იუანენგჯი დიოდები ერთ-ერთი ყველაზე გავრცელებული მოწყობილობაა ნახევარგამტარულ მოწყობილობებში. ნახევარგამტარების უმეტესობა დამზადებულია დოპირებული ნახევარგამტარული მასალებისგან (ატომები და სხვა ნივთიერებები). LED-ების გამტარი მასალა, როგორც წესი, გალიუმის ალუმინის არსენიდია. სუფთა გალიუმის ალუმინის დარიშხანში, ყველა ატომი იდეალურად არის მიბმული მეზობლებთან, არ ტოვებს თავისუფალ ელექტრონებს დენის დასაკავშირებლად.
სინათლის დიოდებში, როგორიცაა ციფრულ საათებში გამოყენებული, უფსკრულის ზომა განსაზღვრავს ფოტონების სიხშირეს, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სინათლის ფერი. მაშინ როცა ყველა დიოდი ასხივებს სინათლეს, უმეტესობა არ არის ძალიან ეფექტური. ჩვეულებრივ დიოდებში, თავად ნახევარგამტარული მასალა შთანთქავს სინათლის ენერგიას და მთავრდება. LED-ები დაფარულია პლასტმასის ნათურით, რათა ფოკუსირდეს შუქი კონკრეტული მიმართულებით.
სინათლის ფორმა, რომელიც შეიძლება გამოთავისუფლდეს ატომების მიერ. იგი შედგება მრავალი პაწაწინა ნაწილაკების მსგავსი შეკვრებისგან, რომლებსაც აქვთ ენერგია და იმპულსი, მაგრამ არა მასა. ამ ნაწილაკებს ფოტონები ეწოდება, რომლებიც სინათლის ყველაზე ძირითადი ერთეულებია. ფოტონები გამოიყოფა, რადგან ელექტრონები მოძრაობენ გარშემო. ატომებში, ელექტრონები მოძრაობენ ატომის გარშემო ორბიტებზე. სხვადასხვა ორბიტაზე მყოფ ელექტრონებს განსხვავებული ენერგია აქვთ. ზოგადად, უფრო დიდი ენერგიის მქონე ელექტრონები მოძრაობენ ბირთვიდან უფრო შორს ორბიტებში. როდესაც ელექტრონი ხტება ქვედა ორბიტალიდან უფრო მაღალ ორბიტალზე, ენერგიის დონე იზრდება, და პირიქით, როდესაც ის ეცემა უფრო მაღალი ორბიტალური ფუნქციიდან ქვედა ორბიტალურ ფუნქციაზე, ელექტრონი ათავისუფლებს ენერგიას. ენერგია გამოიყოფა ფოტონების სახით. უფრო მაღალი ენერგიის წვეთები ათავისუფლებს უფრო მაღალი ენერგიის ფოტონებს, რომლებიც გამოირჩევიან მაღალი სიხშირით.
თავისუფალი ელექტრონი ვარდება P-ტიპის ფენიდან დიოდის გავლით ცარიელ ელექტრონულ ხვრელში. ეს გულისხმობს გამტარობის ზოლიდან ქვედა ორბიტალურ ფუნქციაზე დაცემას, ასე რომ ელექტრონი გამოყოფს ენერგიას ფოტონის სახით. ეს ხდება ნებისმიერ დიოდში, თქვენ უბრალოდ ხედავთ ფოტონებს, როდესაც დიოდი მზადდება გარკვეული მასალისგან. სტანდარტული სილიკონის დიოდში, მაგალითად, ატომები განლაგებულია ისე, რომ როდესაც ელექტრონი ეცემა შედარებით მცირე მანძილზე, ატომები განლაგებულია ისე, რომ ადამიანის თვალი ვერ ხედავს მას, რადგან ელექტრონების სიხშირე ძალიან დაბალია.
