Как функционира LED?

Как работат LED?

Дефиниција на LED

LED или светлоизлителен диод е дефиниран како полупроводник кој излажува светлина кога е електрично енергиран преку процес наречен електролуминисценција.

Како работи LED

Како и обичниот диод, LED диодот работи кога е претоварен. Во овој случај, n-тип полупроводник е тешко доситуран по споредба со p-тип, формирајќи ја p-n јункцијата. Кога е претоварен, потенцијалната бариера се намалува и електроните и отворите се комбинираат во слојот на исцеднување (или активен слој), светлината или фотоните се излажуваат или радираат во сите насоки. Типична фигура покажува светлинско излажување поради комбинирање на парови електрон-отвор при претоварување.

Излажувањето на фотони во LED е објаснето со теоријата за енергетски појасови на тврдите материјали, што го диктува дека светлинското излажување зависи од тоа дали материјалот има директен или индиректен појас. Полупроводничките материјали кои имаат директен појас излажуваат фотони. Во материјал со директен појас, дното на енергетскиот ниво на поводен појас се наоѓа директно над најгорниот енергетски ниво на валентен појас на дијаграмата Енергија против Импулс (вектор ‘k’).

Кога електроните и отворите се рекомбинираат, енергијата E = hν соодветна на енергетскиот разлик △ (eV) се испушта во формата на светлинска енергија или фотони, каде h е константата на Планк, а ν е фреквенцијата на светлината.

Директен Појас

Материјалите со индиректен појас не се радиативни, бидејќи дното на поводен појас не се порамнува со врвот на валентен појас, превртувајќи голяма дел од енергијата во топлина. Примери се Si, Ge итн.

Индиректен Појас

Пример на материјал кој има директен појас е Галиум Арсенид (GaAs), композитен полупроводник кој се користи во LED-овите. Добавуваат се атоми на допант во GaAs за да се добие широк опсег на бои. Некои од материјалите користени во LED-овите се:

• Алуминиум Галиум Арсенид (AlGaAs) – инфрачервено.

• Галиум Арсенид Фосфид (GaAsP) – црвено, портокалово, жолто.

• Алуминиум Галиум Фосфид (AlGaP) – зелено.

• Индиум Галиум Нитрид (InGaN) – сино, сино-зелено, блиско УВ.

• Цинк Селенид (ZnSe) – сино.

Физичка Структура на LED

LED е структуриран така што светлината што се излажува не се реабсорбира во материјалот. Така се осигурува дека рекомбинацијата на електрон-отвор се случува на површината.

Горната фигура покажува два различни начини на структурирање на p-n јункцијата на LED. p-типот слој е направен тенок и е раширен врз n-типот подложна. Металните електроди прифастени на секоја страна на p-n јункцијата служат како чворови за екстерна електрична врска. p-n јункцијата на светлоизлителниот диод е заклучена во куполообразен прозрачен корпус, така што светлината се излажува униформно во сите насоки и минимална интерна рефлексија да се случи.

Поголемата нога на LED представува позитивниот електрод или анода.

На располагање се и LED-ови со повеќе од 2 ноги, како на пример 3, 4 и 6 пин конфигурации за да се добијат многубоини светлини во истата LED упаковка. На располагање се и површински монтирани LED екрани кои можат да се монтираат на PCB-ови.

LED-овите типично бараат строј од неколку десетки милиампери и потребни се високи отпори во серија поради нивниот повисок напон на претоварување од 1,5 до 3,5 волти, во споредба со обичните диоди.

Бели LED или Бели LED Лампи

LED лампи, џобчета, улично осветлување стануваат все популарни денес поради многу високата ефикасност на LED-овите во однос на светлинскиот излез по единица влезна моќ (во милливати), во споредба со инканзентните џобчета. Затоа за општа намена, бела светлина е предпочита. За да се произведе бела светлина со помош на LED-ови, се користат две методи:

Мешавање на три основни бои RGB за да се произведе бела светлина. Овој метод има висока квантна ефикасност.

Другиот метод е покривање на LED со една боја со фосфор со друга боја за да се произведе бела светлина. Овој метод е комерцијално популарен за производство на LED џобчета и осветлување.

Примени на LED-ови

Електронски екрани како OLED, микро-LED, квантни точки итн.

• Како LED индикатор.

• Во дистанциони контролери.

• Осветлување.

• Опто-изолатори.