एलईडी का प्रकाशमान सिद्धांत

सभीरिचार्जेबल वर्क लाइट, पोर्टेबल कैंपिंग लाइटऔरबहुक्रियाशील हेडलाइटएलईडी बल्ब का उपयोग करें। डायोड एलईडी के सिद्धांत को समझने के लिए, सबसे पहले अर्धचालकों का बुनियादी ज्ञान होना आवश्यक है। अर्धचालक पदार्थों के चालक गुण चालकों और कुचालकों के बीच होते हैं। इसकी अनूठी विशेषता यह है कि जब अर्धचालक बाहरी प्रकाश और ऊष्मा से उत्तेजित होता है, तो इसकी चालकता में काफी परिवर्तन होता है; शुद्ध अर्धचालक में थोड़ी मात्रा में अशुद्धियाँ मिलाने से इसकी विद्युत चालकता में काफी वृद्धि होती है। सिलिकॉन (Si) और जर्मेनियम (Ge) आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले अर्धचालक हैं, और इनके बाहरी इलेक्ट्रॉन चार होते हैं। जब सिलिकॉन या जर्मेनियम परमाणु एक क्रिस्टल बनाते हैं, तो पड़ोसी परमाणु एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, जिससे बाहरी इलेक्ट्रॉन दो परमाणुओं द्वारा साझा किए जाते हैं, जो क्रिस्टल में सहसंयोजक बंधन संरचना का निर्माण करते हैं, जो कम बंधन क्षमता वाली आणविक संरचना है। कमरे के तापमान (300K) पर, ऊष्मीय उत्तेजना के कारण कुछ बाहरी इलेक्ट्रॉनों को सहसंयोजक बंधन से अलग होने और मुक्त इलेक्ट्रॉन बनने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त होती है, इस प्रक्रिया को आंतरिक उत्तेजना कहा जाता है। जब इलेक्ट्रॉन बंधन मुक्त होकर स्वतंत्र इलेक्ट्रॉन बन जाता है, तो सहसंयोजक बंध में एक रिक्ति उत्पन्न हो जाती है। इस रिक्ति को छिद्र (होल) कहते हैं। छिद्र की उपस्थिति एक महत्वपूर्ण विशेषता है जो अर्धचालक को चालक से अलग करती है।

जब किसी प्राकृतिक अर्धचालक में फास्फोरस जैसी पंचसंयोजक अशुद्धि की थोड़ी मात्रा मिलाई जाती है, तो अन्य अर्धचालक परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंध बनाकर उसमें एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन आ जाता है। इस अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन को बंध से मुक्त होकर मुक्त इलेक्ट्रॉन बनने के लिए बहुत कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इस प्रकार के अशुद्धि वाले अर्धचालक को इलेक्ट्रॉनिक अर्धचालक (एन-प्रकार अर्धचालक) कहा जाता है। हालांकि, प्राकृतिक अर्धचालक में त्रिसंयोजक तत्वीय अशुद्धियों (जैसे बोरॉन आदि) की थोड़ी मात्रा मिलाने पर, बाहरी परत में केवल तीन इलेक्ट्रॉन होने के कारण, आसपास के अर्धचालक परमाणुओं के साथ सहसंयोजक बंध बनाकर क्रिस्टल में रिक्ति उत्पन्न हो जाती है। इस प्रकार के अशुद्धि वाले अर्धचालक को छिद्रयुक्त अर्धचालक (पी-प्रकार अर्धचालक) कहा जाता है। एन-प्रकार और पी-प्रकार के अर्धचालकों को मिलाने पर, उनके जंक्शन पर मुक्त इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की सांद्रता में अंतर होता है। इलेक्ट्रॉन और होल दोनों ही कम सांद्रता की ओर फैल जाते हैं, जिससे आवेशित लेकिन अचल आयन पीछे रह जाते हैं जो एन-प्रकार और पी-प्रकार क्षेत्रों की मूल विद्युत तटस्थता को नष्ट कर देते हैं। इन अचल आवेशित कणों को अक्सर स्पेस चार्ज कहा जाता है, और ये एन और पी क्षेत्रों के इंटरफ़ेस के पास केंद्रित होकर स्पेस चार्ज का एक बहुत पतला क्षेत्र बनाते हैं, जिसे पीएन जंक्शन के नाम से जाना जाता है।

जब पीएन जंक्शन के दोनों सिरों पर अग्रगामी बायस वोल्टेज लगाया जाता है (पी-टाइप के एक तरफ धनात्मक वोल्टेज), तो छिद्र और मुक्त इलेक्ट्रॉन एक दूसरे के चारों ओर घूमने लगते हैं, जिससे एक आंतरिक विद्युत क्षेत्र बनता है। नए सिरे से उत्पन्न छिद्र फिर मुक्त इलेक्ट्रॉनों के साथ पुनर्संयोजित होते हैं, जिससे कभी-कभी अतिरिक्त ऊर्जा फोटॉनों के रूप में निकलती है, जो एलईडी द्वारा उत्सर्जित प्रकाश होता है। ऐसा स्पेक्ट्रम अपेक्षाकृत संकीर्ण होता है, और चूंकि प्रत्येक पदार्थ का बैंड गैप अलग-अलग होता है, इसलिए उत्सर्जित फोटॉनों की तरंगदैर्ध्य भिन्न होती है, इस प्रकार एलईडी के रंग उपयोग किए गए मूल पदार्थों द्वारा निर्धारित होते हैं।