tích cấu trúc của vật liệu .......................................................25 3.1.2.Kết quả phân tích hình thái bề mặt ..............................................................27 3.1.3. Tính chất quang của bột huỳnh quang YAG pha tạp Ce ...........................27 3.2. Bột huỳnh quang YAG: Eu3+ ........................................................................30 3.2.1. Kết quả phân tích cấu trúc của vật liệu .......................................................30
ii 3.2.2. Kết quả phân tích hình thái bề mặt của vật liệu ..........................................32 3.2.3. Phân tích phổ hồng ngoại ............................................................................33 3.2.4. Phổ huỳnh quang PL ...................................................................................34 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 39
iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của LED ........................................ 4 Hình 1.2. Tái tạo lại thí nghiệm của H. J. Round năm 1907, chuyển điện thành ánh sáng màu xanh lục bằng 1 sợi dây và tinh thể Si-líc. ....................... 5 Hình 1.3. Đèn LED đầu tiên sử dụng hợp chất GaAs phát hồng ngoại (1961) ................................................................................................................ 5 Hình 1.4. Các hình dạng và kích thƣớc khác nhau của LED ........................... 6 Hình 1.5. Phổ ánh sáng của các LED đơn sắc ghép lại (xanh lam, xanh lục, đỏ) ............................................................................................................... 6 Hình 1.6. Cấu tạo của LED trắng; (a)-LED đơn chip, (b)-LED đa chip .......... 7 Hình 1.7. Cấu tạo của LED phosphor (a); LED sử dụng công nghệ chiếu sáng rắn (b) ........................................................................................................ 8 Hình 1.8. Cấu tạo của LED phát xạ ánh sáng trắng sử dụng chip Blue kết hợp với bột huỳnh quang phát xạ ánh sáng vàng và phổ ánh sáng trắng kết hợp giữa nguồn chip blue và ánh sáng phát ra từ bột huỳnh quang YAG:Ce ............................................................................................................. 9 Hinh 1.9. Các loại LED bulb .......................................................................... 10 Hình 1.10. Các loại tube LED ........................................................................ 10 Hình 1.11. Các loại LED panel ...................................................................... 11 Hình 1.13. Phổ hấp thụ của chất điệp lục, phổ độ nhạy của mắt ngƣời ......... 13 Hình 1.14. Phổ ánh sáng của một số nguồn chiếu sáng: đèn sợi đốt (tungsten), đèn hơi thủy ngân (mercury vapor lamp), đèn LED phát xạ ánh sáng trắng (white LED), và phổ ánh sáng của mặt trời (Noon sunlight). .......................................................................................................... 14 Hình 1.15. Ứng dụng chiếu sáng LED đơn sắc blue (hình trái) và blue- red (hình phải) dùng để kích thích cây xanh sinh trƣởng và phát triển .......... 15
iv Hình 1.16: Cấu trúc lập phƣơng của vật liệu YAG. Màu đỏ, màu xám, màu xanh đậm và màu xanh nhạt tƣơng ứng với nguyên tố O, Y, Al (16a) và Al (24d) ............................................................................................. 16 Hình 1.17 : Cấu trúc mức năng lƣợng của ion Ce .......................................... 17 Hình 2.1. Quy trình tổng hợp bột huỳnh quang YAG:Ce .............................. 19 Hình 2.2. Sơ đồ tổng hợp bột đỏ YAG: Eu theo phƣơng pháp đồng kết tủa. ................................................................................................................... 