03.01.2021 19:21
for all
21 views
    
rating 5 | 1 usr.
 © Файний Електрик

Будова та принцип роботи світлодіода

Будова та принцип роботи світлодіода

У лампах розжарення світло створюється розпеченою до білого кольору вольфрамовою ниткою, по суті – від тепла. Немов жар в печі, що підігрівається тепловою дією електричного струму, коли електрони швидко-швидко коливаються і стикаються з вузлами кристалічної решітки провідного металу, при цьому випромінюючи видиме світло, на яке припадає, однак, лише близько 15% всієї витрачається електричної енергії, що живить лампу.

Світлодіоди, на відміну від ламп розжарювання, випромінюють світло зовсім не за рахунок тепла, а завдяки особливості своєї конструкції, принципово націленої на те, щоб енергія струму йшла саме на випускання світла, причому певної довжини хвилі. В результаті ККД світлодіода, як джерела світла, перевищує 50%.

Струм тут проходить через p-n-перехід, при цьому на переході відбувається рекомбінація електронів і дірок з випромінюванням фотонів (квантів) видимого світла з певною частотою, а значить – з певним кольором.

Будь-який світлодіод принципово влаштований таким чином. По-перше, як зазначалося вище, тут присутній електронно-дірковий перехід, що складається з контактуючими один з одним напівпровідників p-типу (основні носії струму – дірки) і n-типу (основні носії струму – електрони).

p-n-перехід світлодіода

Коли в прямому напрямку через цей перехід пропускається струм, то в місці контакту напівпровідників двох протилежних типів відбувається перехід заряду (носії заряду перескакують між енергетичними рівнями) з області з одним типом провідності – в область з іншим типом провідності.

При цьому електрони зі своїм негативним зарядом з`єднуються з іонами позитивно заряджених дірок. У цей момент і народжуються фотони світла, частота яких пропорційна різниці енергетичних рівнів атомів (висоті потенційного бар`єру) між речовинами з двох сторін від переходу.

Конструктивно світлодіоди бувають різних форм. Найбільш проста форма – п`ятиміліметровий корпус-лінза. Такі світлодіоди часто можна зустріти в якості індикаторів на різноманітній побутовій техніці. Зверху корпус світлодіода має форму лінзи. Знизу, всередині корпусу, встановлений параболічний рефлектор (відбивач).

Будова світлодіода

На рефлекторі знаходиться кристал, який випромінює світло в місці проходження струму через p-n-перехід. Від катода – до анода, з рефлектора – в сторону тонкого провідника електрони рухаються через кубик-кристал.

Цей напівпровідниковий кристал – головний елемент світлодіода. Він має розмір 0, 3х0, 3х0, 25 мм. Кристал з`єднується з анодом перемичкою з тонкого дроту. Полімерний корпус являє собою одночасно прозору лінзу, яка фокусує світло в певному напрямку, при цьому виходить обмежений кут розбіжності світлового пучка.

На сьогоднішній день доступні світлодіоди всіх кольорів веселки, починаючи від ультрафіолетового та білого, закінчуючи червоним та інфрачервоним. Найбільш поширені: червоний, оранжевий, жовтий, зелений, синій і білий кольори світлодіодів. І колір світіння тут визначається аж ніяк не кольором корпусу!

Колір залежить від довжини хвилі фотонів, випромінюваних на p-n-переході. Наприклад червоний колір червоного світлодіода має характерну довжину хвилі від 610 до 760 нм. Довжина хвилі, в свою чергу, залежить від матеріалу, який використовувався у виробництві конкретного напівпровідника для даного світлодіода. Так, для отримання кольору від червоного до жовтого, застосовують домішки алюмінію, індію, галію і фосфору.

Для отримання кольорів від зеленого до блакитного – азот, галій, індій. Для отримання білого кольору, до кристалу додають спеціальний люмінофор, який перетворює синій колір в білий за допомогою явища фотолюмінесценції.

Обговорення

Візьміть участь в обговоренні

  • Поскаржитись