Kako opisati osnovne karakteristike LED dioda?
Kao elektroluminiscentni uređaj PN spoja, karakteristike LED-a se mogu opisati električnim parametrima PN spoja i optičkim parametrima kao uređaja koji emituje svjetlost.
Volt-amperska karakteristika je važan parametar za opisivanje PN spojnog uređaja. To je važan pokazatelj performansi PN spoja i prednosti i nedostataka procesa izrade PN spoja. Takozvana volt-amperska karakteristika je karakteristika da se struja koja teče kroz PN spoj mijenja sa naponom, što se može vrlo živo prikazati na osciloskopu. Kompletna kriva volt-amper uključuje karakteristike naprijed i nazad. Tipično, obrnuta karakteristična kriva se naglo mijenja, a kada napon prijeđe određeni prag, struja će se eksponencijalno povećati. Generalno, tri parametra obrnutog probojnog napona, reverzne struje i napona naprijed mogu se koristiti za opisivanje karakteristične krivulje volt-ampera.
Prednji napon VF odnosi se na pad napona na uređaju ispod nazivne struje naprijed, koji nije povezan samo sa zabranjenom širinom pojasa materijala, već također identifikuje opsežni otpor i omski kontaktni otpor PN spoja. Veličina VF u određenoj mjeri odražava prednosti i nedostatke proizvodnje elektroda. U odnosu na direktnu struju od 20 mA, VF vrijednost crvenih i žutih LED dioda je oko 2 volta, dok je VF vrijednost zelenih LED uređaja na bazi GaN obično veća od 3 volta. Reverzna struja curenja IR se odnosi na vrijednost obrnute struje koja teče kroz uređaj pod datim obrnutim naponom, a vrijednost ove vrijednosti je vrlo osjetljiva na kvalitet uređaja. Obično pri obrnutom naponu od 5 volti, obrnuta struja curenja ne bi trebala biti veća od 10 mikroampera, a pretjerano veliki IR ukazuje na loše karakteristike spoja. Obrnuti napon proboja znači da kada je obrnuti napon veći od određene vrijednosti, obrnuta struja curenja će se naglo povećati, odražavajući karakteristike obrnutog otpornog napona uređaja. Za određeni uređaj, standard struje curenja je drugačiji. U strožim slučajevima, struja obrnutog curenja ne smije biti veća od 10 mikroampera ispod specificiranog napona.
Pored električnih karakteristika, potreban je i niz optičkih parametara za opisivanje performansi LED uređaja, među kojima su važniji parametri vršna talasna dužina i intenzitet svetlosti uređaja. Vidljivo svjetlo spada u kategoriju elektromagnetnih valova, a valne dužine se obično mogu koristiti za izražavanje onoga što ljudsko oko može uočiti. Energija zračenja vidljive svjetlosti, općenito raspon talasnih dužina vidljive svjetlosti je između 380nm i 760nm. Što je talasna dužina duža, to je manja odgovarajuća energija fotona, a boja svetlosti je crvenija. Kada talasna dužina fotona postane kraća, svetlost će se postepeno menjati od crvene postaje žuta, zatim zelena postaje plava, sve dok ne postane ljubičasta. Za LED uređaj, svjetlost koju emituje će se proširiti na vrhuncu λP, a poluširina njegove talasne dužine je obično 10-30nm. Što je manja poluširina, to je čišći materijal LED uređaja, to su performanse ujednačenije, a kristal je kompletniji. Seks je takođe bolji. Intenzitet svjetla je još jedan važan parametar za mjerenje kvaliteta LED performansi, obično predstavljen slovom Iv. Definicija intenziteta svjetlosti je da svjetlost u datom smjeru emituje 1 lumen svjetlosti u jediničnom čvrstom kutu kao 1 kandela, a njegova jedinica je izražena u kandelama (cd). Njegov odnos se može predstaviti formulom (6-1):
Iv=dφ/dΩ (6-1)
U formuli, jedinica za φ je lumeni, jedinica za Iv je cd, a dΩ je jedinični čvrsti ugao, a jedinica je stepen. Normalni intenzitet svjetla ultra-svijetlog LED čipa je općenito između 30-120mcd. Nakon pakovanja u uređaj, njegov normalni intenzitet svjetlosti je obično veći od 1cd.
Svjetlosni tok je objektivniji parametar za procjenu svjetlosne efikasnosti LED dioda. Predstavlja veličinu svjetlosne energije koju emituje elektroluminiscentno tijelo u jedinici vremena, a jedinica je lumeni (lm). Općenito, svjetlosna efikasnost žarulja sa žarnom niti i fluorescentnih sijalica je 15lm/w odnosno 60lm/w. Što je veća snaga sijalice, veći je i svjetlosni tok. Za LED uređaj visokih performansi, svetlosna efikasnost je 20lm/w, a laboratorijski nivo takođe dostiže 100lm/w. Kako bi LED uređaji koji se koriste za rasvjetu brže, svjetlosna efikasnost LED uređaja mora se dodatno poboljšati. Procjenjuje se da nakon 10 godina svjetlosna efikasnost LED dioda može doseći 200lm/w. U to vrijeme, čovječanstvo će uvesti novu eru u kojoj čvrsti izvori svjetlosti u potpunosti zamjenjuju tradicionalne izvore svjetlosti.