21 Hình 2.3. Ảnh thiết bị đo ảnh FESEM đƣợc tích hợp với đầu đo EDS và phổ CL ............................................................................................................. 22 Hình 2.4. Ảnh thiết bị phân tích nhiễu xạ tia X ............................................. 23 Hình 2.5. Hệ đo hệ đo phổ huỳnh quang, kích thích huỳnh quang (NanoLog spectrofluorometer, HORIBA Jobin Yvon) .................................. 24 Hình 3.2. Ảnh FESEM của bột huỳnh quang YAG:Ce đƣợc nung thiêu kết tại các nhiệt độ khác nhau trong thơi gian 1 giờ: (a) 600 oC; (b) 1000 o C. .................................................................................................................... 27 Hình 3.3. Phổ huỳnh quang (PL) và phổ kích thích huỳnh quang (PLE) của bột YAG:Ce .............................................................................................. 27 Hình 3.4. Phổ huỳnh quang của bột YAG: Ce3+ khảo sát theo nhiệt độ ử kích thích bởi bƣớc sóng 456 nm của đèn Xenon ........................................... 28 Hình 3.5. Phổ huỳnh quang của bột YAG :Ce3+ theo nồng độ đƣợc kích thích bởi bƣớc sóng 456 nm của đèn Xenon................................................. 29 Hình 3.6. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu (Y0,93Eu0.07)3Al5O12 nung ở các nhiệt độ khác nhau trong thời gian 3 giờ .................................................. 31 Hình 3.7. Ảnh FESEM bột huỳnh quang YAG:Eu tại nhiệt độ ủ 600 oC (a) và 1300 oC (b) trong thời gian 3 giờ .......................................................... 33 Hình 3.8. Phổ FT-IR của mẫu (Y0,93Eu0.07)3Al5O12 nung ở các nhiệt độ khác nhau......................................................................................................... 33
v Hình 3.9. Phổ huỳnh quang của mẫu (Y0,93Eu0.07)3Al5O12 nung ở các nhiệt độ khác nhau .......................................................................................... 35 Hình 3.10. Phổ huỳnh quang của mẫu (Y0,93Eu0.07)3Al5O12 ủ tại nhiệt độ 1300oC trong thời gian 3 giờ đƣợc kích thích bởi các bƣớc sóng khác nhau ................................................................................................................. 36 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Các thông số về cấu trúc của vật liệu đƣợc tính toán bằng phƣơng pháp Rietveld ............................................................................................................ 32 Bảng 3.2. Dải hấp thụ phổ FT-IR ............................................................................ 34
1 MỞ ĐẦU Lịch sử phát triển của con ngƣời gắn liền với lịch sử phát triển của khoa học và công nghệ trong đó có lịch sử phát triển của nguồn sáng. Ngày xƣa, con ngƣời chỉ biết tận dụng ánh sáng tự nhiên do mặt trời tạo ra, tuy nhiên khi xã hội con ngƣời phát triển thì nhu cầu sử dụng ánh sáng tăng cao và con ngƣời đã phát minh ra lửa vừa sử dụng với mục đích chiếu sáng vừa sử dụng để xua đuổi muông thú. Sau đó con ngƣời phát minh ra điện đã tạo ra một bƣớc đột phá mới về công nghệ và hàng loạt các phát minh mới gắn liền với nguồn điện đƣợc ra đời trong đó phải kể đến phát minh của Joseph Swan và Thomas Edison (1847 – 1931) [1] và bóng đèn sợi đốt vẫn tồn tại cho đến ngày nay. Khi xã hội phát triển, nhu cầu sử dụng nguồn sáng chất lƣợng cao hơn, tinh tế hơn từ đó đòi hỏi các nhà nghiên cứu khoa học cơ bản và ứng dụng tìm kiếm các nguồn vật liệu mới thay thế cũng nhƣ tìm ra các giải pháp nhằm cải thiện chất lƣợng nguồn sáng đáp ứng mọi nhu cầu của xã hội. Quá trình phát triển của nguồn chiếu sáng phải kể đến là sự ra đời của bóng đèn sợi đốt (1891), sau đó là các dạng bóng đèn phát xạ hơi thủy ngân nhƣ bóng đèn huỳnh quang và bóng đèn compact (1981) và ngày nay là sự ra đời và phát triển của nguồn chiếu sáng LED (2011) [3]. Các