LED'in aydınlatma prensibi

TümŞarj edilebilir çalışma lambası, taşınabilir kamp lambasıVeçok fonksiyonlu farLED ampul tipini kullanın. Diyot LED'in 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. Silikon (Si) ve germanyum (Ge), modern elektronikte en yaygın kullanılan yarı iletkenlerdir ve dış elektronları dört tanedir. Silikon veya germanyum atomları bir kristal oluşturduğunda, komşu atomlar birbirleriyle etkileşime girer, böylece dış elektronlar iki atom arasında paylaşılır ve kristalde kovalent bağ yapısı oluşur; bu, az kısıtlama yeteneğine sahip moleküler bir yapıdır. Oda sıcaklığında (300K), termal uyarım, bazı dış elektronların kovalent bağdan kopup serbest elektronlar haline gelmesi için yeterli enerjiyi elde etmesini sağlar; bu işleme içsel uyarım denir. Elektron bağından koparak serbest bir elektron haline geldiğinde, kovalent bağda bir boşluk oluşur. Bu boşluğa delik denir. Bir deliğin varlığı, yarı iletkeni iletkenden ayıran önemli bir özelliktir.

Fosfor gibi az miktarda beş değerlikli bir safsızlık, saf yarı iletkene eklendiğinde, diğer yarı iletken atomlarıyla kovalent bağ oluşturduktan sonra fazladan bir elektrona sahip olur. Bu fazladan elektronun bağdan kurtulması ve serbest bir elektron haline gelmesi için çok az enerjiye ihtiyaç duyar. Bu tür safsızlık yarı iletkenine elektronik yarı iletken (N tipi yarı iletken) denir. Bununla birlikte, saf yarı iletkene az miktarda üç değerlikli element safsızlığı (bor vb.) eklendiğinde, dış katmanda yalnızca üç elektrona sahip olduğu için, çevredeki yarı iletken atomlarıyla kovalent bağ oluşturduktan sonra kristalde bir boşluk oluşur. Bu tür safsızlık yarı iletkenine delik yarı iletkeni (P tipi yarı iletken) denir. N tipi ve P tipi yarı iletkenler birleştirildiğinde, birleşim yerlerinde serbest elektron ve delik konsantrasyonlarında bir fark vardır. Hem elektronlar hem de delikler daha düşük konsantrasyona doğru yayılır ve geride yüklü ancak hareketsiz iyonlar bırakarak N tipi ve P tipi bölgelerin orijinal elektriksel nötrlüğünü bozarlar. Bu hareketsiz yüklü parçacıklara genellikle uzay yükleri denir ve bunlar N ve P bölgelerinin arayüzüne yakın bir yerde yoğunlaşarak PN eklemi olarak bilinen çok ince bir uzay yükü bölgesi oluştururlar.

PN ekleminin her iki ucuna da ileri yönlü bir gerilim uygulandığında (P tipi eklemin bir tarafına pozitif gerilim), delikler ve serbest elektronlar birbirlerinin etrafında hareket ederek içsel bir elektrik alanı oluştururlar. Yeni enjekte edilen delikler daha sonra serbest elektronlarla birleşerek bazen fotonlar şeklinde fazla enerji açığa çıkarırlar; bu da LED'ler tarafından yayılan ışıktır. Bu spektrum nispeten dardır ve her malzemenin farklı bir bant aralığına sahip olması nedeniyle yayılan fotonların dalga boyları farklıdır, bu nedenle LED'lerin renkleri kullanılan temel malzemeler tarafından belirlenir.