An investigation into thermal and optical characteristics of blue light emitting diodes and white light conversion

Aydınlatma teknolojilerinin evrimi, ilkel ateş tabanlı kaynaklardan gelişmiş katı hâl aygıtlarına kadar ilerlemiş olup, enerji verimliliği ve çok yönlülüğü sayesinde Işık Yayan Diyotlar (LED'ler) modern aydınlatmanın temel taşlarından biri hâline gelmiştir. Bununla birlikte, LED'lerin performansı ve ömrü, etkin bir ısıl yönetim uygulamasına kritik düzeyde bağlıdır; zira aşırı ısı üretimi, verimliliğin azalmasına ve erken arızalara yol açabilmektedir. Bu çalışma, LED çip paketleri temsilî bir sistem olarak kullanılarak milimetrik yüzeylerden doğal taşınımla gerçekleşen ısı transferini incelemektedir. Deneyler, 40–120 mA arası elektrik akımlarında gerçekleştirilmiş, eklem (junction) ve akışkan sıcaklıkları ölçülmüş ve sonuçlar Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) benzetimleri ile doğrulanmış, iyi bir uyum gözlenmiştir. Analizler, geleneksel Nusselt sayısı korelasyonlarının bu ölçekte, özellikle yatay ve dikey çip yüzeylerinde önemli sapmalar gösterdiğini ortaya koymuştur. Bu çalışma ayrıca, deneysel testler ve HAD modellemesi kullanılarak fosfor dönüştürmeli LED'lerin ısıl-optik davranışını incelemektedir. Ağırlıkça %0.99, %1.3 ve %2.98 fosfor içeriğine sahip LED paketleri üretilmiş ve kontrollü koşullarda test edilmiştir. Eklem sıcaklıkları ve renk koordinatları ölçülmüş, doğrulanmış HAD modeli sonuçları yeniden üretmiştir. %0.99 fosfor yüklemesinde CIE koordinatları yaklaşık (0.27, 0.22) bulunmuştur. Fosfor yüklemesi %1.3'e çıkarıldığında koordinatlar yaklaşık (0.30, 0.26)'e kaymıştır. En yüksek yoğunluk olan %2.98'de eklem sıcaklığı yaklaşık 1.7 °C artmış, CIE koordinatları ise yaklaşık (0.43, 0.44)'e değişmiştir. Deneyler ile simülasyonlar arasındaki uyum, modelleme yaklaşımının doğruluğunu teyit etmekte ve fosfor yüklemesi, eklem ısınması ve renk kayması arasındaki doğrudan ilişkiyi göstermektedir. Elde edilen bulgular, özellikle yüksek güçlü uygulamalarda LED'ler için ısıl yönetim stratejilerinin optimize edilmesinin önemini vurgulamaktadır. Bu çalışma, ısı dağılım mekanizmalarına ilişkin kavrayış sağlayarak ve optik ile ısıl performansı artırmaya yönelik pratik çözümler önererek LED teknolojisinin gelişimine katkıda bulunmaktadır.