Как упоминалось ранее, светодиоды работают по той же базовой концепции, что и традиционные источники освещения - они генерируют свет электрическим током, протекающим через них. Однако на этом сходство заканчивается. В отличие от традиционных источников освещения, которые полагаются на тепло или химическую реакцию для получения освещения, светодиоды полагаются на полупроводник для своего источника света. Это уникальная технология, которая предлагает значительные технологические преимущества и гораздо больший потенциал для непрерывного развития.
Чтобы объяснить, как работают светодиоды, важно сначала понять, что такое полупроводник и как он функционирует. Полупроводники — это материалы с различной способностью проводить электрический ток. Светодиоды являются одними из самых простых типов полупроводников. Большинство полупроводников имеют примеси, добавленные к ним, чтобы позволить электронам протекать, поскольку сам по себе чистый полупроводниковый материал является плохим проводником. Когда в полупроводник добавлены примеси, это называется легированием.
Вообще говоря, эти полупроводники изготовлены из алюминия-галлия-арсенида (AlGaAs). Когда этот материал легирован, он может либо добавлять свободные электроны, либо создавать дырки в материале, куда могут идти электроны. Когда полупроводник имеет дополнительные электроны, он известен как материал N-типа, поскольку он имеет дополнительные отрицательно заряженные частицы. Когда в полупроводнике есть дополнительные отверстия, он известен как материал P-типа, поскольку он эффективно содержит дополнительные положительно заряженные частицы.
Основная конструкция диода состоит из сечения из материала N-типа и P-типа, скрепленного вместе с электродами на каждом конце. В этой схеме электричество проводится только в одном направлении. Без подачи напряжения между материалами типа P и N создается зона истощения, восстанавливающая полупроводник в исходное изоляционное состояние, где электроны или электричество не могут течь.
Для того чтобы зона истощения была удалена, электроны должны быть перемещены из области N-типа в область P-типа, а также дырки в обратном направлении. Как только это происходит через достаточно значительное напряжение, зона истощения удаляется, и заряд перемещается по диоду. Именно это взаимодействие между электронами и дырками генерирует свет, видимый в светодиоде.
В частности, свет, генерируемый светодиодом, на самом деле является результатом высвобождения фотонов от движения этих электронов с одной орбитали атома на другую. Чем больше расстояние между орбиталями, тем больше энергия, выделяемая электроном во время взаимодействия и тем выше частота производимого света. И наоборот, чем короче расстояние между орбиталями, тем ниже энергия, выделяемая при взаимодействии, и тем ниже частота. Более низкие частоты часто находятся в инфракрасной части светового спектра, что означает, что он невидим для человеческого глаза.
Эта изменчивость изменения орбиты электрона отвечает за широкий диапазон вариантов цветовой температуры, доступных сегодня в светодиодном освещении. По сравнению с традиционным освещением с фиксированными или ограниченными цветовыми температурами, светодиоды предлагают почти бесконечный спектр возможностей для каждого типа ламп. Фактически, некоторые светодиодные светильники предлагают пользователю возможность легко переключаться между различными цветовыми температурами.
