Как устроен светодиод: Принцип работы светодиода и его устройство

Подробное устройство и принцип работы светодиода

С момента открытия красного светодиода (1962 г.) развитие твердотельных источников света не останавливалось ни на миг. Каждое десятилетие отмечалось научными достижениями и открывало для ученых новые горизонты. В 1993 году, когда японским ученым удалось получить синий свет, а затем и белый, развитие светодиодов перешло на новый уровень. Перед физиками всего мира стала новая задача, суть которой заключалась в использовании светодиодного освещения в качестве основного.

В наше время можно сделать первые выводы, свидетельствующие об успехах становления светодиодного освещения и продолжающейся модернизации светодиода. На прилавках магазинов появились светильники со светодиодами, изготовленными по технологии COB, COG, SMD, filament.

Как устроен каждый из перечисленных видов, и какие физические процессы вынуждают полупроводниковый кристалл светиться?

Содержание

• 1 Что такое светодиод?
• 2 Устройство, конструкция и технологические отличия
  • 2. 1 DIP
  • 2.2 SMD
  • 2.3 COB
• 3 Принцип работы светодиода

Что такое светодиод?

Перед разбором устройства и принципа работы, кратко рассмотрим, что светодиод из себя представляет.

Светодиод – это полупроводниковый компонент с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании электрического тока в прямом направлении.

В отличие от нити накала и люминесцентных источников света, испускаемый свет светодиодом лежит в небольшом диапазоне спектра. То есть кристалл светоизлучающего диода испускает конкретный цвет (в случае со светодиодами видимого спектра). Для получения определенного спектра излучения в светодиодах используют специальный химический состав полупроводников и люминофора.

Устройство, конструкция и технологические отличия

Существует много признаков, по которым можно классифицировать светодиоды на группы. Одним из них является технологическое отличие и небольшое различие в устройстве, которое вызвано особенностью электрических параметров и будущей сферой применения светодиода.

DIP

Цилиндрический корпус из эпоксидной смолы с двумя выводами стал первым конструктивом для светоизлучающего кристалла. Закругленный цветной или прозрачный цилиндр служит линзой, формируя направленный пучок света. Выводы вставляются в отверстия печатной платы (DIP) и с помощью пайки обеспечивают электрический контакт.

Излучающий кристалл располагается на катоде, который имеет форму флажка, и соединяется с анодом тончайшим проводом. Существуют модели с двумя и тремя кристаллами разного цвета в одном корпусе с количеством выводов от двух до четырёх. Кроме этого, внутри корпуса может быть встроен микрочип, управляющий очередностью свечения кристаллов либо задающий чистоту его мигания.

Светодиоды в DIP корпусе относятся к слаботочным, используется в подсветке, системах индикации и гирляндах.

В попытках нарастить световой поток, появился аналог с усовершенствованным устройством в DIP корпусе с четырьмя выводами, известный как «пиранья». Однако увеличенная светоотдача нивелировалась размерами светодиода и сильным нагревом кристалла, что ограничило область применения «пираньи». А с появлением SMD технологии их производство практически прекратилось.

SMD

Полупроводниковые приборы с креплением на поверхность печатной платы коренным образом отличаются от предшественников. Их появление расширило возможности конструирования систем освещения, позволило снизить габариты светильника и полностью автоматизировать монтаж. Сегодня SMD-светодиод – это самый востребованный компонент, используемый для построения источников света любых форматов.

Основа корпуса, на которую крепится кристалл, является хорошим проводником тепла, что в разы улучшило отвод тепла от светоизлучающего кристалла. В устройстве белых светодиодов между полупроводником и линзой присутствует слой люминофора для задания нужной цветовой температуры и нейтрализации ультрафиолета. В SMD-компонентах с широким углом излучения линза отсутствует, а сам светодиод имеет форму параллелепипеда.

COB

Chip-On-Board – одно из новейших практических достижений, которое в ближайшем будущем займет лидерство по производству белых светодиодов в искусственном освещении. Отличительная черта устройства светодиодов по технологии COB заключается в следующем: на алюминиевую основу (подложку) через диэлектрический клей крепят десятки кристаллов без корпуса и подложки, а затем полученную матрицу покрывают общим слоем люминофора. В результате получается источник света с равномерным распределением светового потока, исключающий появление теней.

