Đèn LED dùng chiếu sáng trong nông nghiệp: Sản phẩm của “ba nhà”

Câu chuyện cải tiến đèn chiếu sáng phục vụ bà con nông dân trồng các loại cây hoa cúc, thanh long… bắt đầu từ việc chế tạo đèn compact nông nghiệp thay thế bóng đèn sợi đốt có nhược điểm tốn điện, dễ cháy nổ. Tuy nhiên đèn compact có hạn chế là khó điều khiển tỉ lệ ánh sáng xanh, đỏ nhất định phù hợp với từng loại cây (thông thường cây trồng chỉ hấp thụ hai loại ánh sáng là ánh sáng xanh và ánh sáng đỏ) và chi phí lắp đặt ban đầu khá cao.

Để vượt qua những hạn chế của đèn compact ứng dụng trong chiếu sáng nông nghiệp, nhóm hợp tác quyết định phát triển sản phẩm đèn LED thông qua dự án “Nghiên cứu và phát triển công nghệ, sản xuất, thử nghiệm và thương mại hóa sản phẩm LED dùng trong chiếu sáng nhân tạo nông nghiệp công nghệ cao tại thị trường Việt Nam” do Dự án FIRST tài trợ. Sau 4 năm nghiên cứu, đến năm 2015, đèn LED sử dụng đồng thời hai loại gói LED xanh và đỏ do Rạng Đông giới thiệu đã đạt được mục tiêu mong muốn: dễ dàng điều chỉnh tỉ lệ ánh sáng xanh, đỏ phù hợp cho từng loại cây, giúp tiết kiệm 50% chi phí điện năng, tuổi thọ cũng cao hơn so với đèn compact.

Mặc dù sản phẩm đèn LED mới đã hội tụ nhiều ưu điểm nhưng nhóm nghiên cứu ở Phòng thí nghiệm chung HUST – RALACO về công nghệ chiếu sáng LED thuộc Viện Tiên tiến KH&CN (AIST), Đại học Bách khoa Hà Nội, nhận thấy rằng sản phẩm này vẫn còn có những nhược điểm như giá thành cao do chip LED đỏ để làm ra gói LED đỏ tương đối đắt. Để giảm thiểu giá thành, nhóm nghiên cứu hướng đến tối ưu hơn nữa sản phẩm đèn LED đã có theo cách chỉ cần dùng một gói LED có khả năng phát được hai loại ánh sáng xanh và đỏ bằng công nghệ mới. “Đây là công nghệ sử dụng phốt pho chuyển ánh sáng xanh thành đỏ, mới xuất hiện trên thế giới trong vòng 2 năm trở lại đây và lần đầu tiên được thử nghiệm ở Việt Nam.” TS. Đào Xuân Việt, Trưởng phòng nghiên cứu HUST – RALACO LED chia sẻ.

Giải thích về công nghệ này, TS. Đào Xuân Việt cho biết, “trước đây, thông thường mọi người vẫn làm đèn LED nông nghiệp từ LED đơn sắc (gồm LED xanh và LED đỏ) với hai gói LED xanh, đỏ như cách chúng tôi đã làm, và sử dụng ánh sáng của chính những gói LED đấy thôi. Ý đồ thử nghiệm theo công nghệ mới của chúng tôi thì chỉ cần 1 gói LED là đủ cả hai màu”.

Theo công nghệ mới thì chỉ cần 1 con chip LED có sẵn ánh sáng xanh, hàn đế và dây, phủ lên trên bằng hợp chất phốt pho đỏ và silicone đã được phối trộn trong thiết bị trộn chân không, trong đó silicone là keo giữ và phốt pho là chất phát quang. Sau khi phủ hợp chất lên, ánh sáng xanh kích thích vào các hạt phốt pho đỏ khiến chúng phát ra ánh sáng đỏ (630 – 660 nm), kết hợp với một số tia sáng xanh đi thẳng ra ngoài tạo ra gói LED phát xạ cả hai loại ánh sáng xanh và đỏ. Ưu điểm của công nghệ này không chỉ là tiết kiệm được một con chip, tiết kiệm được nguyên liệu sản xuất mà còn đem lại nguồn sáng đồng đều hơn, các cây đều có thể nhận đủ ánh sáng xanh đỏ ngay cả khi chiếu ở diện tích lớn.

Mọi việc có vẻ thuận lợi về mặt lý thuyết nhưng con đường đến mục tiêu không dễ dàng bởi cách thức chế tạo loại LED này phức tạp hơn loại đèn LED sử dụng gói LED xanh, đỏ rất nhiều. Do vậy, nhóm nghiên cứu của TS. Kiên và TS. Việt đã phải đọc rất nhiều công bố của các đồng nghiệp quốc tế liên quan đến công nghệ này.

Quá trình “mò mẫm” tìm bí quyết công nghệ LED nông nghiệp của các nhà nghiên cứu dường như thật tẻ nhạt, lặp đi lặp lại các công đoạn tưởng chừng thuộc lòng: thử nghiệm các loại phốt pho với nhiều loại kích cỡ hạt, trộn với nhiều loại silicone với độ nhớt, độ truyền qua khác nhau, thời gian phối trộn khác nhau. Mỗi lần như vậy, nhóm nghiên cứu lại có thêm những con số mới để ghi lại.

Một trong những khó khăn mà họ phải đối mặt trong quá trình “thử và sai” là điều kiện nghiên cứu ở Việt Nam. Để tránh lẫn tạp chất trong các nguyên vật liệu, các trung tâm nghiên cứu nước ngoài thường có “phòng sạch” – nơi được kiểm soát chặt chẽ về bụi, nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, độ ồn, độ rung. Vì vậy, họ vẫn thường phải chấp nhận hiện tượng hỗn hợp phốt pho silicone bị lẫn các bọt khí, hoặc bụi, khiến hiệu suất cường độ ánh sáng của con LED phát ra rất yếu. TS. Đào Xuân Việt cho biết: “Có bọt khí hoặc bụi thì hiệu suất phát quang của gói LED sẽ bị giảm, điều đó có nghĩa là sẽ tốn nhiều điện hơn để ra được ánh sáng như gói LED chuẩn.”

Hiện tại, họ đã loại bỏ được bọt khí trong quá trình trộn hỗn hợp nhưng để loại bỏ được bọt khí trong quá trình phun phủ phốt pho silicone lên bề mặt LED cho hình dạng như mong muốn nhóm vẫn cần phải tiến hành thử nghiệm thêm. Mặc dù hiện tại quá trình nghiên cứu khó khăn, nhưng nhóm nghiên cứu kỳ vọng sẽ “đóng gói” thành công LED nông nghiệp có phát xạ phổ xanh (460 nm) và đỏ (630nm, 660 nm) vào tháng 6 năm sau, theo đúng yêu cầu tiến độ của Dự án.

Việc hình thành sản phẩm đầu tiên này sẽ là cơ hội để họ có thể tiếp tục tạo ra LED và đèn LED với tỉ lệ ánh sáng xanh đỏ khác nhau dùng chiếu sáng cho các đối tượng khác nhau, ví dụ như cây hoa cúc, cây thanh long, nuôi cấy mô.