LED'in aydınlatma prensibi

TümŞarj edilebilir çalışma ışığı, taşınabilir kamp lambasıVeçok işlevli farLED ampul tipini kullanın. Diyot LED'in çalışma prensibini anlamak için öncelikle yarı iletkenlerin temel bilgilerini anlamak gerekir. Yarı iletken malzemelerin iletkenlik özellikleri iletkenler ve yalıtkanlar arasındadır. Benzersiz özellikleri şunlardır: Yarı iletken, dış ışık ve ısı koşullarıyla uyarıldığında iletkenlik yeteneği önemli ölçüde değişir; Saf bir yarı iletkene az miktarda safsızlık eklemek, elektrik iletme yeteneğini önemli ölçüde artırır. Silisyum (Si) ve germanyum (Ge), modern elektronikte en yaygın kullanılan yarı iletkenlerdir ve dış elektronları dörttür. Silisyum veya germanyum atomları bir kristal oluşturduğunda, komşu atomlar birbirleriyle etkileşime girer, böylece dış elektronlar iki atom tarafından paylaşılır ve kristalde, çok az kısıtlama kabiliyetine sahip moleküler bir yapı olan kovalent bağ yapısını oluşturur. Oda sıcaklığında (300K), termal uyarılma bazı dış elektronların kovalent bağdan kopup serbest elektron haline gelmek için yeterli enerji almasını sağlar; bu işleme içsel uyarılma denir. Elektron serbest elektrona dönüşmek üzere serbest kaldıktan sonra, kovalent bağda bir boşluk kalır. Bu boşluğa delik denir. Delik görünümü, bir yarı iletkeni bir iletkenden ayıran önemli bir özelliktir.

Fosfor gibi az miktarda beş değerlikli safsızlık, öz yarı iletkene eklendiğinde, diğer yarı iletken atomlarıyla kovalent bağ oluşturduktan sonra fazladan bir elektrona sahip olur. Bu fazladan elektron, bağdan kurtulmak ve serbest elektron haline gelmek için çok küçük bir enerjiye ihtiyaç duyar. Bu tür safsızlık yarı iletkenlerine elektronik yarı iletken (N tipi yarı iletken) denir. Ancak, dış katmanında yalnızca üç elektronu bulunan öz yarı iletkene az miktarda üç değerlikli elementsel safsızlık (bor vb.) eklendiğinde, çevresindeki yarı iletken atomlarıyla kovalent bağ oluşturduktan sonra kristalde bir boşluk oluşur. Bu tür safsızlık yarı iletkenlerine delikli yarı iletken (P tipi yarı iletken) denir. N tipi ve P tipi yarı iletkenler birleştirildiğinde, bağlantı noktalarındaki serbest elektron ve delik konsantrasyonlarında bir fark oluşur. Hem elektronlar hem de boşluklar daha düşük konsantrasyona doğru dağılır ve geride, N tipi ve P tipi bölgelerin orijinal elektriksel nötrlüğünü bozan yüklü ancak hareketsiz iyonlar bırakır. Bu hareketsiz yüklü parçacıklara genellikle uzay yükleri denir ve N ve P bölgelerinin ara yüzeyinin yakınında yoğunlaşarak PN bağlantısı olarak bilinen çok ince bir uzay yükü bölgesi oluştururlar.

PN bağlantısının her iki ucuna ileri besleme gerilimi (P tipi bağlantının bir tarafına pozitif gerilim) uygulandığında, delikler ve serbest elektronlar birbirlerinin etrafında hareket ederek bir iç elektrik alanı oluşturur. Yeni enjekte edilen delikler daha sonra serbest elektronlarla birleşerek bazen fotonlar şeklinde fazla enerji açığa çıkarır; bu da LED'lerin yaydığı ışıktır. Böyle bir spektrum nispeten dardır ve her malzemenin farklı bir bant aralığı olduğundan, yayılan fotonların dalga boyları farklıdır, bu nedenle LED'lerin renkleri kullanılan temel malzemeler tarafından belirlenir.