LED-i valguspõhimõte

Kõiklaetav töövalgusti, kaasaskantav telkimisvalgustijamultifunktsionaalne esilaternKasutage LED-pirni tüüpi. Diood-LED-i põhimõtte mõistmiseks tuleb kõigepealt mõista pooljuhtide põhiteadmisi. Pooljuhtmaterjalide juhtivusomadused on juhtide ja isolaatorite vahel. Selle ainulaadsed omadused on järgmised: kui pooljuhti stimuleerivad välised valgus- ja kuumustingimused, muutub selle juhtivusvõime oluliselt; väikese koguse lisandite lisamine puhtale pooljuhile suurendab oluliselt selle elektrijuhtivusvõimet. Räni (Si) ja germaanium (Ge) on tänapäeva elektroonikas kõige sagedamini kasutatavad pooljuhid ja nende välised elektronid on neli. Kui räni või germaaniumi aatomid moodustavad kristalli, interakteeruvad naaberaatomid üksteisega, nii et välised elektronid jagatakse kahe aatomi vahel, moodustades kristallis kovalentse sideme struktuuri, mis on molekulaarstruktuur, millel on vähe piiravaid omadusi. Toatemperatuuril (300 K) paneb termiline ergastus mõned välised elektronid saama piisavalt energiat, et kovalentsest sidemest lahti eralduda ja vabadeks elektronideks muutuda, seda protsessi nimetatakse sisemiseks ergastuseks. Pärast elektroni vabanemist ja vabaks elektroniks muutumist jääb kovalentsesse sidemesse vaba koht. Seda vaba kohta nimetatakse auguks. Augu välimus on oluline omadus, mis eristab pooljuhti juhist.

Kui sisemisele pooljuhile lisatakse väike kogus pentavalentset lisandit, näiteks fosforit, tekib sellel pärast kovalentse sideme moodustumist teiste pooljuhi aatomitega üks lisaelektron. See lisaelektron vajab sidemest vabanemiseks ja vabaks elektroniks muutumiseks vaid väga väikest energiat. Sellist lisandipooljuhti nimetatakse elektronpooljuhiks (N-tüüpi pooljuht). Kui aga sisemisele pooljuhile lisatakse väike kogus kolmevalentseid elementaarseid lisandeid (näiteks boor jne), kuna sellel on väliskihis ainult kolm elektroni ja pärast kovalentse sideme moodustumist ümbritsevate pooljuhi aatomitega, tekib kristallis vaba koht. Sellist lisandipooljuhti nimetatakse aukpooljuhiks (P-tüüpi pooljuht). N- ja P-tüüpi pooljuhtide kombineerimisel on vabade elektronide ja aukude kontsentratsioon nende ühenduskohtades erinev. Nii elektronid kui ka augud difundeeruvad madalama kontsentratsiooniga poole, jättes maha laetud, kuid liikumatud ioonid, mis hävitavad N- ja P-tüüpi piirkondade algse elektrilise neutraalsuse. Neid liikumatuid laetud osakesi nimetatakse sageli ruumilaenguteks ja need on koondunud N- ja P-piirkondade liidese lähedale, moodustades väga õhukese ruumilaengu piirkonna, mida tuntakse PN-siirdena.

Kui PN-siirde mõlemasse otsa rakendatakse eelpinget (P-tüüpi ühele küljele positiivne pinge), liiguvad augud ja vabad elektronid üksteise ümber, luues sisemise elektrivälja. Seejärel rekombineeruvad äsja süstitud augud vabade elektronidega, vabastades mõnikord liigset energiat footonite kujul, mis on LED-ide kiiratav valgus. Selline spekter on suhteliselt kitsas ja kuna igal materjalil on erinev keelutsoon, on kiiratavate footonite lainepikkused erinevad, seega LED-ide värvid määravad kasutatud põhimaterjalid.