LEDの発光原理

全て充電式ワークライト、 ポータブルキャンプライトそして多機能ヘッドランプLED電球タイプを使用します。ダイオードLEDの原理を理解するには、まず半導体の基礎知識を理解する必要があります。半導体材料の導電特性は、導体と絶縁体の中間にあります。そのユニークな特徴は、半導体が外部の光や熱条件によって刺激されると、その導電能力が大きく変化することです。純粋な半導体に少量の不純物を加えると、電気を通す能力が大幅に向上します。シリコン (Si) とゲルマニウム (Ge) は現代のエレクトロニクスで最も一般的に使用されている半導体であり、その外側の電子は 4 つです。シリコンやゲルマニウムの原子が結晶を形成する際、隣り合う原子同士が相互作用し、外側の電子を２つの原子で共有することにより結晶内に共有結合構造が形成され、拘束力の少ない分子構造となります。室温 (300K) では、熱励起によって一部の外部電子が共有結合から離れて自由電子になるのに十分なエネルギーを獲得します。このプロセスは固有励起と呼ばれます。電子の結合が解けて自由電子になった後、共有結合には空孔が残ります。この空隙をホールと呼びます。穴の外観は、半導体と導体を区別する重要な特徴です。

真性半導体にリンなどの５価の不純物を少量添加すると、他の半導体原子と共有結合を形成した後、余分な電子を持ちます。この余分な電子は、結合を解除して自由電子になるのに非常に小さなエネルギーしか必要としません。このような不純物半導体を電子半導体（N型半導体）といいます。しかし、真性半導体に少量の三価の元素不純物（ホウ素など）を添加すると、外層には電子が 3 つしかないため、周囲の半導体原子と共有結合を形成した後、空孔が生じます。クリスタルの中で。このような不純物半導体をホール半導体（P型半導体）といいます。N型半導体とP型半導体を組み合わせると、それらの接合部の自由電子と正孔の濃度に差が生じます。電子と正孔はどちらも低濃度に向かって拡散し、帯電しているが移動できないイオンが残り、N 型領域と P 型領域の元の電気的中性を破壊します。これらの不動荷電粒子は空間電荷と呼ばれることが多く、N 領域と P 領域の界面近くに集中して、PN 接合として知られる非常に薄い空間電荷領域を形成します。

PN 接合の両端に順バイアス電圧 (P 型の片側に正の電圧) が印加されると、正孔と自由電子が相互に移動し、内部電界が生成されます。新しく注入された正孔は自由電子と再結合し、場合によっては光子の形で過剰なエネルギーを放出します。光子は、LED から発せられる光として見られます。このようなスペクトルは比較的狭く、各材料のバンドギャップが異なるため、放出される光子の波長も異なるため、LEDの色は使用される基本材料によって決まります。