Разновидностью COB является Chip-On-Glass (COG), которая подразумевает размещение множества мелких кристаллов на поверхности из стекла. В частности, широко известны филаментные лампы на 220 В, в которых излучающим элементом служит стеклянный стержень со светодиодами, покрытыми люминофором.

Принцип работы светодиода

Несмотря на рассмотренные технологические особенности, работа всех светодиодов базируется на общем принципе действия излучающего элемента. Преобразование электрического тока в световой поток происходит в кристалле, который состоит из полупроводников с разным типом проводимости. Материал с n­-проводимостью получают путем его легирования электронами, а материал с p-проводимостью – дырками. Таким образом, в сопредельных слоях создаются дополнительные носители заряда противоположной направленности.

В момент подачи прямого напряжения начинается движение электронов и дырок к p-n-переходу. Заряженные частицы преодолевают барьер и начинают рекомбинировать, в результате чего протекает электрический ток. Процесс рекомбинации дырки и электрона в зоне p-n-перехода сопровождается выделением энергии в виде фотона.

Вообще, данное физическое явление применимо ко всем полупроводниковым диодам. Но в большинстве случаев длина волны фотона находится за пределами видимого спектра излучения. Чтобы заставить элементарную частицу двигаться в диапазоне 400-700 нм ученым пришлось провести немало экспериментов с подбором подходящих химических элементов. В результате появились новые соединения: арсенид галлия, фосфид галлия и более сложные их формы, каждая из которых характеризуется своей длиной волны, а значит, и цветом излучения.

Кроме полезного света, испускаемого светодиодом, на p-n-переходе выделяется некоторое количество теплоты, которая снижает эффективность полупроводникового прибора. Поэтому в конструкции мощных светодиодов должна быть продумана возможность реализации эффективного отвода тепла.

Как работает светодиод, устройство светодиода

Как работает светодиод
Устройство светодиодов
Как с помощью светодиодов получают разные цвета
Создание белого света с помощью светодиодов
Краткая история создания светодиодов  

Как работает светодиод

Как и любой диод, светодиод включает в себя один полупроводниковый р-п-переход (электронно-дырочный переход). С помощью процесса, носящего название легирование, материал n-типа обогащается отрицательными носителями заряда, а материал р-типа — положительными носителями заряда. Атомы в материале n-типа приобретают дополнительные электроны, а атомы в материале p-типа приобретают дырки — места на внешних электронных орбитах атомов, в которых отсутствуют электроны.

При приложении к диоду электрического поля электроны и дырки в материалах р- и n-типа устремляются к p-n-переходу. Когда носители заряда подходят к р-n-переходу, электроны инжектируются в материал p-типа. При подаче отрицательного напряжения со стороны материала n-типа через диод протекает электрический ток в направлении от материала n-типа в материал p-типа. Это называется прямым смещением.

Когда избыточные электроны переходят из материала n-типа в материал p-типа и рекомбинируют с дырками, происходит выделение энергии в виде фотонов, элементарных частиц (квантов) электромагнитного излучения. Все диоды испускают фотоны, но не все диоды испускают видимый свет. Материал, из которого изготавливается светодиод, выбирается таким образом, чтобы длина волны испускаемых фотонов находилась в пределах видимой области спектра излучения. Разные материалы испускают фотоны с разными длинами волн, что соответствует разным цветам испускаемого света.

Пучок видимого света, испускаемого светодиодом, является холодным, но так как в светодиодах имеются потери, то на р-n-переходе

генерируется тепло, иногда достаточно большое. Ограничение температуры р-п-перехода с помощью правильно сконструированного теплоотвода и других методов контроля температуры является критичным для обеспечения нормальной работы светодиода, оптимизации его светового потока и повышения срока службы.

Устройство светодиодов

Существует два основных типа светодиодов: индикаторные и осветительные. Индикаторные светодиоды, например, 5-миллиметровые, обычно являются недорогими, маломощными источниками света, пригодными для использования только в качестве световых индикаторов в индикаторных панелях и электронных приборах, для подсветки дисплеев компьютеров или приборных панелей автомобиля. Осветительные светодиоды, представленные светодиодами поверхностного монтажа (SMD), высокой яркости (НВ) и высокой мощности (HP) — это надежные мощные устройства, способные обеспечить нужный уровень освещенности и обладающие световым потоком, равным или превосходящим световой поток традиционных источников света, например, КАЛ.

