كما ذكرنا سابقًا ، تعمل الثنائيات الباعثة للضوء على نفس المفهوم الأساسي لمصادر الإضاءة التقليدية - فهي تولد الضوء عن طريق التيار الكهربائي المتدفق من خلالها. هذا هو المكان الذي تنتهي فيه أوجه التشابه. على عكس مصادر الإضاءة التقليدية التي تعتمد على الحرارة أو التفاعل الكيميائي من أجل إنتاج الإضاءة ، تعتمد مصابيح LED على أشباه الموصلات كمصدر للضوء. هذه تقنية فريدة توفر فوائد تكنولوجية كبيرة وإمكانات أكبر بكثير للتقدم المستمر.
لشرح كيفية عمل مصابيح LED ، من المهم أولاً فهم ماهية أشباه الموصلات وكيف تعمل. أشباه الموصلات هي مواد ذات قدرة متفاوتة على توصيل التيار الكهربائي. الثنائيات الباعثة للضوء هي بعض من أبسط أنواع أشباه الموصلات الموجودة. تحتوي معظم أشباه الموصلات على شوائب مضافة إليها للسماح للإلكترونات بالتدفق من خلالها ، نظرًا لأن مادة أشباه الموصلات النقية الخاصة بها تكون موصلًا ضعيفًا. عندما تمت إضافة شوائب إلى أشباه الموصلات ، يشار إلى ذلك باسم المنشطات.
بشكل عام ، هذه أشباه الموصلات مصنوعة من الألومنيوم-الغاليوم-زرنيخيد (AlGaAs). عندما يتم تخدير هذه المادة ، يمكنها إما إضافة إلكترونات حرة أو إحداث ثقوب في المادة حيث يمكن للإلكترونات أن تذهب. عندما يحتوي أحد أشباه الموصلات على إلكترونات إضافية ، يُعرف باسم مادة من النوع N لأنه يحتوي على جزيئات سالبة الشحنة إضافية. عندما تكون هناك ثقوب إضافية في أشباه الموصلات ، فإنها تُعرف باسم مادة من النوع P لأنها تحتوي على جزيئات موجبة الشحنة إضافية.
يتكون البناء الأساسي للديود من قسم من المواد من النوع N والنوع P مرتبطة ببعضها البعض مع أقطاب كهربائية في كل طرف. في هذا الترتيب ، يتم توصيل الكهرباء في اتجاه واحد فقط. مع عدم وجود جهد مطبق ، يتم إنشاء منطقة استنفاد بين المواد من النوع P و N ، مما يعيد أشباه الموصلات إلى حالتها العازلة الأصلية حيث لا يمكن أن تتدفق الإلكترونات أو الكهرباء.
من أجل إزالة منطقة النضوب ، يجب نقل الإلكترونات من منطقة النوع N إلى منطقة النوع P ، وكذلك الثقوب في الاتجاه العكسي. بمجرد حدوث ذلك من خلال جهد كافي كبير ، تتم إزالة منطقة النضوب وتتحرك الشحنة عبر الصمام الثنائي. هذا التفاعل بين الإلكترونات والثقوب هو الذي يولد الضوء المرئي في LED.
على وجه التحديد ، فإن الضوء الناتج عن LED هو في الواقع نتيجة إطلاق الفوتونات من حركة هذه الإلكترونات من مدار ذرة إلى مدار آخر. كلما زادت المسافة بين المدارات ، زادت الطاقة المنبعثة من الإلكترون أثناء التفاعل وزاد تردد الضوء الناتج. بشكل عكسي ، كلما كانت المسافة بين المدارات أقصر ، انخفضت الطاقة المنبعثة أثناء التفاعل وانخفض التردد. غالبًا ما تكون الترددات المنخفضة في جزء الأشعة تحت الحمراء من طيف الضوء مما يعني أنها غير مرئية للعين البشرية.
هذا التباين في التغيير المداري للإلكترون مسؤول عن مجموعة واسعة من خيارات درجة حرارة اللون المتاحة في إضاءة LED اليوم. مقارنة بالإضاءة التقليدية ذات درجات حرارة الألوان الثابتة أو المقيدة ، توفر مصابيح LED نطاقًا لا نهائيًا تقريبًا من الاحتمالات لكل نوع من أنواع المصابيح. في الواقع ، توفر بعض تركيبات LED خيارًا للمستخدم للتبديل بسهولة بين درجات حرارة الألوان المختلفة.