LED-ებს რამდენიმე უპირატესობა აქვთ ტრადიციულ ინკანდესენტურ ნათურებთან შედარებით. პირველი ის არის, რომ LED-ებს არ აქვთ ძაფი დასაწვავი, ასე რომ ისინი უფრო დიდხანს ძლებენ. დამატებით, LED-ის პატარა პლასტმასის ნათურა LED-ს უფრო გამძლეს ხდის. ის ასევე შეიძლება უფრო ადვილად მოთავსდეს მიმდინარე ელექტრონულ სქემებში. შუქის გამოსხივების პროცესი ტრადიციულ ინკანდესენტურ ნათურებში გულისხმობს დიდი სითბოს გამომუშავებას.
ეს არის ენერგიის სრული დაკარგვა. თუ არ იყენებთ შუქს გამათბობლად, ეფექტური დენის უმეტესი ნაწილი პირდაპირ ხილულ შუქზე არ გადადის. LED-ები ასხივებენ ძალიან მცირე სითბოს, ასე რომ შედარებით, მით მეტი ელექტროენერგია მიდის პირდაპირ სინათლეში, მით ნაკლები ენერგიაა საჭირო.
ხილული სინათლის LED-ებისთვის, როგორიცაა ციფრულ საათებში გამოყენებული, უფსკრულის ზომა განსაზღვრავს ფოტონების სიხშირეს, ან სხვა სიტყვებით, სინათლის ფერი. მაშინ როცა ყველა დიოდი ასხივებს სინათლეს, უმეტესობა არ არის ძალიან ეფექტური. ჩვეულებრივ დიოდებში, თავად ნახევარგამტარული მასალა შთანთქავს სინათლის ენერგიის დიდ ნაწილს და მთავრდება. LED-ები დაფარულია პლასტმასის ნათურით, რომელიც ფოკუსირებს შუქს კონკრეტული მიმართულებით.
LED-ებს რამდენიმე უპირატესობა აქვთ ტრადიციულ ინკანდესენტურ ნათურებთან შედარებით. პირველი ის არის, რომ LED-ებს არ აქვთ ძაფი დასაწვავი, ასე რომ ისინი უფრო დიდხანს ძლებენ. დამატებით, LED-ების პატარა პლასტმასის ნათურა მათ უფრო გამძლეს ხდის. ისინი ასევე შეიძლება უფრო ადვილად მოთავსდეს მიმდინარე ელექტრონულ სქემებში. ტრადიციული ინკანდესენტური ნათურების სინათლის გამოსხივების პროცესი მოიცავს დიდი რაოდენობით სითბოს გამომუშავებას. ეს არის ენერგიის სრული დაკარგვა. თუ არ იყენებთ შუქს გამათბობლად, ეფექტური დენის უმეტესი ნაწილი პირდაპირ ხილულ შუქზე არ გადადის. LED-ები ასხივებენ ძალიან მცირე სითბოს, და შედარებით რომ ვთქვათ, მით მეტი ელექტროენერგია, რომელიც პირდაპირ სინათლისთვის გამოიყენება, მით ნაკლები ენერგიაა საჭირო.
აქამდე, LED-ები ძალიან ძვირი იყო განათების უმეტესობისთვის, რადგან ისინი მზადდება მოწინავე ნახევარგამტარული მასალებისგან. ნახევარგამტარული მოწყობილობების ფასი წარსულში საგრძნობლად დაეცა 10 წლები, თუმცა, LED-ები უფრო ეკონომიური განათების ვარიანტად აქციების ფართო სპექტრისთვის. უახლოეს მომავალში, LED-ები უფრო დიდ როლს შეასრულებენ მსოფლიო ტექნოლოგიაში.
სინათლის დიოდი (LED) არის წინ მიკერძოებული PN შეერთების დიოდი, რომელიც დამზადებულია ნახევარგამტარული მასალებისგან. მისი სინათლის გამოსხივების მექანიზმი არის ის, რომ როდესაც წინა დენი შეჰყავთ PN შეერთების ორივე ბოლოში, ინექციური გაუწონასწორებელი მატარებლები (ელექტრონ-ხვრელების წყვილი) დიფუზიის პროცესის დროს განახლდება და ასხივებს შუქს. ეს ემისიის პროცესი ძირითადად შეესაბამება სინათლის სპონტანურ ემისიის პროცესს. სინათლის გამომუშავების ადგილმდებარეობის მიხედვით, LED-ები შეიძლება დაიყოს ზედაპირული ემისიის ტიპად და კიდეზე ემისიის ტიპად. ყველაზე ხშირად გამოყენებული LED არის InGaAsP/InP ორმაგი ჰეტეროკავშირის კიდეების სინათლის გამოსხივების დიოდი..
