Kuidas töötab LED?

Kuidas töötab LED?

LED määratlus

LED (Light Emitting Diode) on defineeritud kui pooljuht, mis väljastab valgust, kui seda elektriliselt energieeritakse protsessi nimel elektrolüümintsents.

Kuidas LED töötab

Sarnaselt tavapärasele dioodile töötab LED diood, kui see on edaspoole segatud. Sel juhul on n-tyypne pooljuht tugevamalt dopiteeritud kui p-tyyp, moodustades p-n ühenduse. Kui see on edaspoole segatud, väheneb potentsiaalne barjäär ja elektronid ning aukud kombineeruvad tühi kihipis (või aktiivkihipis), väljastades valgust või fotonid kõikides suundades. Tavaline joonis allpool näitab valguse väljastamist elektronide ja aukude kombinatsiooni tulemusena edaspoole segamisel.

Fotonide väljastamine LEDs on selgitatav solide energiariba teooriaga, mis dikteerib, et valguse väljastumine sõltub materjali ribaaukust, kas see on otseste või kaudse. Need pooljuhid, millel on otseste ribaauk, on need, mis väljastavad fotonid. Otseste ribaauk materjalides asub energia taseme alamriik otseselt üle valentsi taseme Energy vs Momentum (lainevektor 'k') diagrammil.

Kui elektronid ja aukud kombineeruvad, vabanub energia E = hν, mis vastab energiavahele △ (eV), kujunevalt valguseenergiina või fotonidena, kus h on Plancki konstant ja ν on valguse sagedus.

Otseste ribaauk

Kaudsete ribaauk materjalid ei ole radiatiivsed, sest nende juhtimisriba alamriik ei asu valentsriba ülemise taseme kohal, teisendades enamiku energiat soojusena. Näited on Si, Ge jms.

Kaudse ribaauk

Näide materjalist, millel on otseste ribaauk, on Galium Arseeniid (GaAs), mis on komposiitspooljuht, mida kasutatakse LEDs. GaAs-le lisatakse dopantide atome, et saada lai valik värve. Mõned LEDs kasutatavad materjalid on:

• Alumiinium Galium Arseeniid (AlGaAs) – infrapunane.

• Galium Arseen Fosforiid (GaAsP) – punane, oranž, kollane.

• Alumiinium Galium Fosforiid (AlGaP) – roheline.

• Indium Galium Niitrid (InGaN) – sinine, sin-roheline, lähedal UV.

• Sink Seen (ZnSe) – sinine.

LED füüsiline struktuur

LED on struktureeritud nii, et väljastatud valgust ei imetata uuesti materjali. Seega tagatakse, et elektronide ja aukude kombinatsioon toimub pinnal.

Ülaltoodud joonis näitab kahte erinevat viisi, kuidas LED p-n ühendust struktureerida. P-tyypliine kiht on tehtud õrnaks ja kasvatatakse n-tyyplisel substraatil. Metallielektroodid, mis on liidetud p-n ühenduse mõlemale poolele, teenivad välise elektrilise ühenduse nodidena. LED p-n ühendus on paigutatud klaaslikuks läbipaistva kera, et valgust väljastataks ühtlaselt kõikides suundades ja minimeeritaks sisemist refleksi.

LED suurem jalga esindab positiivset eletroodi või anoodi.

Olemas on ka LEDs, millel on rohkem kui 2 jalga, näiteks 3, 4 ja 6 pinide konfiguratsioonidel, et saada mitmevärvilised LEDs sama pakendis. Saadaval on pinnal paigutatavad LED ekraanid, mida saab paigutada PCB-dele.

LED-ded vajalik on tavaliselt mõned sadu milliampeeri ja neil on vaja suurt vastust sirges, sest nende eelmine voltage langus on 1,5–3,5 volti, võrreldes tavapäraste diodidega.

Valged LEDs või Valged LED lampid

LED-lampid, -puud, -tänavavalgustid on muutumas väga populaarseks tänapäeval, kuna LEDs on väga efektiivsed valguse väljastamisel ühiku sisendienergia (milliwattides) järgi, võrreldes paljanduslampidega. Seega on üldiste valgustamiseks eelistatav valge valgus. Valge valgu LEDs abil saamiseks kasutatakse kahte meetodit:

RGB kolme põhivärvide segamine, et luua valge valgus. See meetod on kõrge kvantefektiga.

Teine meetod on ühe värviga LED-valguse phosphoriga erineva värvi kaetamine, et luua valge valgus. See meetod on kaubanduslikult populaarne LED-lambide ja valgustite tootmiseks.

LED-de rakendused

Elektroonilised ekraanid, nagu OLED, mikro-LED, kvantpunktid jms.

• Kui LED indikaator.

• Kaugjuhtimises.

• Valgustamises.

• Opto-isolaatorites.