Все осветительные светодиоды имеют одинаковую базовую конструкцию. Они включают в себя полупроводниковый чип (или кристалл), подложку, на которую он устанавливается, контакты для электрического подключения, соединительные проводники для подсоединения контактов к кристаллу, теплоотвод, линзу и корпус. (В некоторых светодиодах, например, в светодиодах TFFC, разработанных компанией Philips Lumileds, соединительные проводники не требуются.)

Так как индикаторные светодиоды являются маломощными, все генерируемое в них тепло рассеивается внутри самих светодиодов. Осветительные светодиоды, напротив, снабжаются корпусом для прямого припаивания к поверхности, что обеспечивает отвод тепла, генерируемого светодиодом. Хороший теплоотвод жизненно важен для обеспечения температурного режима и нормальной работы светодиода.

Как с помощью светодиодов получают разные цвета

Модель аддитивного смешения цветов применяется для света, непосредственно излучаемого световыми источниками. При смешении красного, зеленого и синего цветов получается белый цвет.

Светодиоды, изготовленные из разных полупроводниковых материалов, излучают свет разных цветов. Разные материалы испускают фотоны с разными длинами волн, что соответствует разным цветам видимого света.

В первых светодиодах использовались такие материалы, как фосфид галлия (GaP), тройное соединение AIGaAs и тройное соединение GaAsP. Они создавали излучение от красного до желто-зеленого цвета. В настоящее время GaP, AIGaAs и GaAsP используются только для изготовления индикаторных светодиодов, так как большие токи, необходимые для получения излучения, и большое тепло, выделяющееся при работе светодиодов, изготовленных из этих материалов, значительно сокращают срок их службы.

Модель субтрактивного смешения цветов применяется к отражающим поверхностям, таким как поверхности, покрытые красками или чернилами. При смешении в равных пропорциях красного, зеленого и синего цветов получается черный цвет.

Для производства осветительных светодиодов используются новые материалы, способные выдерживать необходимые уровни тока, высокий нагрев и высокую влажность. В красных и янтарных светодиодах высокой яркости применяются полупроводники алюминий -индий — галлий (AlInGaP), в синих, зеленых и голубых — индий — нитрид галлия (InGaN).

Светодиоды, изготовленные из AlInGaP и InGaN, в совокупности перекрывают почти всю область спектра видимого излучения с промежутком в области зеленожелтого и желтого цветов. Корпоративные цвета с применением желтого (например, Shell или McDonald’s) трудно получить с помощью одноцветных светодиодов.

Одним из способов получения «сложных» цветов является совместное использование в одном осветительном приборе светодиодов разных типов.

Основные материалы для производства монохромных светодиодов. AllnGaP и InGaN покрывают почти весь спектр видимого излучения для светодиодов высокой интенсивности, кроме желто-зеленой и желтой областей спектра с длиной волны 550-585 нанометров (нм). Цвета, соответствующие этому диапазону длин волн, могут быть получены с помощью совместного использования зеленых и красных светодиодов.

Миллионы цветовых оттенков

Производители светодиодов обычно предлагают светодиоды различных цветов — синий, голубой, зеленый, янтарный, красно-оранжевый, красный и т. д. Самостоятельно светодиод может излучать свет только одного цвета, который определяется используемым в нем полупроводниковым материалом. Настоящее волшебство начинается тогда, когда в одном приборе объединяются светодиоды разного цвета.

