Nguyên lý phát sáng của đèn LED

Tất cảđèn làm việc có thể sạc lại, đèn cắm trại di độngVàđèn pha đa năngsử dụng loại bóng đèn LED. Để hiểu được nguyên lý hoạt động của diode, trước tiên phải hiểu những kiến ​​thức cơ bản về chất bán dẫn. Tính chất dẫn điện của vật liệu bán dẫn là giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Đặc điểm độc đáo của nó là: khi chất bán dẫn bị kích thích bởi các điều kiện ánh sáng và nhiệt bên ngoài, khả năng dẫn điện của nó sẽ thay đổi đáng kể; Việc thêm một lượng nhỏ tạp chất vào chất bán dẫn tinh khiết sẽ làm tăng đáng kể khả năng dẫn điện của nó. Silicon (Si) và germanium (Ge) là những chất bán dẫn được sử dụng phổ biến nhất trong các thiết bị điện tử hiện đại và có bốn electron bên ngoài của chúng. Khi các nguyên tử silicon hoặc germanium tạo thành tinh thể, các nguyên tử lân cận tương tác với nhau, do đó các electron bên ngoài được chia sẻ bởi hai nguyên tử, tạo thành cấu trúc liên kết cộng hóa trị trong tinh thể, là cấu trúc phân tử có ít khả năng ràng buộc. Ở nhiệt độ phòng (300K), kích thích nhiệt sẽ làm cho một số electron ở lớp ngoài có đủ năng lượng để tách ra khỏi liên kết cộng hóa trị và trở thành electron tự do, quá trình này gọi là kích thích nội tại. Sau khi electron được giải phóng để trở thành electron tự do, liên kết cộng hóa trị sẽ để lại một chỗ trống. Chỗ trống này được gọi là lỗ. Sự xuất hiện của lỗ trống là đặc điểm quan trọng giúp phân biệt chất bán dẫn với chất dẫn điện.

Khi một lượng nhỏ tạp chất hóa trị năm như phốt pho được thêm vào chất bán dẫn nội tại, nó sẽ có thêm một electron sau khi hình thành liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử bán dẫn khác. Electron thừa này chỉ cần năng lượng rất nhỏ để thoát khỏi liên kết và trở thành electron tự do. Loại chất bán dẫn tạp chất này được gọi là chất bán dẫn điện tử (chất bán dẫn loại N). Tuy nhiên, việc thêm một lượng nhỏ tạp chất nguyên tố hóa trị ba (như boron, v.v.) vào chất bán dẫn bên trong, vì nó chỉ có ba electron ở lớp ngoài nên sau khi hình thành liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử bán dẫn xung quanh, nó sẽ tạo ra một chỗ trống trong tinh thể. Loại chất bán dẫn tạp chất này được gọi là chất bán dẫn lỗ (chất bán dẫn loại P). Khi kết hợp các chất bán dẫn loại N và loại P, sẽ có sự khác biệt về nồng độ của các electron tự do và lỗ trống tại điểm nối của chúng. Cả electron và lỗ trống đều bị khuếch tán về phía nồng độ thấp hơn, để lại các ion tích điện nhưng bất động, phá hủy tính trung hòa điện ban đầu của vùng loại N và loại P. Những hạt tích điện cố định này thường được gọi là điện tích không gian và chúng tập trung gần mặt phân cách của vùng N và P để tạo thành một vùng điện tích không gian rất mỏng, được gọi là điểm nối PN.

Khi đặt một điện áp phân cực thuận vào cả hai đầu của tiếp giáp PN (điện áp dương vào một phía của loại P), các lỗ trống và các electron tự do sẽ di chuyển xung quanh nhau, tạo ra một điện trường bên trong. Các lỗ mới được bơm vào sau đó sẽ kết hợp lại với các electron tự do, đôi khi giải phóng năng lượng dư thừa dưới dạng photon, đó là ánh sáng mà chúng ta thấy do đèn led phát ra. Quang phổ như vậy tương đối hẹp và do mỗi vật liệu có khoảng cách dải khác nhau nên bước sóng của các photon phát ra cũng khác nhau, do đó màu sắc của đèn led được xác định bởi các vật liệu cơ bản được sử dụng.