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 चालकता 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 परस्पर क्रिया करते हैं, जिससे बाहरी इलेक्ट्रॉन दोनों परमाणुओं द्वारा साझा किए जाते हैं, जो क्रिस्टल में सहसंयोजक बंधन संरचना बनाता है इलेक्ट्रॉन के मुक्त इलेक्ट्रॉन बनने के बाद, सहसंयोजक बंधन में एक रिक्ति रह जाती है। इस रिक्ति को छिद्र कहते हैं। छिद्र का दिखना एक महत्वपूर्ण विशेषता है जो अर्धचालक को चालक से अलग करती है।

जब फॉस्फोरस जैसे पंचसंयोजक अशुद्धता की थोड़ी मात्रा को आंतरिक अर्धचालक में मिलाया जाता 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 एक मुक्त इलेक्ट्रॉन बनने के लिए केवल बहुत कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इस प्रकार 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 रिक्ति पैदा करेगा। इस प्रकार के अशुद्धता अर्धचालक को छिद्र अर्धचालक (P-प्रकार अर्धचालक) कहा जाता है। इलेक्ट्रॉन और छिद्र दोनों निम्न सांद्रता की ओर विसरित हो 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 अंतरिक्ष आवेश कहा जाता है, और ये N और P क्षेत्रों के अंतरापृष्ठ के पास संकेंद्रित होकर अंतरिक्ष आवेश का एक बहुत पतला क्षेत्र बनाते हैं, जिसे PN जंक्शन कहते हैं।

जब PN जंक्शन के दोनों सिरों पर एक अग्र अभिनत वोल्टेज (P-प्रकार के एक ओर धनात्मक वोल्टेज) लगाया जाता है, तो छिद्र और मुक्त इलेक्ट्रॉन एक-दूसरे के चारों ओर घूमते हैं, जिससे एक आंतरिक विद्युत क्षेत्र बनता है। नए अंतःक्षेपित छिद्र फिर मुक्त इलेक्ट्रॉनों के साथ पुनर्संयोजित हो जाते हैं, कभी-कभी अतिरिक्त ऊर्जा को फोटॉन के रूप में मुक्त करते हैं, जो कि वह प्रकाश है जिसे हम एलईडी द्वारा उत्सर्जित देखते हैं। ऐसा स्पेक्ट्रम अपेक्षाकृत संकीर्ण होता है, और चूँकि प्रत्येक पदार्थ का बैंड गैप अलग होता है, उत्सर्जित फोटॉन की तरंगदैर्ध्य भी अलग-अलग होती है, इसलिए एलईडी के रंग प्रयुक्त मूल पदार्थों द्वारा निर्धारित होते हैं।