LED լուսավորության սկզբունքը

Բոլորըլիցքավորվող աշխատանքային լամպ, շարժական ճամբարային լույսևբազմաֆունկցիոնալ լուսարձակՕգտագործեք LED լամպի տեսակը։ Դիոդային LED լամպի սկզբունքը հասկանալու համար նախ պետք է հասկանալ կիսահաղորդիչների մասին հիմնական գիտելիքները։ Կիսահաղորդչային նյութերի հաղորդունակությունը հաղորդիչների և մեկուսիչների միջև է։ Դրա եզակի առանձնահատկություններն են՝ երբ կիսահաղորդիչը խթանվում է արտաքին լույսի և ջերմության պայմաններով, նրա հաղորդունակությունը զգալիորեն փոխվում է։ Մաքուր կիսահաղորդչին փոքր քանակությամբ խառնուրդներ ավելացնելը զգալիորեն մեծացնում է դրա էլեկտրաէներգիա հաղորդելու ունակությունը։ Սիլիցիումը (Si) և գերմանիումը (Ge) ժամանակակից էլեկտրոնիկայում ամենատարածված կիսահաղորդիչներն են, և դրանց արտաքին էլեկտրոնները չորսն են։ Երբ սիլիցիումի կամ գերմանիումի ատոմները ձևավորում են բյուրեղ, հարևան ատոմները փոխազդում են միմյանց հետ, այնպես որ արտաքին էլեկտրոնները կիսվում են երկու ատոմների միջև, ինչը ձևավորում է բյուրեղի կովալենտային կապի կառուցվածքը, որը մոլեկուլային կառուցվածք է՝ փոքր սահմանափակման ունակությամբ։ Սենյակային ջերմաստիճանում (300K) ջերմային գրգռումը որոշ արտաքին էլեկտրոնների կստիպի ստանալ բավարար էներգիա՝ կովալենտային կապից անջատվելու և ազատ էլեկտրոններ դառնալու համար, այս գործընթացը կոչվում է ներքին գրգռում։ Երբ էլեկտրոնը ազատվում է և դառնում ազատ էլեկտրոն, կովալենտային կապի մեջ մնում է դատարկ տեղ։ Այս դատարկությունը կոչվում է անցք։ Անցքի տեսքը կարևոր առանձնահատկություն է, որը տարբերակում է կիսահաղորդիչը հաղորդիչից։

Երբ ներքին կիսահաղորդչին ավելացվում է հնգարժեք խառնուրդի, օրինակ՝ ֆոսֆորի փոքր քանակություն, այն կունենա լրացուցիչ էլեկտրոն՝ այլ կիսահաղորդչային ատոմների հետ կովալենտային կապ առաջացնելուց հետո։ Այս լրացուցիչ էլեկտրոնին շատ փոքր էներգիա է պետք՝ կապից ազատվելու և ազատ էլեկտրոն դառնալու համար։ Այս տեսակի խառնուրդով կիսահաղորդիչը կոչվում է էլեկտրոնային կիսահաղորդիչ (N-տիպի կիսահաղորդիչ)։ Սակայն, ներքին կիսահաղորդչին եռարժեք տարրական խառնուրդների (օրինակ՝ բոր և այլն) փոքր քանակություն ավելացնելով, քանի որ այն արտաքին շերտում ունի ընդամենը երեք էլեկտրոն, շրջակա կիսահաղորդչային ատոմների հետ կովալենտային կապ առաջացնելուց հետո բյուրեղում կստեղծվի դատարկություն։ Այս տեսակի խառնուրդով կիսահաղորդիչը կոչվում է անցքավոր կիսահաղորդիչ (P-տիպի կիսահաղորդիչ)։ Երբ N-տիպի և P-տիպի կիսահաղորդիչները միացվում են, ազատ էլեկտրոնների և անցքերի կոնցենտրացիաների միջև տարբերություն կա դրանց միացման կետում։ Էլեկտրոնները և անցքերը դիֆուզվում են դեպի ավելի ցածր կոնցենտրացիան՝ թողնելով լիցքավորված, բայց անշարժ իոններ, որոնք խաթարում են N-տիպի և P-տիպի շրջանների սկզբնական էլեկտրական չեզոքությունը։ Այս անշարժ լիցքավորված մասնիկները հաճախ անվանում են տարածական լիցքեր, և դրանք կենտրոնանում են N և P շրջանների միջերեսի մոտ՝ առաջացնելով տարածական լիցքի շատ բարակ շրջան, որը հայտնի է որպես PN միացում։

Երբ PN միացման երկու ծայրերին կիրառվում է ուղիղ շեղման լարում (P-տիպի մի կողմում դրական լարում), անցքերը և ազատ էլեկտրոնները շարժվում են միմյանց շուրջ՝ ստեղծելով ներքին էլեկտրական դաշտ: Նոր ներարկված անցքերը այնուհետև վերամիավորվում են ազատ էլեկտրոնների հետ՝ երբեմն արձակելով ավելորդ էներգիա ֆոտոնների տեսքով, որը LED-ների կողմից արձակվող լույսն է: Նման սպեկտրը համեմատաբար նեղ է, և քանի որ յուրաքանչյուր նյութ ունի տարբեր գոտիական բաց, արձակվող ֆոտոնների ալիքի երկարությունները տարբեր են, ուստի LED-ների գույները որոշվում են օգտագործվող հիմնական նյութերով: