YUANNENGJI A diódák a félvezető eszközök egyik leggyakoribb eszközei. A legtöbb félvezető adalékolt félvezető anyagokból készül (atomok és egyéb anyagok). A LED-ek vezetőanyaga általában gallium-alumínium-arzenid. Tiszta gallium-alumínium-arzenidben, minden atom tökéletesen kötődik szomszédaihoz, nem hagy szabad elektronokat az áram összekapcsolásához.
Fénykibocsátó diódákban, mint például a digitális órákban használtak, a rés mérete határozza meg a fotonok frekvenciáját, más szóval, a fény színe. Míg minden dióda fényt bocsát ki, a legtöbb nem túl hatékony. Közönséges diódákban, maga a félvezető anyag sok fényenergiát elnyel, és a végén. A LED-eket műanyag izzó borítja, hogy a fényt egy adott irányba fókuszálja.
A fény olyan formája, amelyet atomok bocsáthatnak ki. Sok apró részecskeszerű kötegből áll, amelyek energiával és lendülettel rendelkeznek, de tömegük nincs. Ezeket a részecskéket fotonoknak nevezzük, amelyek a fény legalapvetőbb egységei. Fotonok szabadulnak fel, mert az elektronok mozognak. Az atomokban, az elektronok az atom körüli pályán mozognak. A különböző pályán lévő elektronok energiája eltérő. Általánosságban szólva, nagyobb energiájú elektronok az atommagtól távolabbi pályákon mozognak. Amikor egy elektron alacsonyabb pályáról magasabb pályára ugrik, az energiaszint növekszik, és fordítva, amikor magasabb pályafunkcióról alacsonyabb pályafunkcióra esik, az elektron energiát szabadít fel. Az energia fotonok formájában szabadul fel. A nagyobb energiájú cseppek nagyobb energiájú fotonokat szabadítanak fel, amelyeket magas frekvenciájuk jellemez.
Egy szabad elektron a P-típusú rétegből a diódán keresztül egy üres elektronlyukba esik. Ez azt jelenti, hogy a vezetési sávból egy alacsonyabb orbitális funkcióba esik, tehát az elektron energiát bocsát ki foton formájában. Ez bármelyik diódában előfordul, csak akkor látod a fotonokat, ha a dióda egy bizonyos anyagból van. Normál szilícium diódában, például, az atomok úgy vannak elrendezve, hogy amikor az elektron viszonylag kis távolságra esik, az atomok úgy vannak elrendezve, hogy az emberi szem nem látja, mert az elektronfrekvencia olyan alacsony.
A LED-eknek számos előnye van a hagyományos izzókkal szemben. Az első az, hogy a LED-eknek nincs kiéghető izzószála, így tovább bírják. Továbbá, a LED kis műanyag izzója tartósabbá teszi a LED-et. Könnyebben illeszthető az aktuális elektronikus áramkörökbe is. A hagyományos izzólámpák fénykibocsátásának folyamata sok hőtermeléssel jár.
Ez teljes energiapazarlás. Kivéve, ha a lámpát fűtésként használja, az effektív áram nagy része nem megy közvetlenül a látható fénybe. A LED-ek nagyon kevés hőt bocsátanak ki, tehát viszonylagosan szólva, minél több áram jut közvetlenül a fénybe, annál kevesebb energiára van szükség.
Látható fényű LED-ekhez, mint például a digitális órákban használtak, a rés mérete határozza meg a fotonok frekvenciáját, vagy más szóval, a fény színe. Míg minden dióda fényt bocsát ki, a legtöbb nem túl hatékony. Közönséges diódákban, maga a félvezető anyag elnyeli a fényenergia nagy részét, és a végén. A LED-eket egy műanyag izzó borítja, amely a fényt meghatározott irányba fókuszálja.
