An investigation into thermal and optical characteristics of blue light emitting diodes and white light conversion
Mavi ışık yayan diyotların ve beyaz ışık dönüşümünün termal ve optik özelliklerine dair bir inceleme
- Tez No: 983121
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET ARIK, DR. ÖĞR. ÜYESİ ALTUĞ MELİK BAŞOL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Özyeğin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
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.
Özet (Çeviri)
The evolution of lighting technologies has progressed from primitive fire-based sources to advanced solid-state devices, with Light-Emitting Diodes (LEDs) emerging as a cornerstone of modern illumination due to their energy efficiency and versatility. However, the performance and longevity of LEDs are critically dependent on effective thermal management, as excessive heat generation can degrade efficiency and lead to premature failure. This work examines natural convection heat transfer from millimetric surfaces using LED chip packages as a representative system. Experiments were conducted at electrical currents between 40–120 mA, measuring junction and fluid temperatures, and results were validated against CFD simulations with good agreement. Analysis revealed that conventional Nusselt number correlations deviate significantly at this scale, particularly for horizontal and vertical chip surfaces. This study examines the thermal–optical behavior of phosphor converted LEDs using experimental testing and CFD modeling. LED packages with phosphor concentrations of 0.99 wt.%, 1.3 wt.%, and 2.98 wt.% were fabricated and tested under controlled conditions. Junction temperatures and chromaticity coordinates were measured, while a validated CFD model reproduced the results. At 0.99 wt.%, the CIE coordinates were approximately (0.26, 0.21). When the phosphor loading was increased to 1.3 wt.%, the CIE coordinates shifted to about (0.3, 0.26). At the highest concentration of 2.98 wt.%, the junction temperature rose by ~1.7 °C, and the CIE coordinates changed further to around (0.43, 0.44). The agreement between experiments and simulations confirms the accuracy of the modeling approach and shows the direct relationship between phosphor loading, junction heating, and chromaticity shift. The findings underscore the importance of optimizing thermal management strategies for LEDs, particularly in high-power applications. The study contributes to the advancement of LED technology by providing insights into heat dissipation mechanisms and proposing practical solutions for enhancing optical and thermal performance for the added benefits of reliability.
Benzer Tezler
- La3Lu2Ga3O12: Cı3+: Nd3+ lazer kristallerinde sıcaklığın Cr3+-Nd3+ enerji transferine etkisi
Başlık çevirisi yok
GÜLEFŞAN YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖNÜL ÖZEN
- Yeni sübstitüe ftalosiyaninlerin sentezi ve özelliklerinin incelenmesi
Başlık çevirisi yok
ŞEBNUR MEREY
Doktora
Türkçe
1998
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiAnorganik Kimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZER BEKAROĞLU
- An experimental and numerical investigation of immersion cooled blue LED combined with yag:ce phosphor for thermal, electrical and optical performance
Termal, elektriksel ve optik performans için yag:ce fosfor ile birleştirilmiş sıvı soğutmalı mavi LED'in deneysel ve nümerik olarak incelenmesi
CEREN CENGİZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ARIK
- Synthesis and development of new fluorenyl substituted phthalocyanines for biological applications
Biyolojik uygulamalar için yeni fluorenil sübstitüe ftalosiyaninlerin sentezi ve geliştirilmesi
BAHAREH SAJJADİFARD
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYFER KALKAN BURAT
- Fonksiyonel grup içeren tetrapirol türevlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of tetrpyrolle derivatives containing functional groups
YAĞMUR ZEYNEP YURDAKUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESİN HAMURYUDAN
DOÇ. DR. MUKADDES ÖZÇEŞMECİ