Kako deluje LED?
Kako deluje LED?
Definicija LED-a
LED (Light Emitting Diode) je definiran kot polprevodniški element, ki emitira svetlobo, ko je električno napet preko procesa, ki se imenuje elektroluminiscenca.
Kako deluje LED
Tako kot običajni diod, LED diod deluje, ko je napeten v smeri. V tem primeru je n-tip polprevodnik močno dopiran več kot p-tip, kar tvori p-n prehod. Ko je napeten v smeri, se potencialni barijer zmanjša in elektroni ter luknje se združijo v izčrpanem sloju (ali aktivnem sloju), pri čemer se emitirajo ali radiirajo fotoni v vse smeri. Tipična shema spodaj prikazuje emisijo svetlobe zaradi združevanja parov elektron-luknja pri napajanju v smeri.
Emisija fotonov v LED-u je razumljiva z teorijo energijskih pasov trdne snovi, ki določa, da odvisnost emisije svetlobe od materiala je direktna ali ne. Ti polprevodniški materiali, ki imajo direkten energijski pas, so tisti, ki emitirajo fotone. V materialu z direktnim energijskim pasom leži dno energetskega nivoja vodilnega pasu neposredno nad vrhnim energetskim nivom valentnega pasu na diagramu Energijski nivo vs. Impuls (valovni vektor 'k').
Ko se elektroni in luknje združita, se energija E = hν, ki ustreza energijskemu koraku △ (eV), izgubi v obliki svetlobne energije ali fotonov, kjer je h Planckova konstanta in ν frekvenca svetlobe.
Direkten energijski pas
Materiali z ne-direktnim energijskim pasom niso radiativni, ker dno njihovega vodilnega pasu ne prilega vrhu valentnega pasu, pretvarjajo večino energije v toploto. Primeri so Si, Ge itd.
Ne-direkten energijski pas
Primer materiala, ki ima direkten energijski pas, je galij arsenid (GaAs), kompozitni polprevodnik, ki se uporablja v LED-ih. Dopljene atome dodajo GaAs, da se doseže širok spekter barv. Nekateri materiali, ki se uporabljajo v LED-ih, so:
Aluminij galij arsenid (AlGaAs) – infračrvena.
Galij arsenid fosfid (GaAsP) – rdeča, oranžna, rumena.
Aluminij galij fosfid (AlGaP) – zelena.
Indij galij nitrid (InGaN) – modra, modro-zelena, blizu UV.
Cink selenid (ZnSe) – modra.
Fizična struktura LED-a
LED je strukturiran tako, da svetloba, ki jo emitira, ne absorbuje nazaj v material. Tako se zagotovi, da združevanje elektron-luknja poteka na površini.
Slika zgoraj prikazuje dva različna načina strukturiranja LED p-n prehoda. P-tip sloj je nareden tank in je odtisnjen na n-tip substratu. Metalne elektrode, prikrajšane na obeh straneh p-n prehoda, služijo kot vozlišča za zunanjo električno povezavo. Svetlobno emitirajoči diod p-n prehod je zaključen v prozoren, kupolasto oblikovan korpus, tako da se svetloba enakomerno emitira v vse smeri in dosegne najmanjšo notranjo refleksijo.
Večji pin LED-a predstavlja pozitivni elektrod ali anod.
Na voljo so tudi LED-i z več kot dvema pinoma, kot so 3, 4 in 6-pin konfiguracije, da se doseže več barv v istem LED paketu. Na voljo so tudi površinsko montirani LED displeji, ki jih lahko montirate na PCB-je.
LED-ji tipično zahtevajo tok nekaj desetin miliamper in potrebujejo visok upor v seriji zaradi višjega napada v smeri od 1,5 do 3,5 volt, v primerjavi z običajnimi diodami.
Beli svetlobni LED-ji ali beli LED lustrini
LED lustrini, žarke, ulično osvetlitev postajajo zelo priljubljeni danes zaradi zelo visoke učinkovitosti LED-jev v smislu svetlobe na enoto vhodne moči (v miliWattih), v primerjavi z incandescenčnimi žarkami. Za splošno svetlobo se preferira bela svetoba. Za proizvodnjo bele svetlobe s pomočjo LED-jev se uporabljata dva metoda:
Mešanje treh osnovnih barv RGB za proizvodnjo bele svetlobe. Ta metoda ima visoko kvantno učinkovitost.
Druga metoda je prekritje LED-a ene barve s fosforom druge barve, da se proizvede bela svetoba. Ta metoda je komercialno priljubljena za izdelavo LED žark in osvetlitve.
Uporaba LED-jev
Elektronski displeji, kot so OLED, mikro-LED, kvantni točki itd.
Kot LED kazalo.
V oddaljenih krmilnikih.
Osvetlitev.
Opto-izolatorji.
