Como descrever as características básicas dos LEDs?
Como um dispositivo de junção PN eletroluminescente, as características do LED podem ser descritas pelos parâmetros elétricos da junção PN e pelos parâmetros ópticos como dispositivo emissor de luz.
A característica volt-ampere é um parâmetro importante para descrever um dispositivo de junção PN. É um indicador importante do desempenho da junção PN e dos prós e contras do processo de fabricação da junção PN. A chamada característica volt-ampere é a característica de que a corrente que flui através da junção PN muda com a tensão, que pode ser exibida de forma muito vívida no osciloscópio. Uma curva volt-ampere completa inclui características diretas e reversas. Normalmente, a curva característica reversa muda abruptamente e, quando a tensão excede um determinado limite, a corrente aumenta exponencialmente. Geralmente, três parâmetros de tensão de ruptura reversa, corrente reversa e tensão direta podem ser usados para descrever a curva característica volt-ampere.
A tensão direta VF refere-se à queda de tensão no dispositivo sob a corrente direta nominal, que não está apenas relacionada à largura de banda proibida do material, mas também identifica a resistência em massa e a resistência de contato ôhmica da junção PN. O tamanho do VF reflete as vantagens e desvantagens da fabricação de eletrodos até certo ponto. Em relação a uma corrente direta de 20 mA, o valor de VF dos LEDs vermelho e amarelo é de cerca de 2 volts, enquanto o valor de VF dos dispositivos de LED verdes baseados em GaN é geralmente maior que 3 volts. A corrente de fuga reversa IR refere-se ao valor da corrente reversa que flui através do dispositivo sob uma determinada tensão reversa, e o valor desse valor é muito sensível à qualidade do dispositivo. Normalmente em uma tensão reversa de 5 volts, a corrente de fuga reversa não deve ser maior que 10 microamps, e um IR excessivamente grande indica características de junção ruins. A tensão de ruptura reversa significa que quando a tensão reversa é maior que um determinado valor, a corrente de fuga reversa aumentará acentuadamente, refletindo as características da tensão suportável reversa do dispositivo. Para um dispositivo específico, o padrão de corrente de fuga é diferente. Em um caso mais rigoroso, a corrente de fuga reversa não deve ser superior a 10 microamperes abaixo da tensão especificada.
Além das características elétricas, uma série de parâmetros ópticos também são necessários para descrever o desempenho dos dispositivos LED, dentre os quais os parâmetros mais importantes são o comprimento de onda de pico e a intensidade luminosa do dispositivo. A luz visível pertence à categoria de ondas eletromagnéticas, e os comprimentos de onda geralmente podem ser usados para expressar o que o olho humano pode perceber. A energia radiante da luz visível, geralmente a faixa de comprimento de onda da luz visível está entre 380nm e 760nm. Quanto maior o comprimento de onda, menor a energia do fóton correspondente e mais vermelha a cor da luz. Quando o comprimento de onda do fóton fica mais curto, a luz muda gradualmente de vermelho para amarelo, depois o verde fica azul, até ficar roxo. Para um dispositivo de LED, a luz emitida por ele se expandirá no pico λP, e sua meia largura de comprimento de onda é geralmente 10-30nm. Quanto menor a meia largura, mais puro o material do dispositivo LED, mais uniforme o desempenho e mais completo o cristal. Sexo também é melhor. A intensidade da luz é outro parâmetro importante para medir a qualidade do desempenho do LED, geralmente representada pela letra Iv. A definição de intensidade de luz é que a luz em uma determinada direção emite 1 lúmen de luz em uma unidade de ângulo sólido como 1 candela, e sua unidade é expressa em candela (cd). Sua relação pode ser representada pela fórmula (6-1):
IV=dφ/dΩ (6-1)
Na fórmula, a unidade de φ é lumens, a unidade de Iv é cd, e dΩ é a unidade de ângulo sólido e a unidade é grau. A intensidade de luz normal de um chip LED ultrabrilhante geralmente está entre 30-120mcd. Depois de empacotado em um dispositivo, sua intensidade de luz normal geralmente é maior que 1cd.
O fluxo luminoso é um parâmetro mais objetivo para julgar a eficiência luminosa dos LEDs. Ele representa o tamanho da energia luminosa emitida pelo corpo eletroluminescente por unidade de tempo, e a unidade é lúmens (lm). Geralmente, a eficácia luminosa das lâmpadas incandescentes e fluorescentes são 15lm/w e 60lm/w respectivamente. Quanto maior a potência da lâmpada, maior o fluxo luminoso. Para um dispositivo LED de alto desempenho, a eficiência luminosa é de 20lm/w, e o nível de laboratório também atinge 100lm/w. Para tornar os dispositivos LED usados para iluminação mais rápidos, a eficiência luminosa dos dispositivos LED deve ser melhorada. Estima-se que após 10 anos, a eficiência luminosa dos LEDs pode chegar a 200lm/w. Nesse momento, a humanidade dará início a uma nova era na qual as fontes de luz de estado sólido substituem completamente as fontes de luz tradicionais.