Именно объединение светодиодов разного цвета в одном световом приборе, таком как светильник или многокристальный светодиод, и управление интенсивностью излучения светодиодов разного цвета и обеспечивает получение миллионов оттенков. Подобно телевизионному экрану или компьютерному монитору, полноцветный светодиодный прибор реализует цветовую модель RGB (R — красный, G — зеленый, В — синий). Цветовая модель RGB — это модель аддитивного смешения цветов, которая применяется для света, непосредственно излучаемого его источниками. (Модель субтрактивного смешения цветов применяется к отражающим поверхностям, таким как поверхности, покрытые красками или чернилами. )

На диаграмме слева показано цветовое пространство МКО 1931, разработанное в 1931 г. Международной комиссией по освещению (МКО) для определения всего диапазона, или гаммы цветов, видимых стандартным наблюдателем. Ни одно из устройств — телевизионный экран, монитор компьютера, светодиодный световой прибор и другие трехцветные устройства — не может воспроизвести все цвета, различимые глазом человека. Гамма цветов, которую можно получить с помощью светодиодного светового прибора или многокристального светодиода, зависит от цветов отдельных красных, зеленых и синих светодиодов, используемых в них.

На диаграмме точки трех цветов отдельных светодиодов, используемых в трехцветном световом приборе, соответствуют вершинам треугольника. Теоретически прибор может воспроизвести любой цвет, соответствующей точкам внутри этого треугольника. На практике трехцветный светодиодный световой прибор обычно управляется цифровым контроллером и может воспроизвести определенное количество возможных цветов внутри треугольника.  С помощью 8-битного трехцветного светодиодного прибора можно получить приблизительно 16,7 млн цветов (2563 цветов) — однако это количество уже превышает число цветов, которые человек способен различить в пределах данного цветового треугольника. (Цвета, лежащие вне границ цветового треугольника, могут быть различимы глазом человека, но световой прибор не сможет их воспроизвести.)

Способность полноцветных светодиодных световых приборов излучать свет любого цвета без использования светофильтров и других внешних устройств в корне отличает светодиоды от других источников света. Совместное использование полноцветных светодиодных источников света с контроллерами освещения позволяет создавать как простые цветовые эффекты, так и полноцветные световые шоу и даже крупномасштабные видеодисплеи.

Создание белого света с помощью светодиодов

Существует два способа получения белого света с помощью светодиодов:

• Согласно цветовой модели RGB, белый цвет получается с помощью пропорционального смешивания красного, зеленого и синего цветов.  При использовании метода RGB белый свет получается при объединении излучения красного,зеленого и синего светодиодов.

Люминофорные гии получения белого света предполагают использование одного светодиода коротковолнового излучения, например, синего или ультрафиолетового, в комбинации с желтым люминофорным покрытием. Фотоны синего или ультрафиолетового излучения, генерируемые светодиодом, либо проходят через слой люминофора без изменения, либо преобразуются в нем в фотоны желтого света. Комбинация фотонов синего и желтого цвета создает белый свет.

Белый свет может быть получен в результате объединения только желтого и синего цвета. Этот эффект открыл в начале 18 века Исаак Ньютон при выполнении экспериментов с цветами.

Метод RGB дает возможность создавать белый свет точного оттенка, имеющий способность подчеркивать освещаемые цвета. Однако для создания белого цвета RGB требуется сравнительно сложное оборудование, так как в одном источнике необходимо использовать сразу три светодиода. При этом получаемый свет неестественно передает пастельные тона, что является основным следствием низкого индекса цветопередачи белого света, полученного методом RGB.

Белые люминофорные светодиоды обеспечивают лучшую цветопередачу, чем белые RGB-светодиоды, в большинстве случаев сравнимую с люминесцентными источниками света. От белых RGB-источников света они также отличаются высокой энергоэффективностью. Именно высокая энергоэффективность и хорошая цветопередача делают люминофорные технологии предпочтительным способом получения белого света.

В процессе производства белых светодиодов на светодиодный кристалл наносится слой люминофора. Оттенок или цветовая температура белого света, излучаемого светодиодом, определяется длиной волны света, испускаемого синим светодиодом и составом люминофора.

Цветовая температура излучения светодиода зависит от толщины слоя люминофора. Производители стараются минимизировать цветовые вариации с помощью строгого контроля толщины и состава слоя люминофора.  Компания Philips Lumileds использует защищенный патентом процесс изготовления светодиодов Philips LUXEON, излучающих холодный и нейтральный белый свет с высоким постоянством цвета.¹⁰

В настраиваемых световых приборах, позволяющих получать белый свет из определенного диапазона цветовых температур, используется принцип смешивания трех цветов. Эти приборы обычно содержат светодиоды холодного и теплого белого света, индивидуально управляемые по принципу, применяемому в полноцветных источниках света RGB. Регулирование относительной интенсивности холодного и теплого белого света изменяет цветовую температуру настраиваемого светового прибора по тому же принципу, как регулируется интенсивность излучения красных, зеленых и синих светодиодов полноцветного (RGB).

