Jak opisać podstawowe cechy diod LED?
Jako elektroluminescencyjne urządzenie złącza PN, charakterystykę LED można opisać parametrami elektrycznymi złącza PN i parametrami optycznymi jako urządzenie emitujące światło.
Charakterystyka woltamperowa jest ważnym parametrem opisującym urządzenie złącza PN. Jest to ważny wskaźnik wydajności złącza PN oraz zalety i wady procesu wytwarzania złącza PN. Tak zwana charakterystyka woltamperowa to charakterystyka, w której prąd płynący przez złącze PN zmienia się wraz z napięciem, co można bardzo obrazowo wyświetlić na oscyloskopie. Pełna krzywa woltamper obejmuje charakterystykę jazdy do przodu i do tyłu. Zazwyczaj odwrócona krzywa charakterystyki zmienia się gwałtownie, a gdy napięcie przekroczy pewien próg, prąd wzrośnie wykładniczo. Ogólnie rzecz biorąc, do opisania krzywej charakterystyki woltamperowej można użyć trzech parametrów: napięcia wstecznego przebicia, prądu wstecznego i napięcia przewodzenia.
Napięcie przewodzenia VF odnosi się do spadku napięcia na urządzeniu pod znamionowym prądem przewodzenia, który jest związany nie tylko z zabronioną szerokością pasma materiału, ale także identyfikuje rezystancję masy i rezystancję styku omowego złącza PN. Wielkość VF w pewnym stopniu odzwierciedla zalety i wady wytwarzania elektrod. W stosunku do prądu przewodzenia 20 mA, wartość VF czerwonych i żółtych diod LED wynosi około 2 V, podczas gdy wartość VF urządzeń z zielonymi diodami LED na bazie GaN jest zwykle większa niż 3 V. Prąd wsteczny upływu IR odnosi się do wartości prądu wstecznego przepływającego przez urządzenie pod danym napięciem wstecznym, a wartość tej wartości jest bardzo wrażliwa na jakość urządzenia. Zwykle przy napięciu wstecznym 5 woltów prąd upływu wstecznego nie powinien być większy niż 10 mikroamperów, a zbyt duża IR wskazuje na słabą charakterystykę złącza. Napięcie przebicia wstecznego oznacza, że gdy napięcie wsteczne jest większe niż pewna wartość, prąd upływu wstecznego gwałtownie wzrośnie, odzwierciedlając charakterystykę napięcia wytrzymywanego wstecznego urządzenia. Dla konkretnego urządzenia standard prądu upływu jest inny. W bardziej rygorystycznym przypadku prąd upływu wstecznego nie może przekraczać 10 mikroamperów przy określonym napięciu.
Oprócz charakterystyki elektrycznej, do opisania wydajności urządzeń LED wymagany jest szereg parametrów optycznych, wśród których ważniejszymi parametrami są szczytowa długość fali i natężenie światła urządzenia. Światło widzialne należy do kategorii fal elektromagnetycznych, a długości fal można zwykle wykorzystać do wyrażenia tego, co ludzkie oko może dostrzec. Energia promieniowania światła widzialnego, ogólnie zakres długości fali światła widzialnego, wynosi od 380 nm do 760 nm. Im dłuższa długość fali, tym niższa odpowiadająca jej energia fotonu i tym bardziej czerwony kolor światła. Kiedy długość fali fotonu staje się krótsza, światło stopniowo zmienia się z czerwonego na żółte, następnie zielone na niebieskie, aż do fioletowego. W przypadku urządzenia LED emitowane przez nie światło rozszerza się w szczytowym momencie λP, a jego połówkowa szerokość fali wynosi zwykle 10-30nm. Im mniejsza szerokość połówkowa, tym czystszy materiał urządzenia LED, tym bardziej jednolita wydajność i pełniejszy kryształ. Seks też jest lepszy. Intensywność światła to kolejny ważny parametr do pomiaru jakości działania diod LED, zwykle oznaczany literą IV. Definicja natężenia światła jest taka, że światło w danym kierunku emituje 1 lumen światła w jednostkowym kącie bryłowym jako 1 kandela, a jego jednostka jest wyrażona w kandelach (cd). Jego związek można przedstawić za pomocą wzoru (6-1):
IV=dφ/dΩ (6-1)
We wzorze jednostką φ jest lumen, jednostką Iv jest cd, a dΩ jest jednostką kąta bryłowego, a jednostką jest stopień. Normalna intensywność światła ultrajasnego chipa LED wynosi zazwyczaj między 30-120mcd. Po zapakowaniu do urządzenia jego normalne natężenie światła jest zwykle większe niż 1 cd.
Strumień świetlny jest bardziej obiektywnym parametrem do oceny skuteczności świetlnej diod LED. Reprezentuje wielkość energii świetlnej emitowanej przez korpus elektroluminescencyjny w jednostce czasu, a jednostką są lumeny (lm). Ogólnie skuteczność świetlna żarówek i świetlówek wynosi odpowiednio 15 lm/w i 60 lm/w. Im większa moc żarówki, tym większy strumień świetlny. W przypadku wysokowydajnego urządzenia LED skuteczność świetlna wynosi 20lm/w, a poziom laboratoryjny również osiąga 100lm/w. Aby urządzenia LED wykorzystywane do oświetlenia działały szybciej, należy jeszcze bardziej poprawić skuteczność świetlną urządzeń LED. Szacuje się, że po 10 latach skuteczność świetlna diod LED może sięgać 200lm/w. W tym czasie ludzkość rozpocznie nową erę, w której półprzewodnikowe źródła światła całkowicie zastąpią tradycyjne źródła światła.
