Ako opísať základné vlastnosti LED diód?
Ako elektroluminiscenčné zariadenie PN prechodu možno vlastnosti LED opísať elektrickými parametrami PN prechodu a optickými parametrami ako zariadenie vyžarujúce svetlo.
Voltampérová charakteristika je dôležitým parametrom na opis zariadenia s prechodom PN. Je to dôležitý ukazovateľ výkonu PN prechodu a výhod a nevýhod procesu výroby PN prechodu. Takzvaná voltampérová charakteristika je charakteristika, že prúd pretekajúci PN prechodom sa mení s napätím, čo sa dá veľmi názorne zobraziť na osciloskope. Kompletná voltampérová krivka zahŕňa doprednú a spätnú charakteristiku. Typicky sa krivka spätnej charakteristiky prudko mení a keď napätie prekročí určitú prahovú hodnotu, prúd sa exponenciálne zvýši. Vo všeobecnosti možno na opis voltampérovej charakteristiky použiť tri parametre spätného prierazného napätia, spätného prúdu a dopredného napätia.
Predné napätie VF sa vzťahuje na pokles napätia na zariadení pod menovitým priepustným prúdom, ktorý nesúvisí len so zakázanou šírkou pásma materiálu, ale tiež identifikuje objemový odpor a ohmický prechodový odpor PN prechodu. Veľkosť VF do určitej miery odráža výhody a nevýhody výroby elektród. V porovnaní s dopredným prúdom 20 mA je hodnota VF červených a žltých LED asi 2 volty, zatiaľ čo hodnota VF zariadení zelenej LED na báze GaN je zvyčajne väčšia ako 3 volty. Spätný zvodový prúd IR sa vzťahuje na hodnotu spätného prúdu pretekajúceho zariadením pod daným spätným napätím a hodnota tejto hodnoty je veľmi citlivá na kvalitu zariadenia. Zvyčajne pri spätnom napätí 5 voltov by spätný zvodový prúd nemal byť väčší ako 10 mikroampérov a príliš veľké IR indikuje zlé charakteristiky spojenia. Spätné prierazné napätie znamená, že keď je spätné napätie väčšie ako určitá hodnota, spätný zvodový prúd sa prudko zvýši, čo odráža charakteristiky spätného výdržného napätia zariadenia. Pre konkrétne zariadenie je norma zvodového prúdu odlišná. V prísnejšom prípade sa vyžaduje, aby spätný zvodový prúd nebol väčší ako 10 mikroampérov pri špecifikovanom napätí.
Okrem elektrických charakteristík je na opis výkonu LED zariadení potrebný aj rad optických parametrov, medzi ktorými sú dôležitejšie parametre špičková vlnová dĺžka a intenzita svetla zariadenia. Viditeľné svetlo patrí do kategórie elektromagnetických vĺn a vlnové dĺžky sa zvyčajne dajú použiť na vyjadrenie toho, čo ľudské oko dokáže vnímať. Energia žiarenia viditeľného svetla, vo všeobecnosti rozsah vlnových dĺžok viditeľného svetla, je medzi 380 nm a 760 nm. Čím dlhšia je vlnová dĺžka, tým nižšia je zodpovedajúca energia fotónu a tým je farba svetla červenšia. Keď sa vlnová dĺžka fotónu skráti, svetlo sa postupne zmení z červeného na žlté, potom zo zeleného na modré, až sa zmení na fialové. V prípade zariadenia LED sa svetlo, ktoré vyžaruje, rozšíri na vrchole λP a jeho polovičná šírka vlnovej dĺžky je zvyčajne 10-30 nm. Čím menšia je polovičná šírka, tým čistejší je materiál LED zariadenia, tým je výkon rovnomernejší a kryštál úplnejší. Sex je tiež lepší. Intenzita svetla je ďalším dôležitým parametrom na meranie kvality výkonu LED, zvyčajne reprezentovaný písmenom Iv. Definícia intenzity svetla je taká, že svetlo v danom smere vyžaruje 1 lúmen svetla v jednotkovom priestorovom uhle ako 1 kandela a jeho jednotka je vyjadrená v kandelách (cd). Jeho vzťah môže byť vyjadrený vzorcom (6-1):
Iv=dφ/dΩ (6-1)
Vo vzorci je jednotka φ lúmen, jednotka Iv je cd a dΩ je jednotkový priestorový uhol a jednotka je stupeň. Normálna intenzita svetla ultrajasného LED čipu je vo všeobecnosti medzi 30-120mcd. Po zabalení do zariadenia je jeho normálna intenzita svetla zvyčajne väčšia ako 1 cd.
Svetelný tok je objektívnejším parametrom na posúdenie svetelnej účinnosti LED. Predstavuje veľkosť svetelnej energie vyžarovanej elektroluminiscenčným telesom za jednotku času a jednotkou sú lúmeny (lm). Vo všeobecnosti je svetelná účinnosť žiaroviek 15 lm/w a 60 lm/w. Čím väčší je výkon žiarovky, tým väčší je svetelný tok. Pri vysokovýkonnom LED zariadení je svetelná účinnosť 20lm/w a laboratórna hladina dosahuje aj 100lm/w. Aby boli LED zariadenia používané na osvetlenie rýchlejšie, je potrebné ďalej zlepšovať svetelnú účinnosť LED zariadení. Odhaduje sa, že po 10 rokoch môže svetelná účinnosť LED dosiahnuť 200 lm/w. V tom čase ľudstvo zaháji novú éru, v ktorej polovodičové svetelné zdroje úplne nahradia tradičné svetelné zdroje.
