Come descrivere le caratteristiche di base dei LED?
Come dispositivo di giunzione PN elettroluminescente, le caratteristiche del LED possono essere descritte dai parametri elettrici della giunzione PN e dai parametri ottici come dispositivo emettitore di luce.
La caratteristica volt-ampere è un parametro importante per descrivere un dispositivo di giunzione PN. È un indicatore importante delle prestazioni della giunzione PN e dei pro e contro del processo di fabbricazione della giunzione PN. La cosiddetta caratteristica volt-ampere è la caratteristica che la corrente che scorre attraverso la giunzione PN cambia con la tensione, che può essere visualizzata in modo molto vivido sull'oscilloscopio. Una curva volt-ampere completa include caratteristiche avanti e indietro. Tipicamente, la curva caratteristica inversa cambia bruscamente e quando la tensione supera una certa soglia, la corrente aumenterà in modo esponenziale. In generale, per descrivere la curva caratteristica volt-ampere possono essere utilizzati tre parametri di tensione di rottura inversa, corrente inversa e tensione diretta.
La tensione diretta VF si riferisce alla caduta di tensione attraverso il dispositivo al di sotto della corrente diretta nominale, che non è solo correlata alla larghezza di banda vietata del materiale, ma identifica anche la resistenza di massa e la resistenza di contatto ohmica della giunzione PN. La dimensione della VF riflette in una certa misura i vantaggi e gli svantaggi della fabbricazione degli elettrodi. Relativamente a una corrente diretta di 20 mA, il valore VF dei LED rossi e gialli è di circa 2 volt, mentre il valore VF dei dispositivi LED verdi basati su GaN è generalmente maggiore di 3 volt. La corrente di dispersione inversa IR si riferisce al valore della corrente inversa che scorre attraverso il dispositivo sotto una determinata tensione inversa e il valore di questo valore è molto sensibile alla qualità del dispositivo. Di solito a una tensione inversa di 5 volt, la corrente di dispersione inversa non dovrebbe essere maggiore di 10 microampere e un IR eccessivamente grande indica scarse caratteristiche di giunzione. La tensione di rottura inversa significa che quando la tensione inversa è maggiore di un certo valore, la corrente di dispersione inversa aumenterà notevolmente, riflettendo le caratteristiche della tensione di tenuta inversa del dispositivo. Per un dispositivo specifico, lo standard della corrente di dispersione è diverso. In un caso più rigoroso, la corrente di dispersione inversa deve essere non superiore a 10 microampere sotto la tensione specificata.
Oltre alle caratteristiche elettriche, sono necessari anche una serie di parametri ottici per descrivere le prestazioni dei dispositivi LED, tra i quali i parametri più importanti sono la lunghezza d'onda di picco e l'intensità luminosa del dispositivo. La luce visibile appartiene alla categoria delle onde elettromagnetiche e le lunghezze d'onda possono solitamente essere utilizzate per esprimere ciò che l'occhio umano può percepire. L'energia radiante della luce visibile, generalmente la gamma di lunghezze d'onda della luce visibile è compresa tra 380 nm e 760 nm. Più lunga è la lunghezza d'onda, minore è l'energia del fotone corrispondente e più rosso è il colore della luce. Quando la lunghezza d'onda del fotone si accorcia, la luce cambierà gradualmente da rosso a giallo, poi verde a blu, fino a diventare viola. Per un dispositivo a LED, la luce emessa da esso si espanderà al picco λP e la sua metà della lunghezza d'onda è solitamente 10-30nm. Più piccola è la mezza larghezza, più puro è il materiale del dispositivo LED, più uniforme è la prestazione e più completo è il cristallo. Anche il sesso è migliore. L'intensità luminosa è un altro parametro importante per misurare la qualità delle prestazioni dei LED, solitamente rappresentato dalla lettera Iv. La definizione di intensità luminosa è che la luce in una data direzione emette 1 lumen di luce in un angolo solido unitario come 1 candela e la sua unità è espressa in candela (cd). La sua relazione può essere rappresentata dalla formula (6-1):
Iv=dφ/dΩ (6-1)
Nella formula, l'unità di φ è lumen, l'unità di Iv è cd e dΩ è l'unità dell'angolo solido e l'unità è il grado. L'intensità della luce normale di un chip LED ultraluminoso è generalmente compresa tra 30-120mcd. Dopo essere stato confezionato in un dispositivo, la sua normale intensità luminosa è generalmente maggiore di 1 cd.
Il flusso luminoso è un parametro più oggettivo per giudicare l'efficienza luminosa dei LED. Rappresenta la dimensione dell'energia luminosa emessa dal corpo elettroluminescente per unità di tempo e l'unità è lumen (lm). In generale, l'efficienza luminosa delle lampade a incandescenza e delle lampade fluorescenti è rispettivamente di 15lm/w e 60lm/w. Maggiore è la potenza della lampadina, maggiore è il flusso luminoso. Per un dispositivo LED ad alte prestazioni, l'efficienza luminosa è di 20 lm/w e anche il livello di laboratorio raggiunge i 100 lm/w. Per rendere più veloci i dispositivi a LED utilizzati per l'illuminazione, è necessario migliorare ulteriormente l'efficienza luminosa dei dispositivi a LED. Si stima che dopo 10 anni l'efficienza luminosa dei LED possa raggiungere i 200lm/w. A quel tempo, l'umanità introdurrà una nuova era in cui le sorgenti luminose a stato solido sostituiranno completamente le sorgenti luminose tradizionali.
