LED-ljusprincipen

Alladen uppladdningsbara arbetslampan, bärbar campinglampaochmultifunktionell strålkastareAnvänd LED-lamptypen. För att förstå principen för LED-dioder är det viktigt att först förstå grundläggande kunskaper om halvledare. De ledande egenskaperna hos halvledarmaterial ligger mellan ledare och isolatorer. Dess unika egenskaper är: när halvledaren stimuleras av externa ljus- och värmeförhållanden förändras dess ledande förmåga avsevärt; att tillsätta små mängder föroreningar till en ren halvledare ökar dess förmåga att leda elektricitet avsevärt. Kisel (Si) och germanium (Ge) är de vanligaste halvledarna i modern elektronik, och deras yttre elektroner är fyra. När kisel- eller germaniumatomer bildar en kristall interagerar angränsande atomer med varandra, så att de yttre elektronerna delas av de två atomerna, vilket bildar den kovalenta bindningsstrukturen i kristallen, vilket är en molekylstruktur med liten begränsningsförmåga. Vid rumstemperatur (300 K) kommer termisk excitation att göra att vissa yttre elektroner får tillräckligt med energi för att bryta sig loss från den kovalenta bindningen och bli fria elektroner, denna process kallas intrinsisk excitation. Efter att elektronen har frigjorts för att bli en fri elektron, lämnas en tomrum i den kovalenta bindningen. Denna tomrum kallas ett hål. Utseendet på ett hål är en viktig egenskap som skiljer en halvledare från en ledare.

När en liten mängd femvärda föroreningar, såsom fosfor, tillsätts till den inre halvledaren, kommer den att få en extra elektron efter att ha bildat en kovalent bindning med andra halvledaratomer. Denna extra elektron behöver bara mycket liten energi för att bli av med bindningen och bli en fri elektron. Denna typ av föroreningshalvledare kallas elektronisk halvledare (N-typ halvledare). Men om man tillsätter en liten mängd trevärda elementära föroreningar (såsom bor, etc.) till den inre halvledaren, eftersom den bara har tre elektroner i det yttre lagret, kommer det efter att ha bildat en kovalent bindning med de omgivande halvledaratomerna att skapa en tomhet i kristallen. Denna typ av föroreningshalvledare kallas hålhalvledare (P-typ halvledare). När N-typ och P-typ halvledare kombineras, finns det en skillnad i koncentrationen av fria elektroner och hål vid deras övergångspunkter. Både elektroner och hål diffunderas mot den lägre koncentrationen, vilket lämnar efter sig laddade men orörliga joner som förstör den ursprungliga elektriska neutraliteten hos N-typ och P-typ regionerna. Dessa orörliga laddade partiklar kallas ofta rymdladdningar, och de är koncentrerade nära gränssnittet mellan N- och P-regionerna för att bilda ett mycket tunt område med rymdladdning, vilket kallas PN-övergången.

När en framåtriktad förspänning appliceras på båda ändar av PN-övergången (positiv spänning på ena sidan av P-typen), rör sig hålen och de fria elektronerna runt varandra, vilket skapar ett internt elektriskt fält. De nyligen injicerade hålen rekombineras sedan med de fria elektronerna, och frigör ibland överskottsenergi i form av fotoner, vilket är det ljus vi ser som emitteras av lysdioder. Ett sådant spektrum är relativt smalt, och eftersom varje material har ett annat bandgap, är våglängderna för de emitterade fotonerna olika, så färgerna på lysdioderna bestäms av de grundläggande material som används.