प्रकाश उत्सर्जक डायोड क्या है: कार्य और इसके अनुप्रयोग

प्रकाश उत्सर्जक डायोड क्या है: कार्य और इसके अनुप्रयोग

एलईडी दो लीड वाला एक अर्धचालक प्रकाश स्रोत है। एक प्रकाश उत्सर्जक डायोड का आविष्कार 1962 में निक होलोनीक द्वारा किया गया था जब वह जनरल इलेक्ट्रिक में कार्यरत थे। एलईडी एक अद्वितीय प्रकार का डायोड है जिसमें विद्युत गुण पीएन जंक्शन डायोड के बराबर होते हैं। इसलिए, एलईडी बिजली को एक दिशा में प्रवाहित करने की अनुमति देता है जबकि इसे दूसरी दिशा में अवरुद्ध करता है। 1 मिमी2 से कम ही वह सब कुछ है जो एलईडी लेता है। एलईडी का उपयोग विभिन्न विद्युत और इलेक्ट्रॉनिक परियोजनाओं में किया जाता है। एलईडी के संचालन और इसके उपयोग को इस लेख में शामिल किया जाएगा।

एक प्रकाश उत्सर्जक डायोड: यह क्या है?

एपी{0}}एन जंक्शन डायोड प्रकाश उत्सर्जक डायोड के रूप में कार्य करता है। यह अर्धचालक का एक अनोखा रूप और विशेष रूप से डोप्ड डायोड है। प्रकाश उत्सर्जक डायोड एक ऐसा उपकरण है जो आगे की ओर झुके होने पर प्रकाश उत्सर्जित करता है।

दो छोटे तीर जो प्रकाश के उत्सर्जन का संकेत देते हैं, एलईडी प्रतीक को डायोड प्रतीक से अलग करते हैं, यही कारण है कि इसे एलईडी (प्रकाश उत्सर्जित करने वाला डायोड) कहा जाता है। एलईडी के दो टर्मिनल हैं: कैथोड (-), और एनोड (+)। (-).

एलईडी प्रतीक एलईडी प्रतीक निर्माण

एलईडी का निर्माण काफी सरल है क्योंकि इसे एक सब्सट्रेट पर तीन अर्धचालक सामग्री परतों के जमाव के माध्यम से डिजाइन किया गया है। इन तीन परतों को एक के ऊपर एक रखा गया है, सबसे ऊपरी परत P-प्रकार की परत है, मध्य परत एक सक्रिय परत है, और निचली परत N-प्रकार की परत है। संरचना अर्धचालक सामग्री के तीन क्षेत्रों को देखने की अनुमति देती है। संरचना में, छिद्र P-प्रकार के क्षेत्र में मौजूद होते हैं, चुनाव N-प्रकार के क्षेत्र में मौजूद होते हैं, और छिद्र और इलेक्ट्रॉन दोनों सक्रिय क्षेत्र में मौजूद होते हैं।

एलईडी स्थिर है क्योंकि कोई वोल्टेज प्रदान नहीं किए जाने पर इलेक्ट्रॉनों या छिद्रों का कोई प्रवाह नहीं होता है। जैसे ही वोल्टेज की आपूर्ति की जाती है, एलईडी आगे की ओर पक्षपाती हो जाती है, जिससे एन {{1} क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन और पी - क्षेत्र में छेद सक्रिय क्षेत्र में चले जाते हैं। ह्रास क्षेत्र इस क्षेत्र का दूसरा नाम है। ध्रुवता आवेशों के पुनर्संयोजन के माध्यम से प्रकाश उत्पन्न किया जा सकता है क्योंकि आवेश वाहकों, जैसे छेद, पर धनात्मक आवेश होता है जबकि इलेक्ट्रॉनों पर ऋणात्मक आवेश होता है।

प्रकाश उत्सर्जक डायोड की प्रक्रिया क्या है?

