Kuinka kuvata LEDien perusominaisuuksia?
Elektroluminesoivana P-N-liitoslaitteena LEDin ominaisuuksia voidaan kuvata P-N-liitoksen sähköparametreilla ja optisilla parametreilla valoa lähettävänä laitteena.
Voltti-ampeeriominaisuus on tärkeä parametri kuvaamaan P-N-risteyslaitetta. Se on tärkeä indikaattori P-N-liitoksen suorituskyvystä ja P-N-liitosvalmistusprosessin eduista ja haitoista. Niin sanottu voltti-ampeeriominaisuus on ominaisuus, että P-N-liitoksen läpi virtaava virta muuttuu jännitteen myötä, joka voidaan näyttää hyvin elävästi oskilloskoopilla. Täydellinen voltti-ampeerikäyrä sisältää eteen- ja taaksepäin suuntautuvat ominaisuudet. Tyypillisesti käänteinen ominaiskäyrä muuttuu jyrkästi, ja kun jännite ylittää tietyn kynnyksen, virta kasvaa eksponentiaalisesti. Yleensä kolmea parametria, käänteisen hajoamisjännitteen, käänteisvirran ja eteenpäin suuntautuvan jännitteen parametria voidaan käyttää kuvaamaan voltti-ampeerin ominaiskäyrää.
Etujännite VF viittaa jännitehäviöön laitteen yli nimellisen eteenpäin suuntautuvan virran alla, mikä ei liity vain materiaalin kiellettyyn kaistan leveyteen, vaan tunnistaa myös P-N-liitoksen irtotavaran vastuksen ja ohmisen kosketusvastuksen. VF: n koko heijastaa jossain määrin elektrodin valmistuksen etuja ja haittoja. Suhteessa 20 mA: n eteenpäin suuntautuvaan virtaan, punaisten ja keltaisten LEDien VF-arvo on noin 2 volttia, kun taas GaN-pohjaisten vihreiden LED-laitteiden VF-arvo on yleensä suurempi kuin 3 volttia. Käänteinen vuotovirta IR viittaa käänteisen virran arvoon, joka virtaa laitteen läpi tietyllä käänteisellä jännitteellä, ja tämän arvon arvo on erittäin herkkä laitteen laadulle. Yleensä 5 voltin käänteisellä jännitteellä käänteisvuotovirran ei tulisi olla suurempi kuin 10 mikroamppia, ja liian suuri infrapuna osoittaa huonoja liitosominaisuuksia. Käänteinen rikkoutumisjännite tarkoittaa, että kun käänteinen jännite on suurempi kuin tietty arvo, käänteinen vuotovirta kasvaa jyrkästi, mikä heijastaa laitteen käänteisen kestävyyden jännitteen ominaisuuksia. Tietyn laitteen vuotovirran standardi on erilainen. Tiukemmassa tapauksessa käänteisen vuotovirran on oltava enintään 10 mikrovahviketta määritetyllä jännitteellä.
Sähköisten ominaisuuksien lisäksi LED-laitteiden suorituskyvyn kuvaamiseksi tarvitaan myös sarja optisia parametreja, joista tärkeimmät parametrit ovat laitteen aallonpituus ja valon voimakkuus. Näkyvä valo kuuluu sähkömagneettisten aaltojen luokkaan, ja aallonpituuksia voidaan yleensä käyttää ilmaisemaan, mitä ihmissilmä voi havaita. Näkyvän valon säteilevä energia, yleensä näkyvän valon aallonpituusalue, on välillä 380nm - 760 nm. Mitä pidempi aallonpituus, sitä pienempi on vastaava fotonienergia ja sitä punaisempi on valon väri. Kun fotonin aallonpituus lyhenee, valo muuttuu vähitellen punaisesta keltaiseksi, sitten vihreä muuttuu siniseksi, kunnes se muuttuu violetiksi. LED-laitteessa sen lähettämä valo laajenee huipulla λP, ja sen aallonpituus puolileveys on yleensä 10-30 nm. Mitä pienempi puolileveys, sitä puhtaampi LED-laitteen materiaali, sitä tasaisempi suorituskyky ja sitä täydellisempi kristalli. Seksi on myös parempi. Valon voimakkuus on toinen tärkeä parametri LED-suorituskyvyn laadun mittaamiseksi, jota yleensä edustaa kirjain Iv. Valon voimakkuuden määritelmä on, että valo tietyssä suunnassa lähettää 1 luumenin valoa yksikön kiinteässä kulmassa 1 kandelana ja sen yksikkö ilmaistaan kandelina (cd). Sen suhdetta voidaan edustaa kaavalla (6-1):
Iv=dφ/dΩ (6-1)
Kaavassa φ yksikkö on lumens, Iv: n yksikkö on cd ja dΩ on yksikön kiinteä kulma ja yksikkö on aste. Erittäin kirkkaan LED-sirun normaali valon voimakkuus on yleensä välillä 30-120mcd. Kun se on pakattu laitteeseen, sen normaali valon voimakkuus on yleensä suurempi kuin 1cd.
Valovirta on objektiivisempi parametri LEDien valotehokkuuden arvioimiseksi. Se edustaa elektroluminesenssin kappaleen lähettämän valoenergian kokoa aikayksikköä kohti, ja yksikkö on lumens (lm). Hehkulamppujen ja loistelamppujen valoteho on yleensä 15lm/w ja 60lm/vrk. Mitä suurempi lampun teho on, sitä suurempi on valovirta. Korkean suorituskyvyn LED-laitteessa valotehokkuus on 20lm/w, ja laboratoriotaso saavuttaa myös 100lm/w. Jotta valaistukseen käytettävät LED-laitteet olisivat nopeampia, LED-laitteiden valotehokkuutta on edelleen parannettava. On arvioitu, että 10 vuoden kuluttua LEDien valotehokkuus voi nousta 200lm/w. Tuolloin ihmiskunta aloittaa uuden aikakauden, jolloin kiinteän tilan valonlähteet korvaavat täysin perinteiset valonlähteet.