A LED-eknek számos előnye van a hagyományos izzókkal szemben. Az első az, hogy a LED-eknek nincs kiéghető izzószála, így tovább bírják. Továbbá, a LED-ek kis műanyag izzója tartósabbá teszi őket. Könnyebben illeszthetők az aktuális elektronikus áramkörökbe is. A hagyományos izzólámpák fénykibocsátó folyamata sok hőtermeléssel jár. Ez teljes energiapazarlás. Kivéve, ha a lámpát fűtésként használja, az effektív áram nagy része nem megy közvetlenül a látható fénybe. A LED-ek nagyon kevés hőt bocsátanak ki, és viszonylagosan szólva, annál több villamos energiát használnak fel közvetlenül a fényre, annál kevesebb energiára van szükség.
Egészen mostanáig, A LED-ek túl drágák a legtöbb világítási alkalmazáshoz, mivel fejlett félvezető anyagokból készülnek. A félvezető eszközök ára korábban jelentősen csökkent 10 Év, viszont, a LED-ek költséghatékonyabb világítási lehetőséget kínálnak az alkalmazások széles skálájához. A közeljövőben, A LED-ek nagyobb szerepet fognak játszani a világtechnológiában.
Fénykibocsátó dióda (LED) egy előre előfeszített PN átmenet dióda félvezető anyagokból. Fénykibocsátó mechanizmusa az, hogy amikor előremenő áramot injektálnak a PN átmenet mindkét végén, az injektált kiegyensúlyozatlan hordozók (elektron-lyuk párok) rekombinálják és fényt bocsátanak ki a diffúziós folyamat során. Ez az emissziós folyamat főként a fény spontán emissziós folyamatának felel meg. A fénykibocsátás helyétől függően, A LED-ek felületi emissziós típusra és szélemissziós típusra oszthatók. A leggyakrabban használt LED az InGaAsP/InP kettős heterojunkciós élű fénykibocsátó dióda.
A LED-ek fénykibocsátó elve a PN átmenet sávszerkezetével is magyarázható. A félvezető fénykibocsátó diódák előállításához használt anyagok erősen adalékoltak. Termikus egyensúlyi állapotban, az N tartományban sok nagy mobilitású elektron található, és több alacsony mobilitású lyuk van a P régióban. A PN csomóponti gátréteg korlátozottsága miatt, a kettő természetes körülmények között nem tud újraegyesülni. Ha előremenő feszültséget kapcsolunk a PN átmenetre, a barázdarégió vezetési sávjában lévő elektronok kiszabadulhatnak a PN átmenet gátjából és beléphetnek a P tartományba. Következésképpen, amikor a nagy energiájú elektronok a PN átmenet közelében lévő lyukakkal találkoznak kissé a P tartomány oldalán, lumineszcencia rekombináció következik be. Az e lumineszcencia-rekombináció által kibocsátott fény a spontán sugárzáshoz tartozik, a kisugárzott fény hullámhosszát pedig az anyag Eg sávszélessége határozza meg.
A fénykibocsátó diódák jelentős előnyökkel rendelkeznek, mint például a nagy megbízhatóság, hosszú folyamatos munkaidő szobahőmérsékleten, és jó optikai teljesítmény-áram linearitás. Ráadásul, mivel ezt a technológiát viszonylag kiforrott szintre fejlesztették ki, nagyon olcsó az ára. Következésképpen, néhány egyszerű optikai szálas érzékelő tervezésénél, ha LED kompetens, fényforrásként választva nagymértékben csökkentheti a teljes érzékelő költségét. Azonban, a LED lumineszcencia mechanizmusa meghatározza, hogy számos hiányossága van, mint például az alacsony kimeneti teljesítmény, nagy kibocsátási szög, spektrális vonal szélessége, és alacsony válaszsebesség. Következésképpen, egyes nagy teljesítményt igénylő érzékelők tervezésében, gyors modulációs ráta, és jó monokromatikus, más nagyobb teljesítményű fényforrásokat kell választani a növekvő költségek árán.
A különböző anyagok eltérő sávszélessége miatt, a különböző anyagokból készült fénykibocsátó diódák különböző hullámhosszú fényt bocsáthatnak ki. Továbbá, egyes anyagok különböző összetevőket és adalékanyagot tartalmaznak, például, némelyikük nagyon összetett sávszerkezettel rendelkezik, és a megfelelő közvetett átmeneti sugárzás, stb., tehát vannak különféle fénykibocsátó diódák.