thiết bị chiếu sáng thông thƣờng nhƣ đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang và huỳnh quang compact về cơ bản cũng có thể đáp ứng đƣợc yêu cầu chiếu sáng cơ bản. Tuy nhiên, bóng đèn sợi đốt thì hiệu suất chiếu sáng thấp, mất mát năng lƣợng nhiều do nhiệt sinh ra do vậy đã cắt giảm thậm chí là cấm sản xuất, buôn bán loại đèn sợi đốt công suất cao do tiêu thụ điện năng lớn ở Châu Âu và các nƣớc tiên tiến; đèn huỳnh quang và huỳnh quang compact là giải pháp tiết kiệm năng lƣợng cho đèn sợi đốt, tuy nhiên loại đèn này vẫn còn nhiều khuyết điểm nhƣ hiệu suất phát quang thứ cấp (năng lƣợng điện tử kích thích hơi thủy ngân phát xạ tia UV sau đó kích thích bột huỳnh quang phát xạ) còn thấp, tuổi thọ chƣa cao và vấn đề xử lý tia UV thừa do các bột huỳnh quang hấp thụ không hết ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời sử dụng và môi trƣờng. Đèn LED hay còn gọi là Điốt phát quang đƣợc biết đến vào năm 1907 bởi nhà thí nghiệm ngƣời Anh H.J. Round tại phòng thí nghiệm Marconi khi ông làm thí nghiệm với tinh thể SiC (Silic và Cacbon) [2]. Sau đó, nhà khoa học Nga Oleg Vladimirovich
2 Losev đã tạo ra LED đầu tiên, nghiên cứu sau đó đã bị lãng quên do không có ứng dụng nhiều trong thực tiễn. Năm 1955, Rubin Braunstein đã phát hiện ra sự phát xạ hồng ngoại bởi hợp chất GaAs (Gallium và Arsenide) và một số hợp chất bán dẫn khác. Năm 1961, hai nhà thí nghiệm là Bob Biard và Gary Pittman làm việc tại Texas Instruments đã nhận thấy rằng hợp chất GaAs phát ra tia hồng ngoại khi có dòng điện tác động và sau đó Bob và Gary đƣợc cấp bằng sáng chế ra điốt phát hồng ngoại [5]. Từ khi đèn LED ra đời cho đến nay vào năm 2014 giải Nobel về vật lý vinh danh cho phát minh về đèn LED đƣợc trao tặng cho 3 giáo sƣ gốc Nhật là Ông Isamu Akasaki, (85 tuổi), là giáo sƣ tại Đại học Meijo và giáo sƣ đặc cách tại Đại học Nagoya, Nhật Bản; Ông Hiroshi Amano, (54 tuổi), hiện cũng là một giáo sƣ tại Đại học Nagoya. Ông Shuji Nakamura, (60 tuổi) là giáo sƣ ngƣời Mỹ gốc Nhật tại Trƣờng Kỹ thuật thuộc Đại học California, Mỹ. Giải Nobel đƣợc trao cho phát minh về đèn LED điều đó đã chứng tỏ vai trò quan trọng của nguồn chiếu sáng mới này. Đèn LED thực sự là một sản phẩm chiếu sáng của ngày nay và của cả tƣơng lai vì nguồn sáng LED đã khắc phục đƣợc gần nhƣ mọi khuyết điểm của các nguốn chiếu sáng truyền thống và khả năng tích hợp kỳ điệu của loại thiết bị chiếu sáng này trong các công nghệ mới, tiên tiến nhƣ các thiết bị hiển thị (tivi LED, smartphone, các loại màn hình hiển thị, quảng cáo....vv). Hiện nay với sự phát triển nhƣ vũ bão của đèn LED về cả mặt công nghệ và ứng dụng thì các nghiên cứu khoa học cơ bản vẫn đóng vai trò quan trọng cho các nghiên cứu ứng dụng. LED sử dụng bột huỳnh quang có nhiều ƣu điểm nổi trội hơn các loại LED sử dụng công nghệ chiếu sáng trắng truyền thống đó là khả năng điều chỉnh nhiệt độ màu và các tính chất quang điện linh hoạt và khả năng tản nhiệt cũng nhƣ tạo ra các đèn LED công suất cao. Do vậy, trong nghiên cứu này chúng tôi lựa chọn các loại bột huỳnh quang cho LED nhƣ YAG: Ce3+ và YAG: Eu3+ bằng phƣơng pháp đồng kết tủa đơn giản và xử lý nhiệt với mục đích tạo ra sản phẩm bột huỳnh quang cho hiệu suất phát xạ cao và có khả năng ứng dụng trong chế tạo đèn LED phát xạ ánh sáng trắng với các mục tiêu cụ thể nhƣ sau:
3 - Chế tạo bột huỳnh quang phát xạ ánh sáng vàng YAG:Ce3+ sử dụng phƣơng pháp đồng kết tủa kết hợp với xử lý nhiệt. Sản phẩm tạo ra là bột huỳnh quang cho dải phát xạ rộng từ 480 – 750 nm (đỉnh phát xạ ~ 540 nm). - Chế tạo bột huỳnh quang phát xạ ánh sáng đỏ YAG:Eu3+ sử dụng phƣơng pháp đồng kết tủa kết hợp với xử lý nhiệt. Sản phẩm tạo ra là bột huỳnh quang cho dải phát xạ rộng từ 580 – 750 nm (đỉnh phát xạ ~ 610 nm và 725 nm).
