כיצד לתאר את המאפיינים הבסיסיים של נוריות LED?
כמכשיר צומת PN אלקטרו-אורני, ניתן לתאר את המאפיינים של LED על ידי הפרמטרים החשמליים של צומת ה-PN והפרמטרים האופטיים כמכשיר פולט אור.
מאפיין וולט-אמפר הוא פרמטר חשוב לתיאור התקן צומת PN. זהו אינדיקטור חשוב לביצועי צומת PN וליתרונות והחסרונות של תהליך ייצור צומת PN. המאפיין שנקרא וולט-אמפר הוא המאפיין שהזרם הזורם דרך צומת ה-PN משתנה עם המתח, שיכול להיות מוצג בצורה חיה מאוד על האוסילוסקופ. עקומת וולט-אמפר מלאה כוללת מאפיינים קדימה ואחורה. בדרך כלל, עקומת המאפיין ההפוכה משתנה בצורה תלולה, וכאשר המתח חורג מסף מסוים, הזרם יגדל באופן אקספוננציאלי. באופן כללי, ניתן להשתמש בשלושה פרמטרים של מתח פירוק הפוך, זרם הפוך ומתח קדימה כדי לתאר את עקומת המאפיין וולט-אמפר.
המתח הקדמי VF מתייחס למפלת המתח על פני המכשיר מתחת לזרם הקדמי המדורג, אשר לא קשור רק לרוחב הפס האסור של החומר, אלא גם מזהה את ההתנגדות בתפזורת והתנגדות המגע האוהמית של צומת ה-PN. הגודל של VF משקף את היתרונות והחסרונות של ייצור אלקטרודות במידה מסוימת. ביחס לזרם קדימה של 20 mA, ערך ה-VF של נוריות LED אדומות וצהובות הוא כ-2 וולט, בעוד שערך ה-VF של מכשירי LED ירוקים מבוססי GaN הוא בדרך כלל גדול מ-3 וולט. זרם דליפה הפוך IR מתייחס לערך הזרם ההפוך שזורם דרך המכשיר תחת מתח הפוך נתון, והערך של ערך זה רגיש מאוד לאיכות המכשיר. בדרך כלל במתח הפוך של 5 וולט, זרם הדליפה ההפוכה לא צריך להיות גדול מ-10 מיקרואמפר, ו-IR גדול מדי מצביע על מאפייני צומת גרועים. פירושו של מתח התמוטטות ההפוכה הוא שכאשר המתח ההפוך גדול מערך מסוים, זרם הדליפה ההפוכה יגדל בחדות, מה שמשקף את המאפיינים של מתח עמידה לאחור של המכשיר. עבור מכשיר ספציפי, תקן זרם הדליפה שונה. במקרה מחמיר יותר, זרם הדליפה ההפוכה נדרש להיות לא יותר מ-10 מיקרואמפר מתחת למתח שצוין.
בנוסף למאפיינים החשמליים, נדרשת גם שורה של פרמטרים אופטיים לתיאור ביצועי מכשירי LED, ביניהם הפרמטרים החשובים יותר הם שיא אורך הגל ועוצמת האור של המכשיר. האור הנראה שייך לקטגוריה של גלים אלקטרומגנטיים, ובדרך כלל ניתן להשתמש באורכי גל כדי לבטא את מה שהעין האנושית יכולה לקלוט. אנרגיית הקרינה של האור הנראה, בדרך כלל טווח אורכי הגל של האור הנראה הוא בין 380 ננומטר ל-760 ננומטר. ככל שאורך הגל ארוך יותר, אנרגיית הפוטונים המתאימה נמוכה יותר וצבע האור אדום יותר. כאשר אורך הגל של הפוטון הופך לקצר יותר, האור ישתנה בהדרגה מאדום הופך לצהוב, ואז הירוק הופך לכחול, עד שיהפוך לסגול. עבור מכשיר LED, האור הנפלט ממנו יתרחב בשיא λP, ואורך הגל שלו חצי רוחב הוא בדרך כלל 10-30 ננומטר. ככל שחצי הרוחב קטן יותר, החומר של מכשיר ה-LED טהור יותר, הביצועים אחידים יותר והגביש שלם יותר. גם סקס עדיף. עוצמת האור היא פרמטר חשוב נוסף למדידת איכות ביצועי LED, המיוצגת בדרך כלל על ידי האות Iv. ההגדרה של עוצמת האור היא שהאור בכיוון נתון פולט 1 לומן של אור ביחידת זווית מוצקה כמו 1 קנדלה, והיחידה שלו מתבטאת בקנדלה (cd). הקשר שלו יכול להיות מיוצג על ידי נוסחה (6-1):
Iv=dφ/dΩ (6-1)
בנוסחה, היחידה של φ היא לומן, היחידה של Iv היא cd, ו-dΩ היא זווית המוצקה של היחידה, והיחידה היא מעלות. עוצמת האור הרגילה של שבב LED בהיר במיוחד היא בדרך כלל בין 30-120mcd. לאחר אריזתו במכשיר, עוצמת האור הרגילה שלו היא בדרך כלל גדולה מ-1cd.
שטף האור הוא פרמטר אובייקטיבי יותר לשיפוט יעילות האור של נוריות LED. הוא מייצג את גודל אנרגיית האור הנפלטת על ידי הגוף האלקטרו-לומינסצנטי ליחידת זמן, והיחידה היא לומן (lm). בדרך כלל, יעילות האור של מנורות ליבון ונורות פלורסנט היא 15lm/w ו-60lm/w בהתאמה. ככל שעוצמת הנורה גדולה יותר, כך שטף האור גדול יותר. עבור מכשיר LED בעל ביצועים גבוהים, יעילות האור היא 20lm/w, ורמת המעבדה מגיעה גם ל-100lm/w. על מנת להפוך מכשירי LED המשמשים לתאורה למהירים יותר, יש לשפר עוד יותר את יעילות האור של מכשירי LED. ההערכה היא כי לאחר 10 שנים, יעילות האור של נוריות LED יכולה להגיע ל-200lm/w. באותו זמן, האנושות תפתח עידן חדש שבו מקורות אור במצב מוצק מחליפים לחלוטין את מקורות האור המסורתיים.
