LED’lerin Termal Yönetimi Neden Önemlidir?

LED aydınlatma cihazları, AC-DC güç dönüşümü, elektro-optik dönüşüm (elektrolüminesans) ve dalga boyu dönüşümü sırasında önemli miktarda enerji kaybı yaşar. Akkor, floresan ve metal halide lambalar, atık enerjiyi kızılötesi radyasyon, ultraviyole radyasyon ve ısının çeşitli kombinasyonlarına dönüştürür. Geleneksel teknolojilerin aksine LED’lerde, ışık yayma sürecinde meydana gelen tüm enerji kayıpları ısı olarak dışarı atılır. Bu da güç girişinin yarıdan fazlasının LED ve devre kartı üzerinde ısıya dönüştüğü önemli bir mühendislik sorununu ortaya çıkarır.

LED’lerin yaydığı ışık miktarı, jonksiyon sıcaklığı (diyotun tabana bağlandığı noktanın sıcaklığı) arttıkça düşer. LED’lerin jonksiyon sıcaklığının artması gerilimin azalmasına yol açar. Gerilimin azalması da elektrik gücünde bir azalmaya neden olur. İki etki birleştiğinde ışık çıktısında önemli bir düşüş görülür.

Işık çıkışındaki düşüşe renk kayması eşlik eder. Jonksiyon sıcaklığındaki her 10°C’lik artış, LED’in baskın dalga boyunda bir nanometre artışa neden olur. Sonuç olarak, LED’ler yüksek sıcaklıkta çalıştırıldığında spektrumun üst ucuna doğru gözle görülür bir renk kayması olacaktır. LED’lerin beyaz renkte ışık vermesini sağlayan fosfor tabakası da doygunluk akı seviyesinin üzerinde çalıştırıldığında renk kayması meydana gelir.

LED’lerin kısa bir süre için yüksek sıcaklıkta çalıştırılması, LED’lerin verimliliğini ve spektral kalitesini bozar. LED’lerin sürekli olarak izin verilen maksimum sıcaklığın üzerinde çalıştırılması, LED’lerde geri dönüşü olmayan hasarlara yol açabilir.

Bir LED’in ömrü, jonksiyon sıcaklığı ile ters orantılıdır. Jonksiyon sıcaklığındaki her 10°C’lik artış, LED’in faydalı ömründe yüzde 30 ila yüzde 50 arasında bir düşüşe neden olur. LED’lerde yüksek sıcaklık nedeniyle ortaya çıkan bu kalıcı azalma, lümen amortismanı olarak bilinir. Diğer bir taraftan yüksek sıcaklık, polimer bazlı fosfor tabakanın da bozulma sürecini hızlandıracaktır. Fosfor bozulması ve polimer karbonizasyonu, LED aydınlatmada tolere edilemeyen bir renk kaymasına neden olur.

Ortam sıcaklığı, LED’lerin jonksiyon sıcaklığı üzerinde önemli etkiye sahiptir. Ortam ne kadar soğuk olursa, LED’lerin ışık çıktısı o kadar yüksek olur. Ortam sıcaklığı arttıkça LED’lerin jonskiyon sıcaklığı artar ve ışık çıktısı azalır.

LED’lerin sıcaklığını kontrol altında tutmak, LED tabanlı aydınlatma sistemlerinin optimum performansı için oldukça önemlidir. Aydınlatma üreticileri, LED’lerin sıcaklığını kontrol etmek için uygun ısı emiciler kullanılır.