Kā Darbojas LED?

Kā darbojas LED?

LED definīcija

LED (gaismu izstarojošs dīodis) ir definēts kā poluprovadītāja ierīce, kas izstaro gaismu, kad to elektriski uztaisa procesā, ko sauc par elektroluminiscenci.

Kā darbojas LED

Līdzīgi kā parastam dīodam, LED dīodis darbojas, kad tas ir priekšvirzīts. Šajā gadījumā n-tipa poluprovadītājs ir biežāk dopēts nekā p-tipa, veidojot p-n savienojumu. Kad tas ir priekšvirzīts, potenciālais barjers samazinās, un elektroni un trauki savienojas atkrituma slānī (vai aktīvā slānī), izstarojot gaismu vai fotonus visos virzienos. Tipisks zīmējums, kas rāda gaismas izstarošanu, jo elektronu-trauku pāri savienojas priekšvirzīšanas laikā.

Fotonu izstarošana LED var tikt izskaidrota ar peļņu teoriju solidiem, kas norāda, ka gaismas izstarošana atkarīga no materiāla peļņas, vai tā ir tieša vai netieša. Tie poluprovadītāju materiāli, kuriem ir tieša peļņa, ir tie, kas izstaro fotonus. Tiešā peļņas materiālā energijas līmeņa apakšdaļa kondukcijas joslā atrodas tieši virs augstākā energijas līmeņa valentijas joslā enerģijas pret impulsa (vilkna 'k') diagrammā.

Kad elektroni un trauki savienojas, enerģija E = hν, kas atbilst enerģijas peļņai △ (eV), izbēg no formā gaismas enerģijas vai fotonu, kur h ir Planka konstante, un ν ir gaismas frekvence.

Tieša peļņa

Netiešas peļņas materiāli nav radiatīvi, jo viņu kondukcijas joslas apakšdaļa neatbilst valentijas joslas augšdaļai, pārveidojot lielāko daļu enerģijas siltumu. Piemēram, Si, Ge utt.

Netieša peļņa

Piemērs materiālam, kuram ir tieša peļņa, ir Gāls arsenīds (GaAs), kompounedīgais poluprovadītājs, kas tiek izmantots LED. Dopelementi tiek pievienoti GaAs, lai sniegtu plašu krāsu diapazonu. Daži no materiāliem, kas tiek izmantoti LED:

• Aluminium gāls arsenīds (AlGaAs) – infrasarkans.

• Gāls arsenids fosfīds (GaAsP) – sarkans, oranžs, dzeltens.

• Aluminium gāls fosfīds (AlGaP) – zaļš.

• Indium gāls nitrids (InGaN) – zils, zilzaļš, tuvu UV.

• Cinks selenīds (ZnSe) – zils.

LED fiziķa struktūra

LED ir strukturēts tā, lai izstaroto gaismu neatkal absorbētu materiāls. Tāpēc tiek nodrošināts, ka elektronu-trauku savienošanās notiek virsū.

Apakšā esošais zīmējums parāda divus dažādus veidus, kā strukturēt LED p-n savienojumu. P-tipa slānis ir izgatavots ļoti smalks un uztverties uz n-tipa substrāta. Metāla elektrodi, kas piesaistīti abām p-n savienojuma pusēm, kalpo kā mezgli ārējam elektriskajam savienojumam. LED p-n savienojums ir ievietots spēcīgā, caurumā transparantā korpusā, lai gaismu izstarotu vienmērīgi visos virzienos un notiktu mazākā internā atspoguļojuma.

Lielākais LED nogale pārstāv pozitīvo elektrodu vai anodu.

Ir pieejamas arī LED ar vairāk nekā divām nogalēm, piemēram, 3, 4 un 6 kontaktu konfigurācijas, lai iegūtu vairākas krāsas vienā LED pakotnē. Pieejami arī virsmas montējamie LED displeji, kas var tikt montēti uz PCB.

LED tipiski prasa strāvu dažas desmitaines milliampierus un nepieciešama augsta pretestība seriālā savienojumā, tāpēc ka to priekšvirzījuma spriegums ir 1,5 līdz 3,5 voltu salīdzinājumā ar parastiem dīodiem.

Balts gaiss LED vai balts LED lampas

LED lampas, spuldzes, ielas apgaismojums kļūst arvien populārāks šodien, tāpēc ka LED ir ļoti efektīvs attiecībā uz gaismas iznākumu vienībai ieplūsto enerģijas (milliwatts), salīdzinājumā ar incandescent spuldzēm. Tāpēc vispārējam apgaismojumam tiek dēvēts balts gaiss. Lai izveidotu balts gaiss ar LED palīdzību, tiek izmantotas divas metodes :

Trīs primāro krāsu RGB miegšana, lai izveidotu balts gaiss. Šī metode ir ar augstu kvantu efektivitāti.

Otra metode ir apklāt vienu krāsas LED ar citās krāsas fosforu, lai izveidotu balts gaiss. Šī metode ir komerciāli populāra, lai ražotu LED spuldzes un apgaismojumu.

LED pielietojumi

Elektroniski displeji, piemēram, OLED, mikro-LED, kvantu punkti utt.

• Kā LED indikators.

• Attālinātos pultes pārvaldēs.

• Apgaismojumā.

• Optoizolatoros.