Краткая история создания светодиодов

Светодиоды, или светоизлучающие диоды, являются электрическими источниками света. Первый красный светодиод был создан в 1962 г. Ником Холоньяком (Nick Holonyak) в компании General Electric. Монохромные красные светодиоды в 60-е гг. прошлого столетия применялись для производства небольших световых индикаторов, используемых в электронных приборах. Хотя они испускали тусклый свет и имели низкую энергоэффективность, технология оказалась перспективной и стала быстро развиваться. В начале 70-х гг. появились зеленые и желтые светодиоды. Они использовались в наручных часах, калькуляторах, электронных приборах, в светофорах и указателях «Выход». Эффективность светодиодов по световому потоку постоянно увеличивалась, и к 1990 г. световой поток красных, желтых и зеленых светодиодов достиг значения I люмен (лм).

В 1993 г. Суджи Накамура (Shuji Nakamura), инженер, работающий в компании Nichia, создал первый синий светодиод высокой яркости. Так как красный, синий и зеленый являются тремя главными

составляющими света, теперь с помощью светодиодов можно было получить любой цвет освещения, включая белый. Белые люминофорные светодиоды — это светодиоды, объединяющие синий или ультрафиолетовый светодиод с люминофорным покрытием, впервые появились в 1996 г. В конце 90-х гг. светодиоды постепенно заменяют лампы накаливания там, где требуется окрашенный свет.

В 2000-2005 гг. уровень светового потока светодиодов достиг значения 100 лм и выше. Появились белые светодиоды с теплыми и холодными оттенками, подобными образуемым лампами накаливания, люминесцентными лампами и схожие с естественным освещением. Постепенно светодиоды составили конкуренцию традиционным источникам света и стали применяться в театральном и сценическом освещении.

В настоящее время светодиоды широко используются в различных системах общего освещения. По мнению Департамента энергетики (Department of Energy) и Ассоциации развития оптоэлектронной промышленности (Optoelectronics Industry Development Association), к 2025 г. светодиоды станут самым распространенным источником света в жилых домах и офисах.

История создания светодиодов
60-е гг.	1962 г. — Первый красный светодиод, разработанный Ником Холоньяком в компании GE. Красные индикаторные светодиоды, выпущенные компанией HP из материалов производства Monsanto — 0,01 лм. Первые зеленые и желтые светодиоды.
70-е гг.	1971    г. — Первые синие светодиоды. 1972    г. — Красные светодиоды со световым потоком 1 лм. Светодиоды начинают использоваться в наручных часах, калькуляторах, светофорах и указателях «Выход».
80-е гг.	1984 г. — Достижения в области повышения эффективности по световому потоку: первые сверхъяркие красные светодиоды.
90-е гг.	1993 г. — Инженер компании Nichia Суджи Накамура создал первый синий светодиод высокой яркости. 1995    г. — Зеленые светодиоды высокой яркости. 1996    г. — Первый белый светодиод. Сверхъяркие красные и янтарные светодиоды. Светодиоды начинают вытеснять лампы накаливания там, где требуется освещение окрашенным светом. Светодиоды устанавливаются в портативных светильниках. 1997    г. — Создание компании Color Kinetics. 1998    г. — Источники света RGB.
2000-е гг.	Белый свет, созданный с помощью светодиодов RGB. Белый свет, созданный с помощью синего светодиода с люминофорным покрытием. Первые «настраиваемые» светодиодные источники белого света. Светодиоды 10-100 лм. 2003    г. — Светодиоды широко применяются при проведении развлекательных мероприятий. 2004    г. — Светодиоды используются для акцентного освещения объектов. 2005    г. — Появляются светодиодные кластеры со световым потоком, превышающим 1000 лм. 2008 г. — Светодиоды используются в системах общего освещения. Увеличение количества производителей светодиодов (Nichia, Сгее, Osram, Lumileds, King Brite, Toyoda Gosei, Cotco)

Как работает светодиод на молекулярном уровне?

