Cum se descriu caracteristicile de bază ale LED-urilor?
Ca dispozitiv electroluminiscent de joncțiune PN, caracteristicile LED-ului pot fi descrise de parametrii electrici ai joncțiunii PN și de parametrii optici ca un dispozitiv care emite lumină.
Caracteristica volt-amper este un parametru important pentru a descrie un dispozitiv de joncțiune PN. Este un indicator important al performanței joncțiunii PN și al avantajelor și dezavantajelor procesului de fabricare a joncțiunii PN. Așa-numita caracteristică volt-amper este caracteristica că curentul care curge prin joncțiunea PN se modifică odată cu tensiunea, care poate fi afișată foarte viu pe osciloscop. O curbă completă volt-amperi include caracteristici înainte și inversă. De obicei, curba caracteristică inversă se modifică abrupt, iar atunci când tensiunea depășește un anumit prag, curentul va crește exponențial. În general, trei parametri de tensiune de defalcare inversă, curent invers și tensiune directă pot fi utilizați pentru a descrie curba caracteristică volt-ampere.
Tensiunea directă VF se referă la căderea de tensiune pe dispozitiv sub curentul direct nominal, care nu este legată numai de lățimea de bandă interzisă a materialului, ci identifică și rezistența în vrac și rezistența de contact ohmică a joncțiunii PN. Dimensiunea VF reflectă într-o anumită măsură avantajele și dezavantajele fabricării electrozilor. În raport cu un curent direct de 20 mA, valoarea VF a LED-urilor roșii și galbene este de aproximativ 2 volți, în timp ce valoarea VF a dispozitivelor LED verzi bazate pe GaN este de obicei mai mare de 3 volți. Curentul de scurgere inversă IR se referă la valoarea curentului invers care curge prin dispozitiv sub o anumită tensiune inversă, iar valoarea acestei valori este foarte sensibilă la calitatea dispozitivului. De obicei, la o tensiune inversă de 5 volți, curentul de scurgere inversă nu trebuie să fie mai mare de 10 microamperi, iar un IR excesiv de mare indică caracteristici slabe ale joncțiunii. Tensiunea inversă de defalcare înseamnă că atunci când tensiunea inversă este mai mare decât o anumită valoare, curentul de scurgere inversă va crește brusc, reflectând caracteristicile tensiunii de rezistență inversă a dispozitivului. Pentru un anumit dispozitiv, standardul curentului de scurgere este diferit. Într-un caz mai strict, curentul de scurgere inversă trebuie să nu fie mai mare de 10 microamperi sub tensiunea specificată.
Pe lângă caracteristicile electrice, sunt necesari și o serie de parametri optici pentru a descrie performanța dispozitivelor LED, printre care parametrii mai importanți sunt lungimea de undă de vârf și intensitatea luminii a dispozitivului. Lumina vizibilă aparține categoriei undelor electromagnetice, iar lungimile de undă pot fi folosite de obicei pentru a exprima ceea ce ochiul uman poate percepe. Energia radiantă a luminii vizibile, în general, intervalul de lungimi de undă a luminii vizibile este între 380 nm și 760 nm. Cu cât lungimea de undă este mai mare, cu atât energia fotonului corespunzătoare este mai mică și cu atât culoarea luminii este mai roșie. Când lungimea de undă a fotonului devine mai scurtă, lumina se va schimba treptat de la roșu devine galben, apoi verde devine albastru, până când devine violet. Pentru un dispozitiv LED, lumina emisă de acesta se va extinde la vârful λP, iar lungimea de undă a jumătate de lățime este de obicei 10-30nm. Cu cât lățimea este mai mică, cu atât materialul dispozitivului LED este mai pur, cu atât performanța este mai uniformă și cristalul este mai complet. Sexul este de asemenea mai bun. Intensitatea luminii este un alt parametru important pentru măsurarea calității performanței LED-ului, reprezentat de obicei de litera Iv. Definiția intensității luminii este aceea că lumina într-o direcție dată emite 1 lumen de lumină într-un unghi solid unitar ca 1 candela, iar unitatea sa este exprimată în candela (cd). Relația sa poate fi reprezentată prin formula (6-1):
Iv=dφ/dΩ (6-1)
În formulă, unitatea lui φ este lumeni, unitatea lui Iv este cd și dΩ este unitatea de unghi solidă, iar unitatea este gradul. Intensitatea normală a luminii a unui cip LED ultraluminos este în general între 30-120mcd. După ce a fost ambalat într-un dispozitiv, intensitatea sa normală a luminii este de obicei mai mare de 1cd.
Fluxul luminos este un parametru mai obiectiv pentru evaluarea eficienței luminoase a LED-urilor. Reprezintă mărimea energiei luminoase emise de corpul electroluminiscent pe unitatea de timp, iar unitatea este lumeni (lm). În general, eficacitatea luminoasă a lămpilor cu incandescență și a lămpilor fluorescente este de 15 lm/w, respectiv 60lm/w. Cu cât puterea becului este mai mare, cu atât fluxul luminos este mai mare. Pentru un dispozitiv LED performant, eficienta luminoasa este de 20lm/w, iar nivelul de laborator ajunge si la 100lm/w. Pentru ca dispozitivele LED utilizate pentru iluminare să fie mai rapide, eficiența luminoasă a dispozitivelor LED trebuie îmbunătățită în continuare. Se estimează că după 10 ani, eficiența luminoasă a LED-urilor poate ajunge la 200lm/w. În acel moment, omenirea va inaugura o nouă eră în care sursele de lumină în stare solidă înlocuiesc complet sursele de lumină tradiționale.
