Hur fungerar en LED?

Hur fungerar en LED?

LED-definition

En LED, eller Light Emitting Diode, definieras som en halvledarskiva som ger av ljus när den elektriskt energiseras genom en process kallad elektroluminiscens.

Hur en LED fungerar

På samma sätt som en vanlig diod, fungerar LED-dioden när den är framåtpolerad. I detta fall är n-typ halvledaren starkare dopad än p-typen, vilket bildar p-n-förbindelsen. När den är framåtpolerad minskar potentialbarriären och elektroner och hål kombineras i uttöndningslagret (eller aktivt lager), ljus eller fotoner ges av eller strålar i alla riktningar. En typisk figur nedan visar ljusavgiften på grund av elektron-hål par kombination vid framåtpolering.

Utgiften av fotoner i en LED förklaras av energibandteorin för fasta material, vilken dikterar att ljusutgivning beror på att materialets bandgap är direkt eller indirekt. De halvledarmaterial som har en direkt bandgap är de som ger av fotoner. I ett material med direkt bandgap ligger botten av energinivån i konduktionsbandet direkt ovanför den översta energinivån i valensbandet på energi mot impuls (böljevektor 'k') diagrammet.

När elektroner och hål återförenas, flyr energi E = hν motsvarande energigapet △ (eV) i form av ljusenergi eller fotoner där h är Plancks konstant och ν är frekvensen av ljuset.

Direkt bandgap

Material med indirekt bandgap är icke-radiativa, eftersom botten av konduktionsbandet inte stämmer överens med toppen av valensbandet, vilket omvandlar mesta delen av energin till värme. Exempel är Si, Ge etc.

Indirekt bandgap

Ett exempel på material som har en direkt bandgap är gallium arsenid (GaAs), en komposit halvledare som används i LED. Dopantatomer tillsätts GaAs för att ge en bred spektrum av färger. Några av materialen som används i LED är:

• Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs) – infrarött.

• Galliumarsenidfosfid (GaAsP) – röd, orange, gul.

• Aluminiumgalliumfosfid (AlGaP) – grön.

• Indiumgalliumnitrid (InGaN) – blå, blågrön, nära UV.

• Zinkselenid (ZnSe) – blå.

Fysisk struktur av LED

LED är strukturerad så att det givna ljuset inte absorberas igen av materialet. Det säkerställs att elektron-hål recombination sker på ytan.

Ovanstående figur visar de två olika sätten att strukturera LED p-n-förbindelse. P-typ lagret är gjort tunnt och växer på n-typ substrat. Metallkontakter monterade på båda sidor av p-n-förbindelsen fungerar som noder för extern elektrisk anslutning. LED p-n-förbindelsen är inhägnad i en kupolformad transparent behållare så att ljus ges av jämnt i alla riktningar och minimal intern reflektion inträffar.

Den större benen av LED representerar den positiva kontakten eller anoden.

LED med fler än 2 ben finns också tillgängliga, som 3, 4 och 6-pin konfigurationer för att erhålla flera färger i samma LED-paket. Ytmonterade LED-displayar finns tillgängliga som kan monteras på PCB:er.

LED:er kräver normalt en ström på några tiotal milliampere och behöver hög resistans i serie på grund av deras högre framåtspänningsfall på 1,5 till 3,5 volt, jämfört med vanliga dioder.

Vita ljus LED:er eller vita LED-lampor

LED-lampor, glödlamper, gatubelysning blir allt populärare dessa dagar på grund av LED:ers mycket höga effektivitet i termer av ljusutgång per inmatad effekt (i milliwatt), jämfört med glödlamper. För allmänna ljusuppgifter föredras vitt ljus. För att producera vitt ljus med hjälp av LED:er används två metoder:

Blandning av tre primära färger RGB för att producera vitt ljus. Denna metod har hög kvanteffektivitet.

Den andra metoden är att täcka en LED av en färg med fosfor av en annan färg för att producera vitt ljus. Denna metod är kommersiellt populär för att tillverka LED-lampor och belysning.

Användningsområden för LED

Elektroniska displayenheter som OLED, mikro-LED, kvantdots etc.

• Som LED-indikator.

• I fjärrkontroller.

• Belysning.

• Opto-isolatorer.