Paano Gumagana ang isang LED?

Paano Gumagana ang LED?

Pangungusap ng LED

Ang LED o Light Emitting Diode ay isang semiconductor na device na lumilipad ng liwanag kapag elektrikal na pinagkakabit sa pamamagitan ng isang proseso na tinatawag na electroluminescence.

Paano Gumagana ang LED

Tulad ng isang karaniwang diode, ang LED diode ay gumagana kapag ito ay forward biased. Sa kasong ito, ang n-type semiconductor ay mas maraming doped kaysa sa p-type na bumubuo ng p-n junction. Kapag ito ay forward biased, ang potential barrier ay nababawasan at ang mga electron at holes ay nag-combine sa depletion layer (o active layer), ang liwanag o photons ay inilalabas o iradiated sa lahat ng direksyon. Isang typical figure blow na nagpapakita ng light emission dahil sa pag-combine ng electron-hole pair sa forward biasing.

Ang paglabas ng photons sa LED ay ipinaliwanag ng energy band theory of solids, na nagtatalaga na ang paglabas ng liwanag ay depende sa material’s band gap na direct o indirect. Ang mga semiconductor materials na may direct band gap ang mga iyon na lumilipad ng photons. Sa isang direct bandgap material, ang ilalim ng energy level ng conduction band ay nasa diretso sa itaas ng pinakamataas na energy level ng valence band sa Energy vs Momentum (wave vector ‘k’) diagram.

Kapag ang electrons at hole ay nag-recombine, ang enerhiya E = hν na tumutugon sa energy gap △ (eV) ay lumalabas sa anyo ng light energy o photons kung saan h ang Planck’s constant at ν ang frequency ng liwanag.

Direct Band Gap

Ang mga materyales na may indirect band gap ay hindi radiative, dahil ang ilalim ng conduction band nito ay hindi naka-align sa itaas ng valence band, na nagko-convert ng karamihan ng enerhiya sa init. Halimbawa nito ay Si, Ge, etc.

Indirect Band Gap

Halimbawa ng materyal na may direct band gap ay ang Gallium Arsenide (GaAs), isang compound semiconductor na ang materyal na ginagamit sa LEDs. Ang dopant atoms ay idinadagdag sa GaAs upang ibigay ang malawak na ranggo ng kulay. Ang ilan sa mga materyal na ginagamit sa LEDs ay:

• Aluminium Gallium Arsenide (AlGaAs) – infrared.

• Gallium Arsenic Phosphide (GaAsP) – red, orange, yellow.

• Aluminium Gallium Phosphide (AlGaP) – green.

• Indium gallium nitride (InGaN) – blue, blue-green, near UV.

• Zinc Selenide (ZnSe) – blue.

Physical Structure ng LED

Ang LED ay struktura sa paraan na ang ililipad na liwanag ay hindi maaaring ma-reabsorb sa materyal. Kaya sigurado na ang recombination ng electron-hole ay nangyayari sa ibabaw.

Ang itaas na figure ay nagpapakita ng dalawang iba't ibang paraan ng pag-struktur ng LED p-n junction. Ang p-type layer ay gawin na maliit at inilapat sa n-type substrate. Ang metal electrodes na nakakabit sa bawat bahagi ng p-n junction ay gumagampan bilang nodes para sa panlabas na electrical connection. Ang Light emitting diode p-n junction ay nakakalat sa dome-shaped transparent case upang ang liwanag ay ililipad nang pantay sa lahat ng direksyon at minimum internal reflection na mangyari.

Ang mas malaking leg ng LED ay kumakatawan sa positive electrode o anode.

Meron ding mga LEDs na may higit sa 2 legs tulad ng 3, 4 at 6 pin configurations upang makamit ang multi-colors sa parehong LED package. Ang surface mounted LED displays ay available na maaaring ilapat sa PCBs.

Ang mga LEDs ay tipikal na nangangailangan ng current ng ilang tens ng milliamps at kailangan ng mataas na resistance sa series dahil sa kanilang mas mataas na forward voltage drop na 1.5 hanggang 3.5 volts, kumpara sa ordinaryong diodes.

White Light LEDs o White LED Lamps

Ang mga LED lamps, bulbs, street lighting ay naging napakapopular ngayon dahil sa napakataas na efficiency ng LEDs sa termino ng light output per unit input power (in milliWatts), kumpara sa mga incandescent bulbs. Kaya para sa general purpose lightings, ang white light ang pinili. Upang makapag-produce ng white light sa tulong ng LEDs, ang dalawang paraan ang ginagamit:

Mixing ng tatlong primary colors RGB upang makapag-produce ng white light. Ang paraan na ito ay may mataas na quantum efficiency.

Ang ibang paraan ay ang coating ng isang LED ng isang kulay na may phosphor ng ibang kulay upang makapag-produce ng white light. Ang paraan na ito ay komersyal na popular upang gawin ang LED bulbs at lightings.

Mga Application ng LEDs

Electronic displays tulad ng OLEDs, micro-LEDs, quantum dots, etc.

• Bilang isang LED indicator.

• Sa remote controls.

• Lightings.

• Opto-isolators.