Paano Gumagana ang isang LED?

Paano Gumagana ang LED?

Pangungusap ng LED

Ang LED o Light Emitting Diode ay isang semiconductor device na lumilipad ng liwanag kapag elektrikong pinagkakasya sa pamamagitan ng isang proseso na tinatawag na electroluminescence.

Paano Gumagana ang LED

Tulad ng isang ordinaryong diode, ang LED diode ay gumagana kapag ito ay forward biased. Sa kasong ito, ang n-type semiconductor ay mas maraming doped kaysa sa p-type na nagpapabuo ng p-n junction. Kapag ito ay forward biased, ang potential barrier ay nababawasan at ang mga electron at holes ay pagsasama sa depletion layer (o active layer), ang liwanag o photons ay inilalabas o iniradiate sa lahat ng direksyon. Isang typical figure blow na nagpapakita ng paglabas ng liwanag dahil sa pagsasama ng electron-hole pair sa forward biasing.

Ang paglabas ng photons sa LED ay ipinapaliwanag ng energy band theory of solids, na nagpapahiwatig na ang paglabas ng liwanag ay depende sa materyales na may direct o indirect band gap. Ang mga semiconductor materials na may direct band gap ang mga ito na lumilipad ng photons. Sa isang direct bandgap material, ang ilalim ng energy level ng conduction band ay nasa diretso sa itaas ng pinakamataas na energy level ng valence band sa Energy vs Momentum (wave vector ‘k’) diagram.

Kapag ang electrons at hole ay pagsasama, ang enerhiya E = hν na katugon sa energy gap △ (eV) ay lumalabas sa anyo ng light energy o photons kung saan h ang Planck’s constant at ν ang frequency ng liwanag.

Direct Band Gap

Ang indirect band gap materials ay hindi radiative, dahil ang ilalim ng conduction band ay hindi naka-align sa itaas ng valence band, na nagcoconvert ng karamihan ng enerhiya sa init. Halimbawa nito ang Si, Ge, etc.

Indirect Band Gap

Halimbawa ng materyal na may direct band gap ay ang Gallium Arsenide(GaAs), isang compound semiconductor na ang materyal na ginagamit sa LEDs. Ang dopant atoms ay idinadagdag sa GaAs upang ibigay ang malawak na range ng kulay. Ang ilan sa mga materyal na ginagamit sa LEDs ay:

• Aluminium Gallium Arsenide(AlGaAs) – infrared.

• Gallium Arsenic Phosphide(GaAsP) – red, orange, yellow.

• Aluminium Gallium Phosphide(AlGaP) – green.

• Indium gallium nitride (InGaN) – blue, blue-green, near UV.

• Zinc Selenide(ZnSe) – blue.

Physical Structure ng LED

Ang LED ay istrakturado sa paraan na ang liwanag na inilalabas ay hindi ma-reabsorb sa materyal. Kaya sigurado na ang recombination ng electron-hole ay nangyayari sa ibabaw.

Ang figure sa itaas ay nagpapakita ng dalawang iba't ibang paraan ng istraktura ng LED p-n junction. Ang p-type layer ay gawin na manipis at ito ay lumago sa n-type substrate. Ang metal electrodes na nakalagay sa anumang bahagi ng p-n junction ay naglilingkod bilang nodes para sa panlabas na electrical connection. Ang Light emitting diode p-n junction ay nakasara sa isang dome-shaped transparent case upang ang liwanag ay inilalabas nang pantay sa lahat ng direksyon at minimum internal reflection ang mangyari.

Ang mas malaking leg ng LED ay kinakatawan ang positive electrode o anode.

May mga LED din na may higit sa 2 legs tulad ng 3, 4, at 6 pin configurations upang makamit ang multi-colors sa parehong LED package. Ang surface mounted LED displays ay available na maaaring ilagay sa PCBs.

Ang mga LED ay karaniwang nangangailangan ng current ng ilang tens ng milliamps at kailangan ng mataas na resistance sa series dahil sa kanilang mas mataas na forward voltage drop ng 1.5 hanggang 3.5 volts, kumpara sa ordinaryong diodes.

White Light LEDs o White LED Lamps

Ang mga LED lamps, bulbs, at street lighting ay naging napakapopular ngayon dahil sa napakataas na epektibidad ng LEDs sa termino ng light output per unit input power (sa milliWatts), kumpara sa mga incandescent bulbs. Kaya para sa general purpose lightings, ang white light ang pinili. Upang makapagproduce ng white light sa tulong ng LEDs, ang dalawang paraan ang ginagamit:

Mixing ng tatlong primary colors RGB upang makapagproduce ng white light. Ang paraang ito ay may mataas na quantum efficiency.

Ang ibang paraan ay ang coating ng isang LED ng isang kulay na may phosphor ng ibang kulay upang makapagproduce ng white light. Ang paraang ito ay komersyal na popular upang makagawa ng LED bulbs at lightings.

Mga Application ng LEDs

Electronic displays tulad ng OLEDs, micro-LEDs, quantum dots, etc.

• Bilang isang LED indicator.

• Sa remote controls.

• Lightings.

• Opto-isolators.