Kako opisati osnovne karakteristike LED dioda?
Kao elektroluminiscentnog PN spojnog uređaja, karakteristike LED-a mogu se opisati električnim parametrima PN spoja i optičkim parametrima kao svjetlosni uređaj.
Volt-amperska karakteristika je važan parametar za opisivanje uređaja PN spoja. To je važan pokazatelj performansi PN spoja i prednosti i mana procesa izrade PN spoja. Takozvana volt-amperska karakteristika je karakteristika da se struja koja teče kroz PN spoj mijenja s naponom, što se može vrlo zorno prikazati na osciloskopu. Potpuna volt-amper krivulja uključuje karakteristike naprijed i nazad. Tipično, krivulja reverzne karakteristike naglo se mijenja, a kada napon prijeđe određeni prag, struja će se eksponencijalno povećati. Općenito, tri parametra povratnog probojnog napona, povratne struje i pravog napona mogu se koristiti za opisivanje krivulje volt-amper karakteristike.
Prednji napon VF odnosi se na pad napona na uređaju pod nazivnom prednjom strujom, što nije samo povezano sa zabranjenom širinom pojasa materijala, već također identificira ukupni otpor i omski kontaktni otpor PN spoja. Veličina VF u određenoj mjeri odražava prednosti i nedostatke izrade elektroda. U odnosu na prednju struju od 20 mA, VF vrijednost crvenih i žutih LED dioda je oko 2 volta, dok je VF vrijednost zelenih LED uređaja baziranih na GaN obično veća od 3 volta. Reverzna struja curenja IR odnosi se na vrijednost reverzne struje koja teče kroz uređaj pod danim reverznim naponom, a vrijednost ove vrijednosti vrlo je osjetljiva na kvalitetu uređaja. Obično pri reverznom naponu od 5 volti, reverzna struja curenja ne bi trebala biti veća od 10 mikroampera, a pretjerano veliki IR ukazuje na loše karakteristike spoja. Reverzni probojni napon znači da kada je reverzni napon veći od određene vrijednosti, reverzna struja curenja će se naglo povećati, odražavajući karakteristike reverznog podnosivog napona uređaja. Za određeni uređaj, standard struje curenja je drugačiji. U strožem slučaju, povratna struja curenja ne smije biti veća od 10 mikroampera ispod navedenog napona.
Osim električnih karakteristika, za opisivanje rada LED uređaja potreban je i niz optičkih parametara, među kojima su važniji parametri vršna valna duljina i intenzitet svjetlosti uređaja. Vidljivo svjetlo pripada kategoriji elektromagnetskih valova, a valne duljine obično se mogu koristiti za izražavanje onoga što ljudsko oko može uočiti. Energija zračenja vidljive svjetlosti, općenito raspon valnih duljina vidljive svjetlosti je između 380nm i 760nm. Što je duža valna duljina, manja je odgovarajuća energija fotona, a boja svjetlosti crvenija. Kada valna duljina fotona postane kraća, svjetlost će se postupno mijenjati iz crvene u žutu, zatim u zelenu u plavu, sve dok ne postane ljubičasta. Za LED uređaj, svjetlost koju on emitira proširit će se na vrhuncu λP, a njegova poluširina valne duljine obično je 10-30nm. Što je poluširina manja, to je čišći materijal LED uređaja, ujednačeniji učinak i potpuniji kristal. Seks je također bolji. Intenzitet svjetla još je jedan važan parametar za mjerenje kvalitete rada LED dioda, obično predstavljen slovom Iv. Definicija intenziteta svjetlosti je da svjetlost u određenom smjeru emitira 1 lumen svjetlosti u jedinici prostornog kuta kao 1 kandela, a njegova jedinica se izražava u kandeli (cd). Njegov odnos se može prikazati formulom (6-1):
Iv=dφ/dΩ (6-1)
U formuli, jedinica za φ je lumen, jedinica za Iv je cd, a dΩ je jedinica prostornog kuta, a jedinica je stupanj. Normalni intenzitet svjetla ultra-svijetlog LED čipa općenito je između 30-120mcd. Nakon pakiranja u uređaj, njegov normalni intenzitet svjetla je obično veći od 1 cd.
Svjetlosni tok je objektivniji parametar za procjenu svjetlosne učinkovitosti LED dioda. Predstavlja veličinu svjetlosne energije koju emitira elektroluminiscentno tijelo po jedinici vremena, a jedinica je lumen (lm). Općenito, svjetlosna učinkovitost žarulja sa žarnom niti i fluorescentnih svjetiljki je 15 lm/w odnosno 60 lm/w. Što je veća snaga žarulje, to je veći svjetlosni tok. Za LED uređaj visokih performansi, svjetlosna učinkovitost je 20 lm/w, a laboratorijska razina također doseže 100 lm/w. Kako bi se LED uređaji brže koristili za rasvjetu, potrebno je dodatno poboljšati svjetlosnu učinkovitost LED uređaja. Procjenjuje se da nakon 10 godina svjetlosna učinkovitost LED dioda može doseći 200 lm/w. Tada će čovječanstvo ući u novu eru u kojoj će poluprovodnički izvori svjetlosti u potpunosti zamijeniti tradicionalne izvore svjetlosti.