हम आमतौर पर प्रकाश उत्सर्जित करने वाले डायोड को डायोड के रूप में संदर्भित करते हैं। जब डायोड आगे की ओर झुका होता है, तो इलेक्ट्रॉन और छेद तेजी से जंक्शन के पार प्रवाहित होते हैं, और वे लगातार एक-दूसरे से जुड़ते और एक-दूसरे को रास्ते से हटाते रहते हैं। यह छिद्रों के साथ वैसे ही संयोजित होता है जैसे इलेक्ट्रॉन n-प्रकार से p-प्रकार के सिलिकॉन में स्विच कर रहे होते हैं, फिर गायब हो जाते हैं।

एक रूसी आविष्कारक ओलेग लोसेव ने 1927 में पहली एलईडी विकसित की और अपने शोध के सैद्धांतिक आधार का हिस्सा प्रकाशित किया।
प्रोफेसर कर्ट लेचोवेक ने 1952 में लॉसर्स परिकल्पना का परीक्षण किया और पहले एलईडी की व्याख्या प्रदान की।

पहली हरी LED 1958 में रुबिन ब्राउनस्टीन और एगॉन लोएबनर द्वारा बनाई गई थी।

निकोलस होलोन्याक ने वर्ष 1962 में लाल एलईडी बनाई। इस प्रकार पहली एलईडी बनी।

सर्किट बोर्ड पर एलईडी का उपयोग करने वाला पहला कंप्यूटर 1964 का आईबीएम मॉडल था।

हेवलेट पैकर्ड (एचपी) ने 1968 में कैलकुलेटर में एलईडी की शुरुआत की।

1971 में जैक्स पैंकोव और एडवर्ड मिलर द्वारा एक नीली एलईडी बनाई गई थी।

इलेक्ट्रिकल इंजीनियर एम. जॉर्ज क्रॉफर्ड ने वर्ष 1972 में पीली एलईडी बनाई थी।

मैग्नीशियम और भविष्य के मानकों के साथ एक नीली एलईडी 1986 में स्टैफ़ोर्ड विश्वविद्यालय के वाल्डेन सी. राइन्स और हर्बर्ट मारुस्का द्वारा बनाई गई थी।

हिरोशी अमानो और भौतिक विज्ञानी इसामु अकास्की ने वर्ष 1993 में उत्कृष्ट नीली एलईडी के साथ गैलियम नाइट्राइड बनाया।

शुजी नाकामुरा, एक इलेक्ट्रिकल इंजीनियर, ने अमानोस और अकास्की प्रगति के माध्यम से उच्च चमक वाली पहली नीली एलईडी बनाई, जिसने सफेद रंग की एलईडी के विकास को गति दी।

2002 में आवासीय उद्देश्यों के लिए प्रति बल्ब £80 और £100 के बीच की लागत वाली सफेद रंग की एलईडी का उपयोग किया गया था।

वर्ष 2008 में एलईडी लाइटों ने कंपनियों, अस्पतालों और स्कूलों में काफी लोकप्रियता हासिल की है।

2019 में मुख्य प्रकाश स्रोत एलईडी हैं; यह एक उल्लेखनीय सफलता है क्योंकि एलईडी का उपयोग अब घरों, कार्यालयों, अस्पतालों और स्कूलों सहित विभिन्न स्थानों को रोशन करने के लिए किया जा सकता है।

बायसिंग लाइट एमिटिंग डायोड सर्किट

अधिकांश एलईडी में 1 और 3 वोल्ट के बीच वोल्टेज विनिर्देश होते हैं, जबकि आगे की वर्तमान रेटिंग 200 और 100 एमए के बीच होती है।

एक एलईडी का पूर्वाग्रह

यदि एलईडी पर 1 और 3 वोल्ट के बीच वोल्टेज लगाया जाता है तो एलईडी सही ढंग से काम करती है क्योंकि वर्तमान प्रवाह इंगित करता है कि वोल्टेज कार्यशील सीमा के भीतर है। इसके समान, यदि किसी एलईडी में वोल्टेज दिया गया है जो उसके ऑपरेटिंग वोल्टेज से अधिक है, तो उच्च धारा प्रवाह के कारण कमी क्षेत्र विफल हो जाएगा। यह अप्रत्याशित उच्च धारा प्रवाह गैजेट को तोड़ देगा।

