Das Leuchtprinzip der LED

Alledas wiederaufladbare Arbeitslicht, tragbare CampingleuchteUndMultifunktionsscheinwerferVerwenden Sie den LED-Lampentyp. Um das Prinzip der Dioden-LED zu verstehen, müssen Sie zunächst die Grundkenntnisse der Halbleiter verstehen. Die leitenden Eigenschaften von Halbleitermaterialien liegen zwischen Leitern und Isolatoren. Seine einzigartigen Eigenschaften sind: Wenn der Halbleiter durch äußere Licht- und Wärmebedingungen stimuliert wird, ändert sich seine Leitfähigkeit erheblich; Die Zugabe kleiner Mengen an Verunreinigungen zu einem reinen Halbleiter erhöht seine Fähigkeit, Elektrizität zu leiten, erheblich. Silizium (Si) und Germanium (Ge) sind die in der modernen Elektronik am häufigsten verwendeten Halbleiter und haben vier Außenelektronen. Wenn Silizium- oder Germaniumatome einen Kristall bilden, interagieren benachbarte Atome miteinander, sodass die äußeren Elektronen von den beiden Atomen gemeinsam genutzt werden, wodurch die kovalente Bindungsstruktur im Kristall entsteht, bei der es sich um eine Molekülstruktur mit geringer Beschränkungsfähigkeit handelt. Bei Raumtemperatur (300 K) erhalten einige Außenelektronen durch thermische Anregung genügend Energie, um sich aus der kovalenten Bindung zu lösen und zu freien Elektronen zu werden. Dieser Vorgang wird als intrinsische Anregung bezeichnet. Nachdem das Elektron gelöst und in ein freies Elektron umgewandelt wurde, verbleibt eine Lücke in der kovalenten Bindung. Diese Lücke wird als Loch bezeichnet. Das Aussehen eines Lochs ist ein wichtiges Merkmal, das einen Halbleiter von einem Leiter unterscheidet.

Wenn dem intrinsischen Halbleiter eine kleine Menge einer fünfwertigen Verunreinigung wie Phosphor hinzugefügt wird, verfügt dieser über ein zusätzliches Elektron, nachdem er eine kovalente Bindung mit anderen Halbleiteratomen gebildet hat. Dieses zusätzliche Elektron benötigt nur sehr wenig Energie, um die Bindung aufzulösen und in ein freies Elektron umzuwandeln. Diese Art von Verunreinigungshalbleitern wird als elektronischer Halbleiter (Halbleiter vom N-Typ) bezeichnet. Wenn dem intrinsischen Halbleiter jedoch eine kleine Menge dreiwertiger elementarer Verunreinigungen (wie Bor usw.) hinzugefügt wird, entsteht nach Bildung einer kovalenten Bindung mit den umgebenden Halbleiteratomen eine Leerstelle, da dieser in der äußeren Schicht nur drei Elektronen aufweist im Kristall. Diese Art von Verunreinigungshalbleiter wird als Lochhalbleiter (Halbleiter vom P-Typ) bezeichnet. Wenn N-Typ- und P-Typ-Halbleiter kombiniert werden, gibt es einen Unterschied in der Konzentration freier Elektronen und Löcher an ihrer Verbindungsstelle. Sowohl Elektronen als auch Löcher diffundieren in Richtung der niedrigeren Konzentration und hinterlassen geladene, aber unbewegliche Ionen, die die ursprüngliche elektrische Neutralität der N-Typ- und P-Typ-Regionen zerstören. Diese unbeweglichen geladenen Teilchen werden oft als Raumladungen bezeichnet und konzentrieren sich in der Nähe der Grenzfläche der N- und P-Regionen, um eine sehr dünne Raumladungsregion zu bilden, die als PN-Übergang bekannt ist.

Wenn an beide Enden des PN-Übergangs eine Durchlassspannung angelegt wird (positive Spannung an einer Seite des P-Typs), bewegen sich die Löcher und die freien Elektronen umeinander und erzeugen ein internes elektrisches Feld. Die neu injizierten Löcher verbinden sich dann wieder mit den freien Elektronen und setzen manchmal überschüssige Energie in Form von Photonen frei, dem Licht, das wir von LEDs emittieren sehen. Ein solches Spektrum ist relativ schmal, und da jedes Material eine andere Bandlücke aufweist, sind die Wellenlängen der emittierten Photonen unterschiedlich, sodass die Farben von LEDs durch die verwendeten Grundmaterialien bestimmt werden.