Hvordan beskrives de grundlæggende egenskaber ved LED'er?
Som en elektroluminescerende PN-forbindelsesanordning kan LED's egenskaber beskrives ved de elektriske parametre for PN-forbindelsen og de optiske parametre som en lysemitterende enhed.
Volt-ampere-karakteristikken er en vigtig parameter til at beskrive en PN-forbindelsesenhed. Det er en vigtig indikator for PN-junction-ydelsen og fordele og ulemper ved PN-junction-fremstillingsprocessen. Den såkaldte volt-ampere karakteristik er den egenskab, at strømmen, der flyder gennem PN-overgangen, ændrer sig med spændingen, som kan vises meget levende på oscilloskopet. En komplet volt-ampere-kurve inkluderer fremad- og tilbagegående karakteristika. Typisk ændres den omvendte karakteristiske kurve stejlt, og når spændingen overstiger en vis tærskel, vil strømmen stige eksponentielt. Generelt kan tre parametre for omvendt gennembrudsspænding, omvendt strøm og fremadspænding bruges til at beskrive volt-ampere karakteristikken.
Fremadspændingen VF refererer til spændingsfaldet over enheden under den nominelle fremadgående strøm, som ikke kun er relateret til den forbudte båndbredde af materialet, men også identificerer bulkmodstanden og den ohmske kontaktmodstand af PN-forbindelsen. Størrelsen af VF afspejler til en vis grad fordelene og ulemperne ved elektrodefremstilling. I forhold til en fremadgående strøm på 20 mA er VF-værdien af røde og gule LED'er omkring 2 volt, mens VF-værdien for GaN-baserede grønne LED-enheder normalt er større end 3 volt. Den omvendte lækstrøm IR refererer til den omvendte strømværdi, der strømmer gennem enheden under en given omvendt spænding, og værdien af denne værdi er meget følsom over for enhedens kvalitet. Normalt ved en omvendt spænding på 5 volt bør den omvendte lækstrøm ikke være større end 10 mikroampere, og en for stor IR indikerer dårlige krydskarakteristika. Den omvendte gennembrudsspænding betyder, at når den omvendte spænding er større end en vis værdi, vil den omvendte lækstrøm stige kraftigt, hvilket afspejler egenskaberne for enhedens omvendte modstå spænding. For en bestemt enhed er standarden for lækstrøm anderledes. I et mere stringent tilfælde kræves det, at den omvendte lækstrøm ikke er mere end 10 mikroampere under den specificerede spænding.
Ud over elektriske egenskaber kræves der også en række optiske parametre for at beskrive ydeevnen af LED-enheder, blandt hvilke de vigtigste parametre er enhedens maksimale bølgelængde og lysintensitet. Synligt lys hører til kategorien elektromagnetiske bølger, og bølgelængder kan normalt bruges til at udtrykke, hvad det menneskelige øje kan opfatte. Strålingsenergien af synligt lys, generelt er bølgelængdeområdet for synligt lys mellem 380nm og 760nm. Jo længere bølgelængden er, jo lavere er den tilsvarende fotonenergi, og jo rødere er lysets farve. Når fotonens bølgelængde bliver kortere, vil lyset gradvist skifte fra Rød bliver gul, derefter grøn bliver blå, indtil den bliver lilla. For en LED-enhed vil lyset, der udsendes af den, udvide sig ved toppen λP, og dens bølgelængde halvbredde er normalt 10-30nm. Jo mindre halvbredden er, jo renere er LED-enhedens materiale, jo mere ensartet er ydeevnen, og jo mere komplet er krystallen. Sex er også bedre. Lysintensitet er en anden vigtig parameter til at måle kvaliteten af LED-ydelse, normalt repræsenteret ved bogstavet Iv. Definitionen af lysintensitet er, at lyset i en given retning udsender 1 lumen lys i en enheds rumvinkel som 1 candela, og dets enhed er udtrykt i candela (cd). Dens relation kan repræsenteres ved formlen (6-1):
Iv=dφ/dΩ (6-1)
I formlen er enheden for φ lumen, enheden for Iv er cd, og dΩ er enhedens rumvinkel, og enheden er grader. Den normale lysintensitet for en ultralys LED-chip er generelt mellem 30-120mcd. Efter at være blevet pakket ind i en enhed, er dens normale lysintensitet normalt større end 1 cd.
Lysstrøm er en mere objektiv parameter til at bedømme lyseffektiviteten af LED'er. Det repræsenterer størrelsen af lysenergien, der udsendes af det elektroluminescerende legeme pr. tidsenhed, og enheden er lumen (lm). Generelt er lyseffektiviteten af glødelamper og lysstofrør henholdsvis 15lm/w og 60lm/w. Jo større kraft pæren har, jo større lysstrøm. For en højtydende LED-enhed er lyseffektiviteten 20lm/w, og laboratorieniveauet når også 100lm/w. For at gøre LED-enheder, der bruges til belysning hurtigere, skal lyseffektiviteten af LED-enheder forbedres yderligere. Det anslås, at efter 10 år kan lyseffektiviteten af LED'er nå op på 200lm/w. På det tidspunkt vil menneskeheden indlede en ny æra, hvor solid-state lyskilder fuldstændig erstatter traditionelle lyskilder.