वोल्टेज स्रोत और एक एलईडी के साथ श्रृंखला में एक अवरोधक को जोड़कर, इसे रोका जा सकता है। LED के लिए सुरक्षित करंट स्तर 200 mA से 100 mA तक होता है, जबकि LED के लिए सुरक्षित वोल्टेज रेटिंग 1V से 3V तक होती है।

यहां, वोल्टेज स्रोत और एलईडी के बीच स्थित अवरोधक को वर्तमान सीमित अवरोधक कहा जाता है क्योंकि यह अवरोधक वर्तमान के प्रवाह को नियंत्रित करता है अन्यथा एलईडी इसे मार सकता है। इसलिए, एलईडी की सुरक्षा के लिए यह अवरोधक आवश्यक है।

एलईडी के माध्यम से विद्युत धारा के गणितीय प्रवाह का समीकरण है

यदि=बनाम - वीडी/रु

कहाँ,

"आईएफ" धारा आगे है

वोल्टेज स्रोत 'बनाम'

प्रकाश उत्सर्जित करने वाले डायोड पर वोल्टेज ड्रॉप को "VD" द्वारा दर्शाया जाता है।

रु एक अवरोधक है जो धारा प्रवाह को सीमित करता है।

कमी क्षेत्र की बाधा को तोड़ने के लिए आवश्यक वोल्टेज ड्रॉप। जब Si या Ge डायोड वोल्टेज ड्रॉप 0.3 V या उससे कम है, तो LED वोल्टेज ड्रॉप 2 और 3 V के बीच होगा।

Si या Ge डायोड के विपरीत, LED को उच्च वोल्टेज पर संचालित किया जा सकता है।

सिलिकॉन या जर्मेनियम डायोड की तुलना में, प्रकाश उत्सर्जित करने वाले डायोड को संचालित करने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

प्रकाश-उत्सर्जक डायोड प्रकार

प्रकाश उत्सर्जक डायोड विभिन्न किस्मों में आते हैं, जिनमें से कुछ नीचे सूचीबद्ध हैं।

इन्फ़्रा{{0}लाल गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) और लाल से इन्फ़्रा-लाल, नारंगी गैलियम आर्सेनाइड फ़ॉस्फाइड (GaAsP)
एल्यूमीनियम गैलियम आर्सेनाइड फॉस्फोरस (AlGaAsP) से बने उच्च {{0}चमक वाले लाल, नारंगी {{1}लाल, नारंगी, और पीले एलईडी
लाल, पीला और हरा गैलियम फॉस्फेट (GaP)
हरा एल्युमिनियम गैलियम फॉस्फाइड (AlGaP) का रंग है, पन्ना हरा गैलियम नाइट्राइड (GaN) का रंग है, और नीला गैलियम इंडियम नाइट्राइड (GaInN) का रंग है।

सब्सट्रेट के रूप में, नीले रंग में सिलिकॉन कार्बाइड (SiC)।
ब्लू जिंक सेलेनाइड (ZnSe) और पराबैंगनी एल्यूमिनियम गैलियम नाइट्राइड (AlGaN)

एलईडी संचालन सिद्धांत

क्वांटम सिद्धांत प्रकाश उत्सर्जित करने वाले डायोड के संचालन के लिए आधार के रूप में कार्य करता है। क्वांटम सिद्धांत के अनुसार, जब इलेक्ट्रॉन उच्च से निम्न ऊर्जा अवस्था में उतरता है तो फोटॉन ऊर्जा छोड़ता है। इन दोनों ऊर्जा स्तरों के बीच ऊर्जा का अंतर फोटॉन की ऊर्जा के बराबर है। जब पीएन-जंक्शन डायोड की अग्र अभिनत स्थिति पर पहुंच जाता है, तो डायोड से करंट प्रवाहित होता है।

एलईडी संचालन सिद्धांत

धारा की विपरीत दिशा में छिद्रों का प्रवाह और धारा की दिशा में इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह अर्धचालकों में धारा प्रवाहित होने का कारण बनता है। इस प्रकार, इन आवेश वाहकों की गति के परिणामस्वरूप पुनर्संयोजन होगा।

