Kiel Funkciias LED?

Kiel Funkcias LED?

LED-Difino

LED, aŭ lumemita duodo, estas difinita kiel duopola semikondukilo, kiu emitas lumon kiam ĝi estas elektrike energiita per procezo nomata elektrolumigo.

Kiel funkcias LED

Simile al ordinara duodo, la LED-duodo funkcias kiam ĝi estas antaŭen polarigita. En tiu okazo, la n-tipa semikondukilo estas pli forta dozita ol la p-tipa, formante la p-n-junton. Kiam ĝi estas antaŭen polarigita, la potenciala bariero malpliiĝas, kaj la elektronoj kaj truoj kombiniĝas en la deprenenda zono (aŭ aktiva zono), lumo aŭ fotonoj estas emititaj aŭ radiitaj en ĉiuj direktoj. Tipa figuro sube montras lumemitan pro kombinado de elektrono-truo-paro sur antaŭa polarigo.

La emito de fotonoj en LED estas klarigita per la energibanda teorio de solidoj, kiu determinas, ke lumemito dependas de la materiala banda interspaco estanta rekta aŭ indirekta. Tiuj semikondukilaj materialoj, kiuj havas rekta bandan interspaceton, estas tiuj, kiuj emitas fotonojn. En materialo kun rekta bando, la fundo de la energia nivelo de konduka bando situas rekte super la plej alta energia nivelo de valenca bando en la diagramo de Energiĝo kontraŭ Momento (onda vektoro 'k').

Kiam elektronoj kaj truoj re-kombiniĝas, energio E = hν responda al la energia interspaco △ (eV) estas eliras en la formo de lumenergia aŭ fotonoj, kie h estas la konstanto de Planck kaj ν estas la frekvenco de lumo.

Rekta Banda Interspaco

Materialoj kun indirekta bandinterspaco estas ne-radia, ĉar la fondo de ilia konduka bando ne alineas kun la topa parto de la valenca bando, konvertante la plejparton de la energion en varmon. Ekzemploj estas Si, Ge ktp.

Indirekta Banda Interspaco

Ekzemplo de materialo kun rekta banda interspaco estas Galio Arsenido (GaAs), komuna semikondukilo, kiu estas la materialo uzata en LEDoj. Dozantaj atomoj estas aldona al GaAs por doni vastan gamon da koloroj. Iuj el la materialoj uzataj en LEDoj estas:

• Aluminio-Galio-Arsenido (AlGaAs) – infraruga.

• Galio-Arsenido-Fosfidro (GaAsP) – ruĝa, oranĝa, flava.

• Aluminio-Galio-Fosfidro (AlGaP) – verda.

• Indio-Galio-Nitrido (InGaN) – blua, blua-verda, proksima UV.

• Cink-Selenido (ZnSe) – blua.

Fizika Strukturo de LED

LED estas strukturita tiel, ke la emitita lumo ne estas re-absorbata de la materialo. Tiel estas certigite, ke la re-kombinado de elektrono-truo okazas sur la surfaco.

La supra figuro montras du malsamajn manierojn strukturigi la p-n-junton de LED. La p-tipa tavolo estas farita dika kaj kreskas sur la n-tipa substrato. Metalaĵoj ligitaj je ambaŭ flankoj de la p-n-junton servas kiel nodoj por ekstera elektra konekto. La lumemita dioda p-n-junton estas enkazigita en dom-forma transparenta kazo, tiel ke la lumo estas emita uniforme en ĉiuj direktoj kaj minimuma interna reflekto okazas.

La pli granda piedo de LED reprezentas la pozitivan elektronan aŭ anodon.

Estas disponeblaj ankaŭ LEDoj kun pli ol 2 piedoj, tiaj kiel 3, 4 kaj 6-pina konfiguroj, por obteni plurajn kolorojn en la sama LED-pakaĵo. Surfaca montitaj LED-displejoj estas disponeblaj, kiuj povas esti montitaj sur PCB-oj.

LEDoj tipike bezonas kuranton de kelkaj dek milamperoj kaj bezonas altan rezistadon en serio pro sia pli alta antaŭa tensolvo de 1,5 ĝis 3,5 voltaj, kompare al ordinara duodo.

Blanka Lumo LEDoj aŭ Blankaj LED-Lampoj

LED-lampoj, bulboj, strata iluminado iĝas tre popularaj hodiaŭ pro la tre alta efikeco de LEDoj en terminoj de lumeliga produkto per unuopa eniga potenco (en milivatotoj), kompare al la inkandescantaj bulboj. Pro ĝenerala celo iluminado, blanka lumo estas preferata. Por produkti blankan lumon per helpo de LEDoj, du metodoj estas uzataj :

Miksaĵo de tri primaraj koloroj RGB por produkti blankan lumon. Tiu metodo havas altan kvantan efikecon.

La alia metodo estas kovraĵo de unu-kolora LED per fosforo de alia koloro por produkti blankan lumon. Tiu metodo estas komerce populara por fabrikado de LED-bulboj kaj iluminado.

Aplikoj de LEDoj

Elektronikaj displejoj kiel OLED, mikro-LED, kvantpunktoj ktp.

• Kiel LED-indikilo.

• En telekomandoj.

• Iluminado.

• Opto-izoliloj.