Hoe werk 'n LED?

Hoe werk 'n LED?

LED-definisie

'n LED, of Ligte-uitseendiod, word gedefinieer as 'n halfgeleiderapparaat wat lig uitseë wanneer dit elektries opgewonde word deur 'n proses genaamd elektroluminescens.

Hoe 'n LED werk

Soos 'n gewone diod, werk die LED-diod wanneer dit vorentoe gespan is. In hierdie geval is die n-tipe halfgeleider meer gedoseer as die p-tipe, wat die p-n-junksie vorm. Wanneer dit vorentoe gespan word, word die potensiaalbarrière verminder en kombineer die elektrone en gasholle by die uitskakelvlak (of aktiewe vlak), waar liggies of fotonne in alle rigtings uitgestraal word. 'n Tipiese figuur wys hoe liggies uitgestraal word wanneer elektron-gaspaare saamvloei tydens vorentoegespande toestand.

Die uitstoot van fotonne in 'n LED word verklaar deur die energiebandteorie van vaste stowwe, wat bepaal dat liggies-uitstoot afhang van die materiaal se bandgap of dit direk of indirek is. Dié halfgeleidermateriale wat 'n direkte bandgap het, is dié wat fotonne uitsê. In 'n direkte bandgap-materiaal, lê die onderste energienivo van die geleidingsband direk bo die topste energienivo van die valentieband op die Energie vs Impuls (golfvektor 'k') diagram.

Wanneer elektrone en gasholle saamvloei, word energie E = hν ooreenkomstig met die energiegap △ (eV) in die vorm van liggiesenergie of fotonne vrygestel, waar h die Planck-konstante is en ν die frekwensie van die lig is.

Direkte Bandgap

Indirekte bandgap-materiale is nie-stralerig nie, omdat die onderste energienivo van die geleidingsband nie met die topste energienivo van die valentieband uitlyne nie, en meeste energie in warmte omgesit word. Voorbeelde is Si, Ge ens.

Indirekte Bandgap

'n Voorbeeld van 'n materiaal met 'n direkte bandgap is Gallium Arseenide (GaAs), 'n komposiet halfgeleider wat gebruik word in LEDs. Dopant-atome word by GaAs gevoeg om 'n wyd verskeidenheid kleure te produseer. Sommige van die materiaale wat in LEDs gebruik word, is:

• Aluminium Gallium Arseenide (AlGaAs) – infrarood.

• Gallium Arseen Phosphide (GaAsP) – rooi, oranje, geel.

• Aluminium Gallium Phosphide (AlGaP) – groen.

• Indium gallium nitride (InGaN) – blou, blougroen, naby UV.

• Zink Selenide (ZnSe) – blou.

Fisiese Struktuur van 'n LED

'n LED is so gestruktureer dat die uitgestraalde lig nie terug in die materiaal absorbeer word nie. Dit verseker dat die elektron-gas saamvloeiing op die oppervlak plaasvind.

Die bostaande figuur wys die twee verskillende maniere om die LED p-n-junksie te struktureer. Die p-tipe laag is dun en word op die n-tipe substraat gegroei. Metallelektrodes wat aan elke kant van die p-n-junksie geheg word, bedien as knope vir buiteverbindings. Die lig-uitseendiod p-n-junksie is in 'n koepelvormige transparante behuising geplaas sodat lig uniform in alle rigtings uitgestraal word en min interne refleksie plaasvind.

Die groter been van 'n LED verteenwoordig die positiewe elektrode of anode.

LEDs met meer as 2 bene is ook beskikbaar, soos 3, 4 en 6-pin konfigurasies om multi-kleure in dieselfde LED-pakket te verkry. Oppervlakgemonteerde LED-displays is beskikbaar wat op PCB's gemonteer kan word.

LEDs vereis tipies 'n stroom van 'n paar tientjies milliampère en het hoë weerstand in reeks nodig weens hul hoër voorwaartse spanningsval van 1.5 tot 3.5 volt, vergeleke met gewone diodes.

Witte Lig LEDs of Witte LED Lamppe

LED-lamppe, gloeilamppe, en straatverligting word nou baie populêr weens die baie hoë effektiwiteit van LEDs in terme van ligopbrengs per eenheid insetvermoë (in milliwatts), in vergelyking met gloeilamppe. Vir algemene doelwitte verligting word witte lig verkies. Om witte lig met LEDs te produseer, word twee metodes gebruik:

Menging van drie primêre kleure RGB om witte lig te produseer. Hierdie metode het hoë kwantumeffektiwiteit.

Die ander metode is die bekleding van 'n LED van een kleur met fosfor van 'n ander kleur om witte lig te produseer. Hierdie metode is kommercielik populêr om LED-bulbs en -verligting te vervaardig.

Toepassings van LEDs

Elektroniese displays soos OLEDs, mikro-LEDs, kwantumpunte ens.

• As 'n LED-indikator.

• In afstandsbedieninge.

• Verligting.

• Opto-isolators.