Numerical and experimental analysis of KSF LED packages in a 65" ultra-thin LED TV

Düz ekran teknolojileri, son on yılda daha ince, daha yüksek parlaklığa sahip ve daha geniş renk gamlı (WCG) yüksek kaliteli ürünlere doğru evrilmektedir. Bu zorlayıcı özellikler, güç tüketiminde dramatik bir yükselmeye sebep olur ve optik komponentleri etkileyerek mekanik tasarıma ve termal tasarıma kısıtlar getirir. Günümüzde, uzun ömür, enerji verimliliği ve yüksek güvenilirlik gibi avantajlara sahip olan LED (ışık yayan diyotlar) teknolojisi, üst düzey TV pazarındaki zorlukların üstesinden gelmek için en cazip çözümdür. LED TV'ler LCD televizyonun bir türüdür ve arka aydınlatma biriminde geleneksel CCFL (floresan lamba) yerine LED'ler kullanılır. Gelişmiş LED TV sistemleri için çeşitli fosfor konsantirasyonları önerilmektedir. KSF (K2SiF6:Mn4+) fosfor katkılı LED'ler ise daha geniş renk gamı ihtiyacına karşı bir çözüm olarak üst seviye TV pazarına hızlı bir giriş yapmıştır, fakat KSF katkılı LED'lerin aydınlatma gücü geleneksel LED'lere göre yaklaşık %15 daha düşüktür. Dolayısıyla, TV'nin yüksek parlaklık özelliğini karşılamak için TV'nin güç tüketimini arttırmak gerekmektedir. KSF fosforun termal hassasiyeti ve sebep olduğu yüksek güç tüketimi de dikkate alındığında, belirlenen optimum LED tipleri ile termal ve optik olarak stabil bir televizyon sistemi tasarlamak için optik ve mekanik komponentlerin termal performansını ortaya koymak kritik öneme sahiptir. Bu çalışmada KSF katkılı LED'lerin bir 65" TV içerisindeki termal ve optik performansının hesaplamalı termal modeller ve deneysel çalışmalar ile araştırılmasına odaklanılmıştır. Bu kapsamda üstesinden gelinmesi gereken zorluklar TV'nin dar iç hacmi ve karmaşık bir geometriye sahip olmasıdır. Modelleme çalışmaları TV geometrisinin basitleştirilmesi ile başlatılmıştır ve sonrasında sistemin toplam termal direncini ve etkin termal direncini bulmak için bir analitik model (bir boyutlu) kurulmuştur. Üç boyutta ısı transfer davranışını belirleyebilmek için ise Ansys Icepak programını kullanarak CFD (hesaplamalı akışkanlar dinamiği) simülasyonu oluşturulmuştur. Bu CFD modeli ile LED'lerin bağlantı noktası sıcaklıkları ve LCD yüzeyindeki sıcaklık dağılımlarının bulunması öngörülmüştür. Deneysel bölümde ise termal ölçümler ile termal modellerin doğrulama çalışmaları araştırılıyor ve optik ölçümler alınarak TV'nin optik performası çeşitli LED'ler için kontrol ediliyor. Son olarak farklı tip LED çiplerinin TV sistemi içerisindeki termal ve optik performansları kıyaslanıyor.