4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ ĐÈN LED 1.1. Nguồn sáng LED 1.1.1. Cấu tạo và lịch sử phát triển của đèn LED LED, viết tắt của Light-Emitting-Diode có nghĩa là “đi-ốt phát sáng”, là một nguồn sáng phát sáng khi có dòng điện tác động lên nó. Đƣợc biết tới từ những năm đầu của thế kỷ 20, công nghệ LED ngày càng phát triển, từ những diode phát sáng đầu tiên với ánh sáng yếu và đơn sắc đến những nguồn phát sáng đa sắc, công suất lớn và cho hiệu quả chiếu sáng cao. Hình 1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của LED Hoạt động của LED dựa trên công nghệ bán dẫn [8]. Trong khối điốt bán dẫn, electron chuyển từ trạng thái có mức năng lƣợng cao xuống trạng thái có mức năng lƣợng thấp hơn và sự chênh lệch năng lƣợng này đƣợc phát xạ thành những dạng ánh sáng khác nhau (hình 1.1). Màu sắc của LED phát ra phụ thuộc vào hợp chất bán dẫn và đặc trƣng bởi bƣớc sóng của ánh sáng phát ra.
5 Hình 1.2. Tái tạo lại thí nghiệm của H. J. Round năm 1907, chuyển điện thành ánh sáng màu xanh lục bằng 1 sợi dây và tinh thể Si-líc. Hình 1.3. Đèn LED đầu tiên sử dụng hợp chất GaAs phát hồng ngoại (1961) Vào năm 1907 điốt bán dẫn phát sáng đầu tiên đƣợc biết đến bởi nhà thí nghiệm ngƣời Anh H.J. Round tại phòng thí nghiệm Marconi khi ông làm thí nghiệm với tinh thể SiC(Silic và Cacbon) (hình 1.2) [4]. Sau đó, LED đầu tiên đƣợc nhà khoa học Nga Oleg Vladimirovich Losev tạo ra, nghiên cứu này đã bị lãng quên do không có ứng dụng nhiều trong thực tiễn. Năm 1955, Rubin Braunstein đã phát hiện ra sự phát xạ hồng ngoại bởi hợp chất GaAs (Gallium và Arsenide) và một số hợp chất bán dẫn khác [7]. Năm 1961, hai nhà thí nghiệm là Bob Biard và Gary Pittman làm việc tại Texas Instruments đã nhận thấy rằng hợp chất GaAs phát ra tia hồng ngoại khi có dòng điện tác động và sau đó Bob và Gary đƣợc cấp bằng sáng chế ra điốt phát hồng ngoại (hình 1.3).[6]
6 1.1.2. Phân loại đèn LED * LED truyền thống dựa trên công nghệ chiếu sáng rắn (chuyển tiếp P-N) Hình 1.4. Các hình dạng và kích thƣớc khác nhau của LED LED có cấu tạo đơn giản gồm 2 lớp bán dẫn loại p và loại n ghép với nhau. LED đầu tiên chỉ phát ra ánh sáng đỏ với cƣờng độ thấp, tuy nhiên đến nay các thế hệ LED mới đã có thể phát xạ ánh sáng ở vùng ánh sáng nhìn thấy (LED đơn sắc), ánh sáng hồng ngoại hoặc ánh sáng cực tím với độ sáng cao hơn rất nhiều so với các LED trƣớc đây. Các phần tử LED có độ bền và tính ổn định cao hơn các laser bán dẫn do LED sử dụng dòng điện nhỏ và công suất quang thấp hơn nhiều so với giới hạn chịu đựng của vật liệu. Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, các loại LED đƣợc sản xuất với nhiều hình dạng và kích thƣớc khác nhau nhƣ minh họa trong (Hình 1.4) [20]. Hình 1.5. Phổ ánh sáng của các LED đơn sắc ghép lại (xanh lam, xanh lục, đỏ) Ngày nay, ngành công nghệ vật liệu cho LED đang phát triển rất mạnh mẽ, công suất của LED ngày càng tăng mà vẫn có hiệu suất, độ tin cậy đảm bảo yêu cầu sử dụng. LED công suất cao ngày nay có cấu trúc bên trong rất phức tạp nhƣng bề ngoài thì vẫn nhƣ các LED thời kỳ đầu. Việc phát minh và phát triển LED chiếu sáng trắng
7 có độ sáng tốt hơn, công suất cao, và tuổi thọ lâu hơn đƣợc xem là công nghệ chiếu sáng hứa hẹn trong tƣơng lai và sẽ nhanh chóng thay thế các bóng đèn dây tóc, đèn huỳnh quang trƣớc đây. LED trắng đƣợc chia làm hai loại: LED đơn chip và LED đa chip (Hình 1.6). Hình 1.6. Cấu tạo của LED trắng; (a)-LED đơn chip, (b)-LED đa chip - LED đơn chip có cấu tạo gồm một chip LED phát ra ánh sáng dạng đơn sắc nhƣ đỏ, xanh lục, xanh lam, hoặc vàng…vv. - LED đa chip có cấu tạo gồm ba LED đồng thời phát ra ánh sáng với ba màu cơ bản là xanh nƣớc biển, đỏ, xanh lá cây. Sự hòa trộn giữa ba màu cơ bản này tạo ra ánh sáng trắng ở đầu ra. LED đa chip có thể phát ra nhiều ánh sáng với các màu khác nhau bằng cách điều chỉnh tỉ lệ hòa trộn giữa các màu. * LED sử dụng bột huỳnh quang (phosphor LED) LED sử dụng bột huỳnh quang có cấu tạo gồm chip đơn (đóng vai trò là nguồn kích thích) phát xạ màu xanh nƣớc biển hoặc tử ngoại (UV) và một lớp bột phốt-pho [9]. Khi dòng điện đƣợc cung cấp tới chip LED, ánh sáng màu xanh nƣớc biển sẽ đƣợc phát ra. Lớp phốt-pho khi đó bị kích thích bởi ánh sáng xanh sẽ phát ra ánh sáng huỳnh quang vàng. Sự hòa trộn giữa ánh sáng xanh từ LED và ánh sáng vàng từ lớp phốt-pho tạo ra ánh sáng trắng phát ra bên ngoài (hình 1.7). LED đơn chip có giá thành rẻ, độ sáng cao, công suất cao.
8 Hình 1.7. Cấu tạo của LED phosphor (a); LED sử dụng công nghệ chiếu sáng rắn (b) Với LED sử dụng công nghệ chiếu sáng rắn để tạo ra ánh sáng trắng cần phải kết hợp 3 chip đơn phát xạ ra ba màu xanh lam (blue), đỏ (red) và xanh lục (green). Việc kết hợp 3 chip LED trong 1 là rất phức tạp, khó điều chỉnh nhiệt độ màu và các thông số quang học khác và một vấn đề quan trọng là tản nhiệt cho các chip LED. Khi công nghệ phát triển, các bột huỳnh quang pha tạp ion kim loại chuyển tiếp hoặc đất hiếm có thể hấp thụ năng lƣợng kích thích của nguồn UV hoặc xanh lam (Blue) từ các chip đơn để phát xạ thứ cấp ra ánh sáng trắng hoặc ánh sáng màu tùy thuộc vào mục đích sử dụng. Với LED sử dụng bột huỳnh quang có thể dễ dàng điều chỉnh nhiệt độ màu bằng cách pha trộn các loại bột huỳnh quang khác nhau. Với LED phát xạ ánh sáng trắng thƣờng đƣợc sử dụng 1 chip Blue và bột phát xạ ánh sáng màu vàng phổ biến nhất là YAG: Ce (hình 1.8).
