วิธีการทำงานของ LED

หลอด LED ทำงานอย่างไร?

คำนิยามของ LED

LED หรือ Diode ที่ส่องสว่างเป็นอุปกรณ์กึ่งตัวนำที่ปล่อยแสงเมื่อถูกกระตุ้นด้วยไฟฟ้าผ่านกระบวนการที่เรียกว่า electroluminescence.

การทำงานของ LED

เช่นเดียวกับไดโอดปกติ ไดโอด LED ทำงานเมื่อถูกทำให้มีการลำเลียงในทางเดียว ในกรณีนี้สารกึ่งตัวนำประเภท n ถูกผสมมากกว่าประเภท p ในการสร้างจุดต่อ p-n เมื่อถูกทำให้มีการลำเลียงในทางเดียว กำแพงศักย์จะลดลงและอิเล็กตรอนกับหลุมจะรวมกันที่ชั้นขาดแคลน (หรือชั้นที่มีปฏิกิริยา) แสงหรือโฟตอนจะถูกปล่อยออกมาในทุกทิศทาง รูปภาพตัวอย่างแสดงการปล่อยแสงเนื่องจากการรวมตัวของคู่อิเล็กตรอน-หลุมเมื่อมีการลำเลียงในทางเดียว.

การปล่อยโฟตอนใน LED สามารถอธิบายโดยทฤษฎีวงจรพลังงานของของแข็ง ซึ่งระบุว่าการปล่อยแสงขึ้นอยู่กับว่าช่องว่างระหว่างวงจรของวัสดุเป็นแบบตรงหรือไม่ตรง วัสดุกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างระหว่างวงจรแบบตรงคือวัสดุที่ปล่อยโฟตอน ในวัสดุที่มีช่องว่างระหว่างวงจรแบบตรง ระดับพลังงานที่ต่ำที่สุดของวงจรนำจะอยู่ตรงเหนือระดับพลังงานสูงสุดของวงจรวาเลนซ์ในแผนภาพพลังงานเทียบกับโมเมนตัม (เวกเตอร์ 'k').

เมื่ออิเล็กตรอนและหลุมรวมกัน พลังงาน E = hν ที่สอดคล้องกับช่องว่างระหว่างวงจร △ (eV) จะหลุดออกไปในรูปแบบของพลังงานแสงหรือโฟตอน โดยที่ h คือค่าคงที่ของ Planck และ ν คือความถี่ของแสง.

ช่องว่างระหว่างวงจรแบบตรง

วัสดุที่มีช่องว่างระหว่างวงจรแบบไม่ตรงไม่ปล่อยแสง เนื่องจากฐานวงจรนำไม่สอดคล้องกับฐานวงจรวาเลนซ์ ทำให้เปลี่ยนแปลงพลังงานส่วนใหญ่เป็นความร้อน ตัวอย่างเช่น Si, Ge ฯลฯ.

ช่องว่างระหว่างวงจรแบบไม่ตรง

ตัวอย่างวัสดุที่มีช่องว่างระหว่างวงจรแบบตรงคือ Gallium Arsenide (GaAs) ซึ่งเป็นกึ่งตัวนำที่ใช้ใน LED อะตอมที่เพิ่มเข้าไปใน GaAs เพื่อให้ได้สีหลากหลาย บางวัสดุที่ใช้ใน LED ได้แก่:

• Aluminium Gallium Arsenide (AlGaAs) – อินฟราเรด.

• Gallium Arsenic Phosphide (GaAsP) – สีแดง, ส้ม, เหลือง.

• Aluminium Gallium Phosphide (AlGaP) – สีเขียว.

• Indium gallium nitride (InGaN) – สีฟ้า, ฟ้าเขียว, ใกล้ UV.

• Zinc Selenide (ZnSe) – สีฟ้า.

โครงสร้างทางกายภาพของ LED

LED มีโครงสร้างเพื่อให้แสงที่ปล่อยออกมายังไม่ถูกดูดกลับเข้าสู่วัสดุ ดังนั้นจึงมั่นใจได้ว่าการรวมตัวของอิเล็กตรอนและหลุมเกิดขึ้นบนพื้นผิว.

รูปภาพข้างต้นแสดงวิธีการสร้างจุดต่อ p-n ของ LED สองแบบ ชั้น p-type ถูกทำให้บางและเติบโตบนชั้น n-type ที่เป็นฐาน ขั้วไฟฟ้าที่ติดตั้งทั้งสองด้านของจุดต่อ p-n ทำหน้าที่เป็นโหนดสำหรับการเชื่อมต่อไฟฟ้าภายนอก จุดต่อ p-n ของ diode ที่ส่องสว่างถูกหุ้มด้วยเคสโปร่งใสทรงโดมเพื่อให้แสงกระจายอย่างสม่ำเสมอในทุกทิศทางและมีการสะท้อนภายในน้อยที่สุด.

ขาที่ยาวกว่าของ LED แทนที่ขั้วบวกหรือ anode.

LED ที่มีมากกว่า 2 ขา เช่น 3, 4 และ 6 ขา ยังมีจำหน่ายเพื่อให้ได้หลายสีในแพ็คเกจเดียวกัน จอแสดงผล LED ที่ติดตั้งบน PCBs ยังมีจำหน่าย.

LED จำเป็นต้องใช้กระแสไฟฟ้าประมาณไม่กี่สิบมิลลิแอมแปร์และต้องใช้ตัวต้านทานสูงในวงจรอนุกรมเนื่องจากแรงดันตกคร่อมที่สูงขึ้น 1.5 ถึง 3.5 โวลต์ มากกว่าไดโอดปกติ.

หลอด LED แสงขาว หรือ หลอดไฟ LED แสงขาว

หลอดไฟ LED, หลอดไฟ, ไฟถนนกำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นในปัจจุบันเนื่องจากประสิทธิภาพสูงของ LED ในแง่ของปริมาณแสงต่อพลังงานขาเข้า (ในมิลลิวัตต์) เมื่อเทียบกับหลอดไฟชนิดอื่น ๆ ดังนั้นสำหรับการใช้งานทั่วไป แสงขาวเป็นที่นิยม ในการสร้างแสงขาวด้วย LED มีสองวิธี:

การผสมสีหลัก RGB เพื่อสร้างแสงขาว วิธีนี้มีประสิทธิภาพควอนตัมสูง.

วิธีอื่นคือการเคลือบ LED หนึ่งสีด้วยฟอสฟอรัสสีอื่นเพื่อสร้างแสงขาว วิธีนี้เป็นที่นิยมในการผลิตหลอดไฟ LED และแสงสว่าง.

การประยุกต์ใช้ LED

จอแสดงผลอิเล็กทรอนิกส์ เช่น OLED, micro-LED, ควอนตัมดอท ฯลฯ.

• เป็นตัวบ่งชี้ LED.

• ในรีโมทคอนโทรล.

• แสงสว่าง.

• อ๊อปโต-ไอโซเลเตอร์.