LED gaismas princips

Visiuzlādējama darba lampa, pārnēsājams kempinga apgaismojumsundaudzfunkcionāls lukturisIzmantojiet LED spuldzes tipu. Lai izprastu diodes LED principu, vispirms ir jāsaprot pusvadītāju pamatzināšanas. Pusvadītāju materiālu vadītspējas īpašības ir starp vadītājiem un izolatoriem. Tā unikālās iezīmes ir šādas: kad pusvadītāju stimulē ārēja gaisma un karstums, tā vadītspēja ievērojami mainās; pievienojot nelielu daudzumu piemaisījumu tīram pusvadītājam, tā spēja vadīt elektrību ievērojami palielinās. Silīcijs (Si) un germānijs (Ge) ir visbiežāk izmantotie pusvadītāji mūsdienu elektronikā, un to ārējie elektroni ir četri. Kad silīcija vai germānija atomi veido kristālu, blakus esošie atomi mijiedarbojas viens ar otru, tāpēc ārējie elektroni kļūst kopīgi ar abiem atomiem, kas veido kovalentās saites struktūru kristālā, kas ir molekulārā struktūra ar nelielu ierobežojuma spēju. Istabas temperatūrā (300 K) termiskā ierosme liks dažiem ārējiem elektroniem iegūt pietiekami daudz enerģijas, lai atdalītos no kovalentās saites un kļūtu par brīviem elektroniem, šo procesu sauc par iekšējo ierosmi. Pēc tam, kad elektrons ir atbrīvots un kļūst par brīvu elektronu, kovalentajā saitē paliek vakance. Šo vakanci sauc par caurumu. Cauruma izskats ir svarīga īpašība, kas atšķir pusvadītāju no vadītāja.

Kad iekšējam pusvadītājam pievieno nelielu daudzumu piecvērtīga piemaisījuma, piemēram, fosfora, tam pēc kovalentās saites izveidošanas ar citiem pusvadītāja atomiem būs papildu elektrons. Šim papildu elektronam ir nepieciešama tikai ļoti maza enerģija, lai atbrīvotos no saites un kļūtu par brīvu elektronu. Šāda veida piemaisījumu pusvadītāju sauc par elektronisko pusvadītāju (N tipa pusvadītāju). Tomēr, pievienojot iekšējam pusvadītājam nelielu daudzumu trīsvērtīgu elementu piemaisījumu (piemēram, bora utt.), jo tā ārējā slānī ir tikai trīs elektroni, pēc kovalentās saites izveidošanas ar apkārtējiem pusvadītāja atomiem tas kristālā radīs vakanci. Šāda veida piemaisījumu pusvadītāju sauc par caurumu pusvadītāju (P tipa pusvadītāju). Apvienojot N un P tipa pusvadītājus, brīvo elektronu un caurumu koncentrācijā to savienojumos ir atšķirība. Gan elektroni, gan caurumi difundējas uz zemāku koncentrāciju, atstājot lādētus, bet nekustīgus jonus, kas iznīcina N un P tipa reģionu sākotnējo elektrisko neitralitāti. Šīs nekustīgās lādētās daļiņas bieži sauc par telpas lādiņiem, un tās koncentrējas N un P reģionu saskarnē, veidojot ļoti plānu telpas lādiņa reģionu, kas pazīstams kā PN pāreja.

Kad PN pārejas abiem galiem tiek pielikts tiešais spriegums (pozitīvs spriegums vienā P tipa pusē), caurumi un brīvie elektroni pārvietojas viens ap otru, radot iekšēju elektrisko lauku. Jaunie ievadītie caurumi pēc tam rekombinējas ar brīvajiem elektroniem, dažreiz atbrīvojot lieko enerģiju fotonu veidā, kas ir gaisma, ko mēs redzam, izstarojot gaismas diodes. Šāds spektrs ir relatīvi šaurs, un, tā kā katram materiālam ir atšķirīga joslas atstarpe, izstaroto fotonu viļņu garumi ir atšķirīgi, tāpēc gaismas diožu krāsas nosaka izmantotie pamatmateriāli.