9 Hình 1.8. Cấu tạo của LED phát xạ ánh sáng trắng sử dụng chip Blue kết hợp với bột huỳnh quang phát xạ ánh sáng vàng và phổ ánh sáng trắng kết hợp giữa nguồn chip blue và ánh sáng phát ra từ bột huỳnh quang YAG:Ce 1.2. Phân loại đèn LED 1.2.1. Các loại đèn LED sử dụng trong dân sinh, công nghiệp, trang trí * Các loại LED chuyên dụng sử dụng trong chiếu sáng dân sinh, nghệ thuật… LED Bulb (LED tròn) LED Bulb hay gọi là đèn LED tròn, các loại đèn LED này ngày nay rất phổ biến và đƣợc sử dụng để thay thế bóng đèn tròn truyền thống. Mỗi hàng sản xuất cho các hình dạng và kích thƣớc khác nhau. Do LED Bulb đƣợc tích hợp trong một không gian khá nhỏ nên vấn đề tản nhiệt là bài toán lan giải đối với các nhà sản xuất và rất khó có thể đƣa công suất đèn LED lên cao. Trong LED Bulb ngƣời ta cũng có thể trộn hoặc phủ lớp bột huỳnh quang lên trên thành bóng đèn và sử dụng các chip blue LED để tạo ra ánh sáng trắng và loại LED này đƣợc gọi là remote LED.
10 Hinh 1.9. Các loại LED bulb Tube LED (Đèn LED ống) Hình 1.10. Các loại tube LED Tube LED thƣờng đƣợc sử dụng để thay thế các đèn ống huỳnh quang truyền thống. Với Tube LED cho ánh sáng phân bố tốt hơn ánh sáng nguồn điểm của đèn LED tròn. Tube LED có thể sử dụng lớp vỏ ống trắng hoặc phủ lớp tán xạ cho ánh sáng phân bố đều hơn.
11 LED Panel (LED tấm) Hình 1.11. Các loại LED panel LED panel có nhiều hình dạng khác nhau nhƣng cơ bản là dạng hình tròn, vuông hoặc chữ nhật. Về mặt công nghệ chiếu sáng thì chia làm 2 loại: i) chiếu thẳng là các LED chiếu trực tiếp xuống không gian sử dụng và ánh sáng đƣợc định hƣớng từ các LED đơn. Với loại LED chiếu thẳng này thì về mặt thẩm mỹ còn thấp và hiệu suất chiếu không cao, phân bố ánh sáng không đồng đều; ii) chiếu cạnh, đây là loại đèn LED panel thế hệ mới. Các chip LED đƣợc bố trí ở góc của các tấm dẫn sáng và nhờ quá trình phản xạ ở mặt trên với các ma trận điểm phản xạ tạo cho LED chiếu cạnh có sự phân bố ánh sáng đều hơn và cho chất lƣợng ánh sáng tốt, đảm bảo tính thẩm mỹ. LED trang trí nghệ thuật Các loại LED dùng để trang trí hay làm biển quảng cáo thƣờng đa dạng về chủng loại và có mầu sắc sặc sỡ, dễ điều chỉnh hình dạng nhƣ mong muốn.
12 Hình 1.12. Các loại đèn LED dùng trang trí, quảng cáo 1.2.2. Ứng dụng đèn LED trong chiếu sáng nông nghiệp công nghệ cao Ánh sáng là nguồn năng lƣợng vô cùng quan trọng trong quá trình quang hợp của cây trồng. Nhƣng không phải chỉ cần chiếu sáng cây trồng có thể sinh trƣởng và phát triển tốt đƣợc mà còn phụ thuộc vào chất lƣợng nguồn sáng, cƣờng độ chiếu sáng, thời gian…vv. Năng lƣợng chứa trong nguồn sáng đƣợc hấp thụ trong chất diệp lục (chlorophyll of plants) của cây xanh. Tuy nhiên, không phải tất cả các dải bƣớc sóng của ánh sáng cây xanh đều hấp thụ qua chất diệp lục để tổng hợp thành chất dinh dƣỡng cho cây sinh trƣởng và phát triển mà chỉ có dải bƣớc sóng xanh lam, đỏ hoặc đỏ xa là đƣợc hấp thụ nhiều. Đây cũng là lý do vì sao cây có mầu xanh lục (xanh lá cây) do chúng phản xạ ánh sáng trong dải bƣớc sóng này. Hình 1.13 là phổ hấp thụ của chất diệp lục (chlorophyll a, b).