एलईडी का चमकदार सिद्धांत

सभीरिचार्जेबल कार्य प्रकाश, पोर्टेबल कैम्पिंग लाइटऔरबहुक्रियाशील हेडलैम्पएलईडी बल्ब प्रकार का उपयोग करें। डायोड एलईडी के सिद्धांत को समझने के लिए, पहले अर्धचालकों के बुनियादी ज्ञान को समझना होगा। अर्धचालक पदार्थों के प्रवाहकीय गुण कंडक्टर और इन्सुलेटर के बीच होते हैं। इसकी अनूठी विशेषताएं हैं: जब अर्धचालक बाहरी प्रकाश और गर्मी की स्थिति से उत्तेजित होता है, तो इसकी प्रवाहकीय क्षमता में काफी बदलाव आएगा; शुद्ध अर्धचालक में थोड़ी मात्रा में अशुद्धियाँ मिलाने से बिजली का संचालन करने की इसकी क्षमता में काफी वृद्धि होती है। सिलिकॉन (Si) और जर्मेनियम (Ge) आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में सबसे अधिक इस्तेमाल किए जाने वाले अर्धचालक हैं, और उनके बाहरी इलेक्ट्रॉन चार हैं। जब सिलिकॉन या जर्मेनियम परमाणु एक क्रिस्टल बनाते हैं, तो पड़ोसी परमाणु एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं, जिससे बाहरी इलेक्ट्रॉन दो परमाणुओं द्वारा साझा हो जाते हैं, जो क्रिस्टल में सहसंयोजक बंधन संरचना बनाता है, जो कि थोड़ी बाधा क्षमता वाली आणविक संरचना है। कमरे के तापमान (300K) पर, थर्मल उत्तेजना कुछ बाहरी इलेक्ट्रॉनों को सहसंयोजक बंधन से अलग होने और मुक्त इलेक्ट्रॉन बनने के लिए पर्याप्त ऊर्जा देगी, इस प्रक्रिया को आंतरिक उत्तेजना कहा जाता है। इलेक्ट्रॉन के मुक्त इलेक्ट्रॉन बनने के बाद, सहसंयोजक बंधन में एक रिक्त स्थान रह जाता है। इस रिक्त स्थान को छेद कहा जाता है। छेद का दिखना एक महत्वपूर्ण विशेषता है जो अर्धचालक को कंडक्टर से अलग करती है।

जब फॉस्फोरस जैसे पंचसंयोजक अशुद्धता की थोड़ी मात्रा आंतरिक अर्धचालक में डाली जाती है, तो अन्य अर्धचालक परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंधन बनाने के बाद इसमें एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन होगा। इस अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन को बंधन से छुटकारा पाने और मुक्त इलेक्ट्रॉन बनने के लिए केवल बहुत कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इस तरह के अशुद्धता अर्धचालक को इलेक्ट्रॉनिक अर्धचालक (N-प्रकार अर्धचालक) कहा जाता है। हालांकि, आंतरिक अर्धचालक में थोड़ी मात्रा में त्रिसंयोजक तात्विक अशुद्धता (जैसे बोरॉन, आदि) मिलाने पर, क्योंकि इसकी बाहरी परत में केवल तीन इलेक्ट्रॉन होते हैं, आसपास के अर्धचालक परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंधन बनाने के बाद, यह क्रिस्टल में एक रिक्त स्थान बना देगा। इस तरह के अशुद्धता अर्धचालक को छिद्र अर्धचालक (P-प्रकार अर्धचालक) कहा जाता है। इलेक्ट्रॉन और होल दोनों ही कम सांद्रता की ओर फैल जाते हैं, जिससे आवेशित लेकिन स्थिर आयन पीछे रह जाते हैं जो N-प्रकार और P-प्रकार क्षेत्रों की मूल विद्युत तटस्थता को नष्ट कर देते हैं। इन स्थिर आवेशित कणों को अक्सर स्पेस चार्ज कहा जाता है, और वे N और P क्षेत्रों के इंटरफेस के पास केंद्रित होकर स्पेस चार्ज का एक बहुत पतला क्षेत्र बनाते हैं, जिसे PN जंक्शन के रूप में जाना जाता है।

जब PN जंक्शन के दोनों सिरों पर फॉरवर्ड बायस वोल्टेज लगाया जाता है (P-टाइप के एक तरफ पॉजिटिव वोल्टेज), तो होल और फ्री इलेक्ट्रॉन एक दूसरे के चारों ओर घूमते हैं, जिससे एक आंतरिक विद्युत क्षेत्र बनता है। नए इंजेक्ट किए गए होल फिर फ्री इलेक्ट्रॉन के साथ फिर से जुड़ जाते हैं, कभी-कभी फोटॉन के रूप में अतिरिक्त ऊर्जा छोड़ते हैं, जो कि एलईडी द्वारा उत्सर्जित प्रकाश है। ऐसा स्पेक्ट्रम अपेक्षाकृत संकीर्ण होता है, और चूंकि प्रत्येक सामग्री का एक अलग बैंड गैप होता है, इसलिए उत्सर्जित फोटॉन की तरंग दैर्ध्य अलग-अलग होती है, इसलिए एलईडी के रंग उपयोग की जाने वाली मूल सामग्री द्वारा निर्धारित होते हैं।