Kako opisati osnovne značilnosti LED?
Kot elektroluminiscenčno PN spojno napravo je mogoče značilnosti LED opisati z električnimi parametri PN spoja in optičnimi parametri kot naprava za oddajanje svetlobe.
Volt-amperska karakteristika je pomemben parameter za opis spojne naprave PN. Je pomemben pokazatelj delovanja PN spoja ter prednosti in slabosti postopka izdelave PN spoja. Tako imenovana volt-amperska karakteristika je značilnost, da se tok, ki teče skozi PN spoj, spreminja z napetostjo, kar lahko zelo nazorno prikažemo na osciloskopu. Popolna volt-amperska krivulja vključuje karakteristike naprej in nazaj. Običajno se povratna karakteristična krivulja strmo spreminja in ko napetost preseže določen prag, se bo tok eksponentno povečal. Na splošno se lahko za opis volt-amperske karakteristične krivulje uporabijo trije parametri povratne prebojne napetosti, povratnega toka in napetosti naprej.
Prednapetost VF se nanaša na padec napetosti na napravi pod nazivnim prednjim tokom, ki ni povezan samo s prepovedano širino pasu materiala, ampak tudi določa upor mase in ohmski kontaktni upor PN spoja. Velikost VF v določeni meri odraža prednosti in slabosti izdelave elektrod. V primerjavi s prednjim tokom 20 mA je vrednost VF rdečih in rumenih LED približno 2 volta, medtem ko je vrednost VF zelenih LED naprav na osnovi GaN običajno večja od 3 voltov. Povratni tok uhajanja IR se nanaša na vrednost povratnega toka, ki teče skozi napravo pod dano povratno napetostjo, in vrednost te vrednosti je zelo občutljiva na kakovost naprave. Običajno pri povratni napetosti 5 voltov povratni tok uhajanja ne sme biti večji od 10 mikroamperov, pretirano velik IR pa kaže na slabe karakteristike spoja. Povratna prebojna napetost pomeni, da ko je povratna napetost večja od določene vrednosti, se povratni tok uhajanja močno poveča, kar odraža značilnosti povratne vzdržljive napetosti naprave. Za določeno napravo je standard toka uhajanja drugačen. V strožjem primeru se zahteva, da povratni tok uhajanja ne presega 10 mikroamperov pod navedeno napetostjo.
Za opis delovanja LED naprav je poleg električnih karakteristik potrebna tudi vrsta optičnih parametrov, med katerimi sta pomembnejša parametra največja valovna dolžina in jakost svetlobe naprave. Vidna svetloba spada v kategorijo elektromagnetnih valov in valovne dolžine se običajno lahko uporabijo za izražanje tega, kar lahko zazna človeško oko. Energija sevanja vidne svetlobe, na splošno obseg valovnih dolžin vidne svetlobe je med 380 nm in 760 nm. Daljša kot je valovna dolžina, manjša je ustrezna energija fotona in bolj rdeča je barva svetlobe. Ko se valovna dolžina fotona skrajša, se bo svetloba postopoma spremenila iz rdeče v rumeno, nato zelena v modro, dokler ne postane vijolična. Pri napravi LED se bo svetloba, ki jo oddaja, razširila na vrhu λP, njena polovična širina valovne dolžine pa je običajno 10-30nm. Manjša kot je polovična širina, čistejši je material LED naprave, bolj enotna je zmogljivost in popolnejši je kristal. Tudi seks je boljši. Intenzivnost svetlobe je še en pomemben parameter za merjenje kakovosti delovanja LED, ki ga običajno predstavlja črka Iv. Opredelitev jakosti svetlobe je, da svetloba v določeni smeri oddaja 1 lumen svetlobe v enoti prostorskega kota kot 1 kandela, njena enota pa je izražena v kandeli (cd). Njegovo razmerje je mogoče predstaviti s formulo (6-1):
Iv=dφ/dΩ (6-1)
V formuli je enota za φ lumen, enota za Iv je cd, dΩ pa je enota prostorskega kota, enota pa je stopinja. Običajna jakost svetlobe ultra svetlega čipa LED je običajno med 30-120mcd. Ko je zapakiran v napravo, je njegova običajna jakost svetlobe običajno večja od 1 cd.
Svetlobni tok je bolj objektiven parameter za presojo svetlobne učinkovitosti LED. Predstavlja velikost svetlobne energije, ki jo oddaja elektroluminiscenčno telo na časovno enoto, enota pa je lumen (lm). Na splošno je svetlobni izkoristek žarnic z žarilno nitko 15 lm/w in fluorescentnih sijalk 60 lm/w. Večja kot je moč žarnice, večji je svetlobni tok. Za visoko zmogljivo LED napravo je svetlobni izkoristek 20 lm/w, laboratorijski nivo pa doseže tudi 100 lm/w. Da bi LED naprave hitreje uporabljali za razsvetljavo, je treba še izboljšati svetlobno učinkovitost LED naprav. Ocenjuje se, da lahko po 10 letih svetlobni izkoristek LED diod doseže 200 lm/w. Takrat bo človeštvo vstopilo v novo obdobje, v katerem bodo polprevodniški viri svetlobe popolnoma nadomestili tradicionalne vire svetlobe.