LED-ების სინათლის გამოსხივების პრინციპი ასევე შეიძლება აიხსნას PN შეერთების ზოლის სტრუქტურით. მასალები, რომლებიც გამოიყენება ნახევარგამტარული სინათლის დიოდების დასამზადებლად, ძლიერ დოპინგია. თერმული წონასწორობის მდგომარეობაში, N რეგიონში ბევრი ელექტრონებია მაღალი მობილურობით, და უფრო მეტი ხვრელები დაბალი მობილურობით P რეგიონში. PN შეერთების ბარიერის ფენის შეზღუდვის გამო, ეს ორი ბუნებრივად ვერ შეთავსდება ნორმალურ პირობებში. როდესაც წინა ძაბვა გამოიყენება PN შეერთებაზე, ღარულ რეგიონის გამტარ ზოლში ელექტრონებს შეუძლიათ გაექცნენ PN შეერთების ბარიერს და შევიდნენ P რეგიონში. ამიტომ, როდესაც ელექტრონები მაღალი ენერგიის მდგომარეობაში ხვდებიან ხვრელებს PN შეერთების სიახლოვეს ოდნავ P რეგიონის მხარეს., ხდება ლუმინესცენციის რეკომბინაცია. ამ ლუმინესცენციის რეკომბინაციით გამოსხივებული შუქი მიეკუთვნება სპონტანურ გამოსხივებას, და გამოსხივებული სინათლის ტალღის სიგრძე განისაზღვრება მასალის ზოლის სიგანით მაგ.
სინათლის გამოსხივების დიოდებს აქვთ მნიშვნელოვანი უპირატესობები, როგორიცაა მაღალი საიმედოობა, ხანგრძლივი უწყვეტი სამუშაო დრო ოთახის ტემპერატურაზე, და კარგი ოპტიკური დენის წრფივობა. მეტიც, ვინაიდან ეს ტექნოლოგია შედარებით მომწიფებულ დონეზეა განვითარებული, მისი ფასი ძალიან იაფია. ამიტომ, რამდენიმე მარტივი ოპტიკური ბოჭკოვანი სენსორის დიზაინში, თუ LED კომპეტენტურია, სინათლის წყაროდ არჩევამ შეიძლება მნიშვნელოვნად შეამციროს მთელი სენსორის ღირებულება. თუმცა, LED-ის ლუმინესცენციის მექანიზმი განსაზღვრავს, რომ მას ბევრი ნაკლი აქვს, როგორიცაა დაბალი გამომავალი სიმძლავრე, დიდი ემისიის კუთხე, სპექტრული ხაზის სიგანე, და რეაგირების დაბალი სიჩქარე. ამიტომ, ზოგიერთი სენსორის დიზაინში, რომლებიც საჭიროებენ მაღალ სიმძლავრეს, სწრაფი მოდულაციის სიჩქარე, და კარგი მონოქრომატულობა, სხვა მაღალი ხარისხის სინათლის წყაროები უნდა შეირჩეს ხარჯების გაზრდის ფასად.
სხვადასხვა მასალის ზოლის სხვადასხვა სიგანის გამო, სხვადასხვა მასალისგან დამზადებულ შუქდიოდებს შეუძლიათ ასხივონ სხვადასხვა ტალღის სიგრძის შუქი. დამატებით, ზოგიერთ მასალას აქვს სხვადასხვა კომპონენტი და დოპინგი, მაგალითად, ზოგიერთს აქვს ძალიან რთული ზოლის სტრუქტურა, და შესაბამისი არაპირდაპირი გარდამავალი გამოსხივება, და სხვა, ასე რომ, არსებობს სხვადასხვა სინათლის დიოდები.