OPTICAL AND THERMAL TRANSIENT STUDIES ON MULTI-CHIP HIGH BRIGHTNESS WHITE LED

High brightness white LED (white HBLED) grows exponentially in the general lighting market because of the outstanding reliability and durability. Thermal management problem is the boundary for the multi-chip HBLED to compete with other mainstream light sourc since the performance of the HBLED degrades to an unacceptable level at high junction temperature. Hence the aim of this study is to investigate the thermal and optical properties of the multi-chip warm white and cool white HBLEDs. Thermal and optical measurements were carried out following the JESD 51-1 electrical static-test and CIE 127-2007 standards respectively. Experimental results revealed that more than 50 % of the total thermal resistance of warm white HBLED was induced by the packaging material. The thermal resistance of the chip-level of warm white HBLED at several testing conditions was determined as 3.71 K/W. However, the total thermal resistance of board-level of warm whire HBLED is observed vary with testing condition. High thermal conductive material, stable driving current, and large surface area of MCPCB enhance the heat dissipation in the warm white board-level HBLED package especially at high ambient temperature. The thermal properties of system-level warm white HBLED at vertical position is better than horizontal position because of recirculation heat trapped between the fins of heat sink at horizontal position. The thermal resistance of warm white HBLED is 6.665 K/W higher than cool white HBLED because consists of excessive layers which are interface material and ceramic submount. The degradation in the optical performances of HBLEDs are linear against junction temperature of HBLED. Therefore, good thermal management system is the key factor to guarantee the quality and durability of HBLED.

KAJIAN TERHADAP OPTIK DAN THERMA TRANSIENT PADA  MULTI-CIP  LED PUTIH YANG KECERAHAN TINGGI

ABSTRAK

 LED berwarna putih yang kecerahan tinggi (HBLED) tumbuh dengan pesat dalam pasaran pencahayaan kerana kebolehpercayaan dan ketahanan yang cemerlang. Masalah pengurusan haba adalah sempadan untuk multi-cip HBLED untuk bersaing dengan lampu aliran utama yang lain kerana prestasi HBLED menurun ke tahap yang tidak boleh diterima pada suhu simpang yang tinggi. Oleh itu tujuan kajian ini adalah untuk menyiasat ciri-ciri terma dan optik multi-cip HBLEDs yang putih kebiruan dan putih kekuningan. Pengukuran terma dan optik yang dijalankan adalah mengikut ujian elektrik statik JESD 51-1 dan standard CIE 127-2007  masing-masing. Keputusan kajian menunjukkan bahawa lebih daripada jumlah rintangan terma  HBLED yang putih kekuningan adalah disebabkan oleh bahan bungkusan. Jumlah rintangan terma bagi peringkat cip HBLED berwarna putih kekuningan telah ditentukan seperti 3.71 K/W. Namun, jumlah rintangan terma bagi peringkat litar HBLED is diperhatikan berbeza  dengan keadaan pengukuran. Bahan haba konduktif yang tinggi, stabil arus pandu, dan kawasan permukaan logam-core papan litar bercetak (MCPCB) yang besar meningkatkan pelesapan haba daripada HBLED berwarna putih kekuningan terutamanya pada suhu sekeliling yang tinggi. Sifat-sifat terma bagi peringkat system HBLED putih kekuningan pada kedudukan menegak adalah lebih baik daripada kedudukan mendatar disebabkan oleh kitaran semula haba terperangkap di antara sirip penenggelam haba pada kedudukan mendatar. Rintangan haba HBLED putih kekuningan adalah 6.665 K/W lebih tinggi daripada HBLED putih kebiruan kerana mempunyai lapisan berlebihan iaitu bahan antara muka dan submount seramik. Kemerosotan dalam prestasi optik HBLEDs adalah linear terhadap suhu simpang HBLED. Oleh itu, sistem pengurusan haba yang baik adalah faktor utama untuk menjamin kualiti dan ketahanan HBLED.