पुनर्संयोजन के अनुसार, चालन बैंड के इलेक्ट्रॉन वैलेंस बैंड में नीचे कूद जाते हैं। जब इलेक्ट्रॉन एक बैंड से दूसरे बैंड में जाते हैं तो विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा फोटॉन के रूप में जारी होती है, और फोटॉन ऊर्जा निषिद्ध ऊर्जा अंतर के बराबर होती है।

उदाहरण के तौर पर क्वांटम सिद्धांत पर विचार करें। इस सिद्धांत के अनुसार, एक फोटॉन की ऊर्जा उसकी आवृत्ति और प्लैंक स्थिरांक के योग के बराबर होती है। गणितीय सूत्र प्रदर्शित होता है.

समीकरण=एचएफ

जहां इसे प्लैंक स्थिरांक के रूप में संदर्भित किया जाता है, और विद्युत चुम्बकीय विकिरण की गति, जिसे प्रतीक सी द्वारा दर्शाया जाता है, प्रकाश की गति के बराबर है। जैसा कि af= c/, विकिरण की आवृत्ति और प्रकाश की गति के बीच संबंध। पूर्ववर्ती समीकरण का परिणाम विद्युत चुम्बकीय विकिरण की तरंग दैर्ध्य के रूप में होगा

समीकरण=वह / λ

उपरोक्त समीकरण के अनुसार, विद्युत चुम्बकीय विकिरण की तरंग दैर्ध्य निषिद्ध अंतराल के व्युत्क्रमानुपाती होती है। सामान्य तौर पर, सिलिकॉन और जर्मेनियम अर्धचालकों की स्थिति और वैलेंस बैंड ऐसे होते हैं कि पुनर्संयोजन के दौरान विद्युत चुम्बकीय तरंगों का पूरा विकिरण अवरक्त विकिरण का रूप ले लेता है। इन्फ्रारेड की तरंग दैर्ध्य हमारे लिए अदृश्य हैं क्योंकि वे दृश्य प्रकाश की सीमा से बाहर हैं।

क्योंकि सिलिकॉन और जर्मेनियम अर्धचालक प्रत्यक्ष अंतराल अर्धचालक के बजाय अप्रत्यक्ष अंतराल अर्धचालक हैं, अवरक्त विकिरण को अक्सर गर्मी के रूप में जाना जाता है। हालाँकि, वैलेंस बैंड का उच्चतम ऊर्जा स्तर और चालन बैंड का न्यूनतम ऊर्जा स्तर मौजूद नहीं होता है, जब इलेक्ट्रॉन प्रत्यक्ष अंतराल अर्धचालकों में मौजूद होते हैं। परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के पुनर्संयोजन या चालन बैंड से वैलेंस बैंड में इलेक्ट्रॉनों के प्रवास के दौरान इलेक्ट्रॉन बैंड की गति अलग-अलग होगी।

चमकदार एल.ई.डी

ऐसी दो विधियाँ हैं जिनका उपयोग एलईडी का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है। पहली विधि में, सफेद रोशनी उत्पन्न करने के लिए लाल, हरे और नीले एलईडी चिप्स को एक ही पैकेज में संयोजित किया जाता है, जबकि दूसरी विधि में फॉस्फोरसेंस का उपयोग किया जाता है। फॉस्फोर के प्रतिदीप्ति के आसपास के एपॉक्सी को संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता है, और InGaN LED डिवाइस तब लघु तरंग दैर्ध्य विकिरण का उपयोग करके एलईडी को सक्रिय करेगा।

कई रंग संवेदनाएं पैदा करने के लिए, जिन्हें प्राथमिक योगात्मक रंग के रूप में जाना जाता है, अलग-अलग रंग की रोशनी, जैसे नीली, हरी और लाल रोशनी, को अलग-अलग मात्रा में संयोजित किया जाता है। इन तीन प्रकाश तीव्रताओं को समान रूप से संयोजित करके सफेद रोशनी का निर्माण किया जाता है।

