Genel Aydınlatmada Kullanılan LED’lerin Gelişmiş Termal ve Optik Performansları İçin Değişik Nano-Fosfor Partıküllerinin İleri Sıvı İle Soğutma Teknolojisi

LED sistemleri, optik ve elektriksel kayıplardan dolayı sınırlı bir yararlılık değerine sahiplerdir. Bu faydalar daha üstün seviyelere çekilebilir. Tipik bir LED sisteminde çok miktarda optik kayıp yaşanabilir. Bir çok yayında bu kayıplardan bahsedilmişse de, araştırmaların hiç biri toplam optik kayıpları içeren bir taslak sunmamıştır. Bu nedenle, LED sistemlerinde meydana gelen tüm bu optik kayıpları bir araya toplayan bir araştırmaya ihtiyaç vardır. Fosforda oluşan verimsizlik ısı olarak ortaya çıkar ve fosfor verimliliğini daha da düşürebilir. Bir LED paketinin içerisindeki tüm bu faktörler oldukça zorlayıcı olabilir ve optimal bir sistem oluşturabilmek için tüm bu faktörler termal dizayn ve güvenilirlik faktörleri ile birlikte değerlendirilmelidir. Tasarım optimum noktaya ulaşsa bile bölgesel ısı yoğunlukları ve sıcaklık farklılıkları kaçınılmazdır.

Yüksek parlaklıkta bir LED paketine fosfor eklemek zor bir iştir. Tipik 450 veya 470 nm mavi LED ‘e YAG fosforu eklenmiş ve beyaz ışık elde edebilmek için mavi emisyon ile kombine edilmiştir. Fosfor eklemesi yapılırken dikkat edilmesi gereken bir çok unsur vardır. Partikül büyüklüğü, konsantrasyon, geometri ve taşıyıcı ortam bu unsurlardan birkaç tanesidir. Alışılageldik fosfor taşıyıcı ortam uygulaması tipik olarak yüksek dozda silikon kırılmasıdır ama fosforun geometrisi öncelikli bir dizayn değişkenidir ve dağınık, uzak ve yerel olarak sınıflandırılabilir. Her bir durumda, geometri LED renk kalitesinin nihai optik çıktısını ve dönüşme etkinliğini oldukça etkilemektedir.

Tek bir LED sisteminin kayıpları hakkında yeterli bilgi sağlanamadığından ve LED sistemlerinin toplam kayıplarını belirleyebilecek herhangi bir korelasyon bulunmadığından; söz konusu araştırma, literatürdeki bu temel problemin oluşturduğu boşluğu doldurmayı amaçlamaktadır.

Buna ek olarak, kayıplar belirlendikten sonra, önemli bir sorun olan fosfor kayıpları LED sıvı soğutma sistemi ile çözümlenmiştir. Bu esnada, temel nano-akışkan (fosfor tabanlı) ısı transferi ve geliştirilmiş verimlilik hakkında özgün bilgi edinimi sağlanmıştır. Projenin başlıca odak noktası; çip sıcaklığını düşürmek, çip ve fosfor sıcaklılarını homojenleştirmek ve ışık yansıma verimliliğini arttırmak için optik transparan sıvılar ile sistemin üst kısmında sıvı soğutma uygulamaktır. Dahası, bu proje nano-fosfor sıvılar ile sıvı soğutma, fosfor beyaz ışık çeviriminden kaynaklanan optik kayıplar, sayısal ısı transferi modellemesi, optik davranışlar ve modellemede elde edilen sonuçları doğrulamak amacı ile gerçekleştirilen deneysel uygulamalar gibi bir çok önemli araştırma konusunu kapsamaktadır.

 

Şekil 1: Hava (solda) ile ve silikon (sağda) ile doldurulmuş LED paketi sıcaklık dağılımı

 

 

Şekil 2: Sıvı tarafından ışık çıkışı artırımı.