LED को प्रकाश सिद्धान्त

सबैरिचार्जेबल काम गर्ने बत्ती, पोर्टेबल क्याम्पिङ लाइटरबहुकार्यात्मक हेडल्याम्पएलईडी बल्ब प्रकार प्रयोग गर्नुहोस्। डायोड एलईडीको सिद्धान्त बुझ्नको लागि, पहिले अर्धचालकहरूको आधारभूत ज्ञान बुझ्नु पर्छ। अर्धचालक सामग्रीहरूको प्रवाहकीय गुणहरू कन्डक्टर र इन्सुलेटरहरू बीच हुन्छन्। यसको अद्वितीय विशेषताहरू हुन्: जब अर्धचालक बाह्य प्रकाश र ताप अवस्थाहरूद्वारा उत्तेजित हुन्छ, यसको प्रवाहकीय क्षमता उल्लेखनीय रूपमा परिवर्तन हुनेछ; शुद्ध अर्धचालकमा थोरै मात्रामा अशुद्धता थप्दा यसको बिजुली सञ्चालन गर्ने क्षमतामा उल्लेखनीय रूपमा वृद्धि हुन्छ। सिलिकन (Si) र जर्मेनियम (Ge) आधुनिक इलेक्ट्रोनिक्समा सबैभन्दा बढी प्रयोग हुने अर्धचालकहरू हुन्, र तिनीहरूका बाहिरी इलेक्ट्रोनहरू चार हुन्छन्। जब सिलिकन वा जर्मेनियम परमाणुहरूले क्रिस्टल बनाउँछन्, छिमेकी परमाणुहरू एकअर्कासँग अन्तरक्रिया गर्छन्, जसले गर्दा बाहिरी इलेक्ट्रोनहरू दुई परमाणुहरूद्वारा साझा हुन्छन्, जसले क्रिस्टलमा सहसंयोजक बन्धन संरचना बनाउँछ, जुन थोरै अवरोध क्षमता भएको आणविक संरचना हो। कोठाको तापक्रम (300K) मा, थर्मल उत्तेजनाले केही बाहिरी इलेक्ट्रोनहरूलाई सहसंयोजक बन्धनबाट अलग हुन र मुक्त इलेक्ट्रोन बन्न पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त गर्नेछ, यो प्रक्रियालाई आन्तरिक उत्तेजना भनिन्छ। इलेक्ट्रोन मुक्त इलेक्ट्रोन बन्न अनबाउन्ड भएपछि, सहसंयोजक बन्धनमा एक खाली ठाउँ छोडिन्छ। यो खाली ठाउँलाई प्वाल भनिन्छ। अर्धचालकलाई कन्डक्टरबाट छुट्याउने एउटा महत्त्वपूर्ण विशेषता प्वालको उपस्थिति हो।

जब फस्फोरस जस्तो पेन्टाभ्यालेन्ट अशुद्धताको थोरै मात्रा आन्तरिक अर्धचालकमा थपिन्छ, अन्य अर्धचालक परमाणुहरूसँग सहसंयोजक बन्धन बनाएपछि यसमा अतिरिक्त इलेक्ट्रोन हुनेछ। यो अतिरिक्त इलेक्ट्रोनलाई बन्धनबाट छुटकारा पाउन र मुक्त इलेक्ट्रोन बन्न धेरै कम ऊर्जा चाहिन्छ। यस प्रकारको अशुद्ध अर्धचालकलाई इलेक्ट्रोनिक अर्धचालक (N-प्रकार अर्धचालक) भनिन्छ। यद्यपि, आन्तरिक अर्धचालकमा थोरै मात्रामा त्रिसंयोजक तत्व अशुद्धता (जस्तै बोरोन, आदि) थप्दा, किनभने यसको बाहिरी तहमा केवल तीन इलेक्ट्रोनहरू हुन्छन्, वरपरका अर्धचालक परमाणुहरूसँग सहसंयोजक बन्धन बनाएपछि, यसले क्रिस्टलमा खाली ठाउँ सिर्जना गर्नेछ। यस प्रकारको अशुद्ध अर्धचालकलाई प्वाल अर्धचालक (P-प्रकार अर्धचालक) भनिन्छ। जब N-प्रकार र P-प्रकार अर्धचालकहरू संयोजन गरिन्छ, तिनीहरूको जंक्शनमा मुक्त इलेक्ट्रोन र प्वालहरूको सांद्रतामा भिन्नता हुन्छ। इलेक्ट्रोन र प्वाल दुवै कम सांद्रता तिर फैलिएका हुन्छन्, चार्ज गरिएको तर गतिहीन आयनहरू छोडेर जसले N-प्रकार र P-प्रकार क्षेत्रहरूको मूल विद्युतीय तटस्थतालाई नष्ट गर्दछ। यी स्थिर चार्ज गरिएका कणहरूलाई प्रायः स्पेस चार्ज भनिन्छ, र तिनीहरू N र P क्षेत्रहरूको इन्टरफेस नजिकै केन्द्रित भएर स्पेस चार्जको धेरै पातलो क्षेत्र बनाउँछन्, जसलाई PN जंक्शन भनिन्छ।

जब PN जंक्शनको दुबै छेउमा फर्वार्ड बायस भोल्टेज लागू गरिन्छ (P-प्रकारको एक छेउमा सकारात्मक भोल्टेज), प्वालहरू र मुक्त इलेक्ट्रोनहरू एकअर्काको वरिपरि घुम्छन्, आन्तरिक विद्युत क्षेत्र सिर्जना गर्छन्। नयाँ इन्जेक्ट गरिएका प्वालहरू त्यसपछि मुक्त इलेक्ट्रोनहरूसँग पुन: संयोजन हुन्छन्, कहिलेकाहीँ फोटोनको रूपमा अतिरिक्त ऊर्जा छोड्छन्, जुन हामीले leds द्वारा उत्सर्जित देख्ने प्रकाश हो। यस्तो स्पेक्ट्रम अपेक्षाकृत साँघुरो हुन्छ, र प्रत्येक सामग्रीमा फरक ब्यान्ड ग्याप भएको हुनाले, उत्सर्जित फोटोनको तरंगदैर्ध्य फरक हुन्छ, त्यसैले leds को रंगहरू प्रयोग गरिएको आधारभूत सामग्रीहरूद्वारा निर्धारण गरिन्छ।