फिर भी, हरे, नीले और लाल एल ई डी के संयोजन का उपयोग करके इस संयोजन को प्राप्त करने के लिए, विभिन्न रंगों के संयोजन और प्रसार के प्रबंधन के लिए एक चुनौतीपूर्ण इलेक्ट्रो ऑप्टिकल आर्किटेक्चर की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, एलईडी रंग में भिन्नता के कारण यह विधि चुनौतीपूर्ण हो सकती है।

फॉस्फोर कोटिंग वाली एक एलईडी चिप अधिकांश सफेद एलईडी उत्पाद श्रृंखला को शक्ति प्रदान करती है। जब यह कोटिंग नीले फोटॉन के बजाय पराबैंगनी विकिरण के संपर्क में आती है, तो सफेद रोशनी उत्पन्न होती है। यही सिद्धांत फ्लोरोसेंट लैंप पर भी लागू होता है; ट्यूब के अंदर एक इलेक्ट्रिक डिस्चार्ज यूवी उत्सर्जित करेगा, जिससे फॉस्फोर सफेद हो जाएगा।

यद्यपि एलईडी की यह तकनीक विविध रंग उत्पन्न कर सकती है, लेकिन भिन्नताओं को स्क्रीनिंग द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है। सीआईई आरेख के केंद्र के करीब चार सटीक वर्णिकता निर्देशांक का उपयोग करके, सफेद एलईडी आधारित उपकरणों की जांच की जाती है।

हॉर्सशू वक्र के भीतर सभी प्राप्य रंग निर्देशांक CIE आरेख में दिखाए गए हैं। चाप के स्वच्छ रंग फैले हुए हैं, लेकिन सफेद बिंदु बीच में है। ग्राफ़ के मध्य में दिखाए गए चार बिंदुओं का उपयोग सफेद एलईडी आउटपुट रंग को दर्शाने के लिए किया जा सकता है। चार ग्राफ निर्देशांक लगभग शुद्ध सफेद हैं, लेकिन ये एलईडी आमतौर पर रंगीन लेंस को रोशन करने के लिए एक मानक प्रकाश स्रोत के रूप में काम नहीं करते हैं।

ये एलईडी सफेद, अन्यथा अपारदर्शी बैकलाइट वाले पारदर्शी लेंस के लिए सबसे फायदेमंद हैं। जब तक यह तकनीक विकसित होती रहेगी, सफेद एलईडी निस्संदेह रोशनी के स्रोत और संकेतक के रूप में अधिक लोकप्रिय हो जाएंगी।

शानदार प्रभावकारिता

एलईडी की प्रत्येक इकाई के लिए उत्पादित चमकदार प्रवाह को एलएम में मापा जाता है, जबकि विद्युत ऊर्जा की खपत को डब्ल्यू में मापा जाता है। लाल एलईडी में 155 एलएम/डब्ल्यू, एम्बर एलईडी में 500 एलएम/डब्ल्यू, और नीले एलईडी में 75 एलएम/डब्ल्यू का रेटेड आंतरिक प्रभावकारिता क्रम होता है। आंतरिक पुनर्अवशोषण के कारण हानि पर विचार किया जा सकता है; हरे और एम्बर एलईडी के लिए चमकदार प्रभावकारिता 20 और 25 एलएम/डब्ल्यू के बीच है। प्रभावकारिता की यह अवधारणा, जिसे बाहरी प्रभावकारिता के रूप में भी जाना जाता है, आमतौर पर अन्य प्रकार के प्रकाश स्रोतों, जैसे कि बहुरंगा एलईडी, के लिए उपयोग की जाने वाली प्रभावकारिता की धारणा के बराबर है।

कई रंगों में डायोड प्रकाश स्रोत

बहुरंगा एलईडी प्रकाश उत्सर्जित करने वाले डायोड होते हैं, जो आगे के पूर्वाग्रह में कनेक्ट होने पर एक रंग बनाते हैं और रिवर्स पूर्वाग्रह में कनेक्ट होने पर दूसरा रंग उत्पन्न करते हैं।