Опубликовано 19 сентября 2019 г.

Вы когда-нибудь задавались вопросом, как это маленькое электронное устройство, светодиод, излучает свет? По сравнению с гораздо менее эффективной лампой накаливания, которая производит свет путем преобразования электрической энергии в тепловую, светодиоды напрямую преобразуют электрическую энергию в энергию света. За последние несколько лет использование светодиодов увеличилось в геометрической прогрессии. Это связано с тем, что светодиоды эффективны, легко диммируются, нетоксичны и гораздо более долговечны по сравнению с другими источниками света. Но что такое светодиод и как он на самом деле работает? В этом уроке мы собираемся ответить на эти вопросы.

Что такое светодиод?

Светодиод или светоизлучающий диод — это тип диода, который специально разработан для излучения света. Он работает так же, как обычный или выпрямительный диод. Но что заставляет его излучать свет, так это полупроводниковый материал, используемый в нем. Конструкция светодиода такая же, как у обычного диода с p-n переходом. Однако вместо кремния или германия светодиоды изготавливаются из составных полупроводниковых материалов, таких как арсенид галлия, фосфид галлия и других полупроводниковых материалов, излучающих свет. Кремний наиболее широко используется в обычных диодах, поскольку он менее чувствителен к температуре. Однако они не выделяют энергию в виде света, а выделяют энергию в виде тепла, поэтому они не используются в светодиодах.

Как работает светодиод?

Итак, светодиод — это диод, поэтому, как и обычный диод, он может быть смещен в прямом или обратном направлении. Однако светодиод излучает свет только тогда, когда он находится в состоянии прямого смещения. Так что пока давайте просто сосредоточимся на прямом смещении светодиода. Чтобы сместить светодиод в прямом направлении, в основном вы просто подключаете его катодную клемму к отрицательной стороне внешнего напряжения смещения, а его анодную клемму — к положительной стороне внешнего напряжения смещения.

Когда светодиод смещен в прямом направлении, свободные электроны из n-области получают достаточно энергии, чтобы пересечь переход и рекомбинировать с дырками в p-области. Первоначально свободные электроны из n-области находятся в зоне проводимости, но когда они переходят в p-область, они выделяют энергию и попадают в дырку в валентной зоне. Для обычного кремниевого диода выделяемая энергия будет в виде тепла. Но для полупроводниковых материалов, используемых в светодиодах, энергия, высвобождаемая при рекомбинации свободных электронов с дырками, имеет форму света.

С точки зрения энергетической диаграммы видно, что прямое смещение светодиода сужает обедненную область и позволяет свободным электронам пересекать переход. Когда свободные электроны пересекают соединение и рекомбинируют с дырками, электроны высвобождают энергию в виде света.

Вот и все! По сути, то, что происходит внутри светодиода, когда он смещен в прямом направлении, очень похоже на обычный диод, за исключением того, что электроны выделяют свет, а не тепло, когда они меняют энергетические уровни.

Обратное смещение

Нам не нужно обсуждать обратное смещение, за исключением того, что оно действует как диод при обратном смещении, и если вы превысите установленные параметры, вы разрушите светодиод.

Цвет светодиода

Одной из первых характеристик светодиода, которую мы учитываем при использовании светодиода, конечно же, является его цвет. Иногда мы используем зеленые светодиоды, чтобы указать, что цепь находится в хорошем состоянии, или красные светодиоды, чтобы указать на наличие проблемы. Светодиоды могут быть красными, оранжевыми, желтыми, зелеными, синими, белыми или фиолетовыми, а цвет светодиода определяется используемым в нем полупроводниковым материалом.

Фотоны имеют разные длины волн в зависимости от их энергии или энергии в зависимости от их длин волн, в зависимости от того, как вы на это смотрите. Чтобы получить разные цвета, ученые и инженеры выяснили, сколько энергии должен потерять электрон, переходя из одного материала в другой, чтобы он излучал фотон с правильной длиной волны для желаемого цвета. Мы составили краткую таблицу, в которой показаны цвета, связанные с ними длины волн и материал, используемый в настоящее время для создания этого цвета. Если вам нужно больше времени для ознакомления с этой таблицей, она находится под ссылками на CircuitBread.com

Конструкция светодиода

Используя 5-миллиметровый светодиод, вы можете увидеть, как эта комбинация на полупроводниковом уровне на самом деле реализуется во что-то полезное. Если вы попытаетесь посмотреть, что находится внутри 5-мм светодиода, вы увидите, что выводная рамка, соединенная с выводом катода, также известная как наковальня, удерживает полупроводниковый материал. Отражающая чаша, соединенная с наковальней, фактически удерживает полупроводниковый материал. Область n расположена внизу, поэтому она подключена к катодной клемме, а область p находится вверху. Тогда есть только провод, который соединяет его с выводной рамкой стойки, которая подключена к клемме анода. Одна из причин такой конструкции заключается в том, что большая часть света, излучаемого светодиодом, исходит из области перехода, расположенной ближе к p-области. Таким образом, эта область находится как можно ближе к поверхности устройства.

Вот и все! Я надеюсь, что это руководство поможет вам понять, как работает светодиод. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в комментариях ниже, и если вы нашли это интересным или полезным, поставьте лайк и подпишитесь на нашу рассылку новостей или канал YouTube!

• Светодиод (14)
• Полупроводник (19)

Автор:

JB Magoncia

JB — инженер-электронщик, который интересуется звуком, встроенными системами и проектированием печатных плат. Он является одним из инженеров CircuitBread. JB также является музыкантом, который в основном играет на фортепиано/клавишных, но также может играть на басу, гитаре и барабанах. В настоящее время он живет в Кагаян-де-Оро, Филиппины.

Часто задаваемые вопросы по EE

Получите новейшие инструменты и учебные пособия, только что из тостера.

Как работает светодиод » Electronics Notes

Используемые полупроводниковые технологии и материалы являются ключом к пониманию того, как работает светодиод.

---

Учебное пособие по светоизлучающим диодам Включает:
Светодиод Как работает светодиод Как делают светодиод Технические характеристики светодиодов срок службы светодиода светодиодные пакеты Светодиоды высокой мощности/яркости Технология светодиодного освещения светодиодные COB Органические светодиоды, OLED

Другие диоды: Типы диодов

---

Светодиодная технология считается само собой разумеющейся, поскольку светодиоды широко используются. Однако технология и используемые материалы являются ключом к пониманию того, как работает светодиод.

Хотя базовый PN-переход использовался уже много лет, только в 1962 году был разработан светодиод, и его действие стало понятным.

Светодиод, символ цепи светодиода

Светодиодная технология: как работает светодиод

Светодиод представляет собой специальную форму PN-перехода, в которой используется составной переход. Полупроводниковый материал, используемый для перехода, должен быть составным полупроводником. Обычно используемые полупроводниковые материалы, включая кремний и германий, представляют собой простые элементы, и переходы, изготовленные из этих материалов, не излучают свет. Вместо этого составные полупроводники, включая арсенид галлия, фосфид галлия и фосфид индия, являются составными полупроводниками, и соединения, сделанные из этих материалов, действительно излучают свет.

Эти составные полупроводники классифицируются по валентным зонам, которые они занимают. Для арсенида галлия галлий имеет валентность три, а мышьяк — валентность пять, и это то, что называется полупроводником группы III-V, и есть ряд других полупроводников, которые соответствуют этой категории. Также возможны полупроводники, изготовленные из материалов группы III-V.

Как работает светоизлучающий диод

Светодиод излучает свет, когда он смещен в прямом направлении. Когда к переходу прикладывается напряжение, чтобы сделать его смещенным в прямом направлении, ток течет, как и в случае любого PN-перехода. Дырки из области p-типа и электроны из области n-типа входят в переход и рекомбинируют, как обычный диод, чтобы обеспечить протекание тока. Когда это происходит, высвобождается энергия, часть которой находится в виде световых фотонов.

Обнаружено, что большая часть света производится из области перехода ближе к области Р-типа. В результате конструкция диодов выполнена таким образом, что эта область находится как можно ближе к поверхности устройства, чтобы обеспечить поглощение структурой минимального количества света.