Thiết bị và nguyên lý hoạt động của đèn LED

Trong đèn sợi đốt, ánh sáng phát ra từ dây tóc vonfram nóng đến trắng, về cơ bản là từ nhiệt. Giống như than đỏ rực trong lò nung, được nung nóng bởi tác dụng đốt nóng của dòng điện, khi các electron dao động nhanh và va chạm với các nút của mạng tinh thể của một kim loại dẫn điện, đồng thời phát ra ánh sáng nhìn thấy được, tuy nhiên, ánh sáng này chỉ thể hiện ít hơn hơn 15% tổng năng lượng điện tiêu thụ cung cấp năng lượng cho đèn...

Đèn LED, không giống như đèn sợi đốt, phát ra ánh sáng không phải do nhiệt mà do tính đặc thù trong thiết kế của chúng, chủ yếu nhằm đảm bảo rằng năng lượng hiện tại đi chính xác đến sự phát xạ ánh sáng, ở một bước sóng nhất định. Do đó, hiệu quả của đèn LED làm nguồn sáng vượt quá 50%.

Dòng điện chảy qua đây qua tiếp giáp p-n, trong khi trong quá trình chuyển đổi có sự tái hợp của các electron và lỗ trống với sự phát ra các photon (lượng tử) của ánh sáng nhìn thấy có tần số nhất định và do đó có màu nhất định.

Mỗi đèn LED được bố trí cơ bản như sau.Đầu tiên, như đã lưu ý ở trên, có một mối nối electron-lỗ trống, bao gồm chất bán dẫn loại p (phần lớn chất mang dòng điện là lỗ trống) và chất bán dẫn loại n tiếp xúc với nhau (hơn nữa phần lớn chất mang dòng điện là lỗ trống). điện tử).

Khi dòng điện được truyền theo hướng thuận qua điểm nối này, thì tại điểm tiếp xúc của chất bán dẫn thuộc hai loại ngược nhau, quá trình chuyển đổi điện tích xảy ra (các hạt mang điện nhảy giữa các mức năng lượng) từ vùng có một loại độ dẫn sang vùng có độ dẫn điện. loại dẫn điện khác nhau.

Trong trường hợp này, các electron mang điện tích âm của chúng kết hợp với các ion của lỗ trống mang điện tích dương. Tại thời điểm này, các photon ánh sáng được sinh ra, tần số của chúng tỷ lệ thuận với sự khác biệt về mức năng lượng của các nguyên tử (độ cao của hàng rào tiềm năng) giữa các chất ở cả hai phía của quá trình chuyển đổi.

Về mặt cấu trúc, đèn LED có nhiều dạng khác nhau. Hình thức đơn giản nhất là thân máy năm milimét - một thấu kính. Những đèn LED như vậy thường có thể được tìm thấy dưới dạng đèn LED chỉ báo trên các thiết bị gia dụng khác nhau. Ở phía trên, vỏ đèn LED có hình dạng như một thấu kính. Một gương phản xạ parabol (phản xạ) được lắp đặt ở phần dưới của vỏ.

Trên gương phản xạ là một tinh thể phát ra ánh sáng tại điểm có dòng điện đi qua tiếp giáp pn. Từ cực âm — đến cực dương, từ gương phản xạ — theo hướng của sợi dây mỏng, các electron di chuyển qua khối lập phương — tinh thể.

Tinh thể bán dẫn này là thành phần chính của đèn LED. Ở đây nó có kích thước 0,3 x 0,3 x 0,25 mm. Tinh thể được kết nối với cực dương bằng một cây cầu dây mỏng.Cơ thể polymer đồng thời là một thấu kính trong suốt tập trung ánh sáng theo một hướng nhất định, do đó thu được một góc phân kỳ giới hạn của chùm sáng.

Ngày nay, đèn LED có đủ màu sắc của cầu vồng, từ cực tím và trắng đến đỏ và hồng ngoại. Phổ biến nhất là các màu LED đỏ, cam, vàng, lục, lam và trắng. Và màu sắc lấp lánh ở đây không được quyết định bởi màu sắc của vỏ máy!

Màu sắc phụ thuộc vào bước sóng của các photon phát ra từ tiếp giáp pn. Ví dụ, màu đỏ của đèn LED đỏ có bước sóng đặc trưng từ 610 đến 760 nm. Ngược lại, bước sóng phụ thuộc vào vật liệu được sử dụng để sản xuất một bộ phận cụ thể chất bán dẫn đối với đèn LED này Vì vậy, để có được màu từ đỏ sang vàng, người ta sử dụng tạp chất nhôm, indium, gali và phốt pho.

Để có được màu từ xanh lục sang xanh lam - nitơ, gali, indi. Để có được màu trắng, một loại phốt pho đặc biệt được thêm vào tinh thể, chất này biến màu xanh lam thành màu trắng với sự trợ giúp của hiện tượng phát quang.

Xem thêm: Tại sao đèn LED nên được kết nối thông qua một điện trở