इन एल ई डी में वास्तव में दो पीएन - जंक्शन होते हैं, और एक के कैथोड को दूसरे के एनोड से जोड़कर उन्हें समानांतर में जोड़ना संभव है।

जब एक दिशा में पक्षपात किया जाता है, तो बहुरंगा एलईडी आमतौर पर लाल होते हैं, और जब विपरीत दिशा में पूर्वाग्रहित होते हैं, तो वे हरे होते हैं। यदि यह एलईडी दो ध्रुवों के बीच बहुत तेजी से चालू होती है तो यह तीसरा रंग उत्पन्न करेगी। पूर्वाग्रहित ध्रुवों के बीच तेजी से स्विच होने पर, एक हरा या लाल एलईडी पीले रंग की रोशनी पैदा करेगा।

एलईडी के लिए दो अलग-अलग सेटअप क्या हैं?

दो समान उत्सर्जक और सीओबी मूल एलईडी सेटअप हैं।

उत्सर्जक एक एकल डाई है जो सर्किट बोर्ड की ओर स्थापित होने से पहले हीट सिंक से जुड़ा होता है। यह सर्किट बोर्ड उत्सर्जक से गर्मी को दूर खींचता है और साथ ही विद्युत शक्ति भी प्रदान करता है।

जांचकर्ताओं ने पाया कि एलईडी सब्सट्रेट को हटाया जा सकता है और एकल डाई को सर्किट बोर्ड पर स्वतंत्र रूप से रखा जा सकता है, जिससे लागत कम करने और प्रकाश एकरूपता में सुधार करने में मदद मिलती है। इसलिए, इस डिज़ाइन को COB (चिप-ऑन-बोर्ड ऐरे) के रूप में जाना जाता है।

एलईडी के लाभ और कमियां

प्रकाश उत्सर्जित करने वाले डायोड के कुछ लाभ निम्नलिखित हैं।

एलईडी छोटी होती हैं और इनकी कीमत कम होती है।

एलईडी लगाकर बिजली को नियंत्रित किया जाता है।

माइक्रोप्रोसेसर की सहायता से, एलईडी की तीव्रता भिन्न हो सकती है।

एक लंबे समय
ऊर्जा के संबंध में कुशल
गेम से पहले कोई वार्मअप नहीं
ऊबड़-खाबड़
ठंडे तापमान से प्रभावित नहीं
बेहतरीन दिशात्मक रंग प्रतिपादन
नियंत्रणीय और पर्यावरण के अनुकूल
एलईडी तकनीक की कुछ कमियाँ निम्नलिखित हैं।

कीमत
तापमान के प्रति संवेदनशीलता
तापमान संवेदनशीलता
विद्युत ध्रुवता और प्रकाश गुणवत्ता
विद्युत संवेदनशीलता
कार्यक्षमता घट जाती है
कीड़ों के लिए परिणाम
प्रकाश उत्सर्जित करने वाले डायोड के लिए उपयोग

एलईडी के अनगिनत उपयोग हैं, जिनमें से कुछ का वर्णन नीचे किया गया है।

घरों और व्यवसायों दोनों में, एलईडी का उपयोग बल्ब के रूप में किया जाता है।

प्रकाश उत्सर्जक डायोड का उपयोग ऑटोमोबाइल और मोटरसाइकिलों में किया जाता है।

मोबाइल फोन में इनका उपयोग कर संदेश प्रदर्शित किया जाता है।

ट्रैफिक लाइट सिग्नल पर एलईडी का उपयोग किया जाता है।

परिणामस्वरूप, यह आलेख प्रकाश उत्सर्जित करने वाले डायोड सर्किट के अनुप्रयोग और कार्य सिद्धांत का अवलोकन प्रदान करता है। मुझे आशा है कि इस लेख को पढ़कर आपने प्रकाश उत्सर्जित करने वाले डायोड के बारे में कुछ मौलिक और व्यावहारिक तथ्य सीख लिए होंगे।

अधिक जानकारी के लिए कृपया ध्यान देंबेनवेई की आधिकारिक वेबसाइट