BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
DƢƠNG THỊ GIANG
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÁC TỔ HỢP VẬT LIỆU
PHÁT QUANG MICRO-NANO VÀ LINH KIỆN QUANG
BIÊN DẠNG TỰ DO ỨNG DỤNG TRONG CHIẾU SÁNG RẮN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
CHUYÊN NGHÀNH: VẬT LIỆU QUANG HỌC, QUANG ĐIỆN TỬ VÀ
QUANG TỬ
HÀ NỘI, 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
DƢƠNG THỊ GIANG
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CÁC TỔ HỢP VẬT LIỆU
PHÁT QUANG MICRO-NANO VÀ LINH KIỆN QUANG
BIÊN DẠNG TỰ DO ỨNG DỤNG TRONG CHIẾU SÁNG RẮN
Chuyên ngành: Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử
Mã sỗ: 944 01 27
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Trần Quốc Tiến
2. PGS.TS. Phạm Hồng Dƣơng
HÀ NỘI, 2020
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................. i
LỜI CÁM ƠN ..................................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................. iii
DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................... v
DANH MỤC CÁC HÌNH ............................................................................................... vi
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ............................................. 6
1.1. Chiếu sáng rắn và nguồn sáng LED ................................................................... 6
1.1.1. Nguyên lý hoạt động của LED .................................................................... 6
1.1.2. Vật liệu phosphor ....................................................................................... 10
1.1.3. Gói LED trắng (WLED) ............................................................................ 12
1.1.4. Bộ đèn LED (LED Luminaire) .................................................................. 14
1.1.5. Các đặc trƣng của nguồn sáng LED. ......................................................... 20
1.2. Linh kiện quang học biên dạng tự do FO (Freeform Optics) ........................... 26
1.2.1. Khái niệm về quang học biên dạng tự do FO ............................................ 26
1.2.2. Thiết kế, chế tạo và đo lƣờng linh kiện FO ............................................... 28
1.2.3. Ứng dụng của linh kiện FO ....................................................................... 33
1.3. Chiếu sáng ........................................................................................................ 38
1.3.1. Ô nhiễm ánh sáng ...................................................................................... 39
1.3.2. Chiếu sáng lấy con ngƣời làm trung tâm (HCL) ....................................... 40
1.3.3. Những vấn đề cần giải quyết ..................................................................... 43
CHƢƠNG II. PHƢƠNG PHÁP, KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG ............ 45
2.1. Tính toán, thiết kế và mô phỏng sử dụng các phần mềm trợ giúp ...................... 45
2.1.1. Phần mềm tính toán trợ giúp (Excel, Origin) ................................................ 45
2.1.2. Thiết kế mẫu sử dụng phần mềm trợ giúp Solidworks ................................. 46
2.1.3. Mô phỏng quang học sử dụng phần mềm chuyên dụng Optgeo, Tracepro .. 47
2.2. Kỹ thuật, công nghệ sử dụng ............................................................................... 49
2.2.1. Chế tạo nguyên mẫu linh kiện FO ................................................................. 49
2.2.2. Chế tạo linh kiện FO bằng công nghệ ép phun nhựa nhiệt dẻo .................... 51
2.2.3. Công nghệ đùn ép nhôm (Al Extrution Technology) .................................... 56
2.3. Phƣơng pháp đo đạc đánh giá .............................................................................. 58
2.3.1. Phƣơng pháp và thiết bị đo đặc trƣng vật liệu, linh kiện .............................. 58
2.3.2. Các thiết bị đo đặc trƣng đèn LED. ............................................................... 60
2.4. Xây dựng mô hình chiếu sáng. ............................................................................ 62
Mô phỏng môi trƣờng chiếu sáng sử dụng phần mềm Dialux Evo. ....................... 62
CHƢƠNG III. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO ĐÈN LED TRẮNG CẤU HÌNH REMOTE-
PHOSPHOR ................................................................................................................... 66
3.1. Thiết kế, chế tạo bộ đèn LED trắng cấu hình Remote-phosphor ..................... 67
3.1.1. Thiết kế đèn LED trắng cấu hình RP ......................................................... 67
3.1.2. Thiết kế, chế tạo tấm dẫn sáng RP ............................................................. 69
3.1.3. Chế tạo đèn LED trắng cấu hình RP .......................................................... 70
3.2. Đo đạc, khảo sát các thông số quang học của bộ đèn LED trắng cấu hình RP 71
CHƢƠNG IV. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ CHẾ TẠO LINH KIỆN
QUANG BIÊN DẠNG TỰ DO ..................................................................................... 76
4.1. Thiết kế, mô phỏng linh kiện quang biên dạng tự do .......................................... 76
4.1.1. Thiết kế thấu kính FO .................................................................................... 76
4.1.2. Xây dựng mô hình mô phỏng ........................................................................ 77
4.1.3. Mô phỏng độ rọi trên trần nhà ....................................................................... 78
4.1.4. Mô phỏng độ rọi dƣới sàn nhà ...................................................................... 79
4.1.5. Tối ƣu hoá đa đặc trƣng................................................................................. 80
4.2. Tính toán lý thuyết đƣa ra tiêu chí thiết kế thấu kính FO .................................... 82
4.2.1. Mô hình và phân tích lý thuyết ...................................................................... 82
4.2.2. Cách tiếp cận thay thế cho hệ thống chiếu sáng đồng đều ............................ 86
4.3. Chế tạo linh kiện quang biên dạng tự do ............................................................. 92
4.3.1 Thấu kính biên dạng bất đối xứng AL ........................................................... 92
4.3.2 Thấu kính góc chiếu hẹp (NAL narrow angle lens) ..................................... 100
4.3.3. Thấu kính FO cho đèn dụ cá ....................................................................... 102
CHƢƠNG V. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO CÁC BỘ ĐÈN SKYLED TÍCH HỢP THẤU
KÍNH FO VÀ XÂY DỰNG MỘT SỐ MÔ HÌNH THỰC TẾ .................................... 105
5.1. Bộ đèn LED tích hợp thấu kính biên dạng bất đối xứng ................................... 106
5.1.1. Bộ đèn SkyLED tích hợp thấu kính AL gắn tƣờng chiếu trần .................... 106
5.1.2. Bộ đèn SkyLED tích hợp thấu kính AL thả trần chiếu sáng gián tiếp ........ 110
5.1.3. Bộ đèn SkyLED tích hợp thấu kính AL và NAL thả trần chiếu 3 phía ...... 114
5.1.4. Bộ đèn LED tích hợp thấu kính AL chiếu bảng .......................................... 117
5.1.5. Bộ đèn LED tích hợp thấu kính AL chiếu sáng dụ cá ................................. 119
5.2. Chiếu sáng Dƣỡng sinh 5S (5S Human Centric Lighting). ............................... 122
Xác định các thông số đặc trƣng của môi trƣờng ánh sáng .................................. 123
5.3. Xây dựng một số mô hình chiếu sáng thực tế ................................................... 125
5.3.1. Chiếu sáng phòng họp, phòng học .............................................................. 125
5.3.2. Chiếu sáng căn hộ, nhà ở. ............................................................................ 126
5.3.3. Chiếu sáng cửa hàng, phòng khám bệnh ..................................................... 128
5.3.4. Chiếu sáng nghệ thuật, tâm linh .................................................................. 128
5.3.5. Bàn học tích hợp hộp sáng chống cận thị .................................................... 130
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 133
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ .................................................................... 136
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 137
