LED क्या है?

LED क्या है?

LED परिभाषा

प्रकाश उत्सर्जक डायोड (LED) एक अर्धचालक उपकरण है जो इसमें विद्युत धारा प्रवाहित होने पर प्रकाश उत्सर्जित करता है।पुरानी LED तकनीकों में गैलियम आर्सेनाइड फास्फाइड (GaAsP), गैलियम फास्फाइड (GaP) और अल्युमिनियम गैलियम आर्सेनाइड (AlGaAs) का उपयोग किया जाता था।LEDs बीजात्मक धारा के प्रवाह से एक डोप किया गया क्रिस्टल जिसमें PN जंक्शन होता है, इससे विद्युत-प्रकाश उत्सर्जन प्रभाव होता है, जिससे दृश्य प्रकाश उत्पन्न होता है।

डोपिंग में आवर्त सारणी के III और V स्तंभ से तत्वों को जोड़ा जाता है। जब एक फोर्वर्ड बायस धारा (IF) द्वारा ऊर्जा दी जाती है, तो p-n जंक्शन सक्रिय क्षेत्र (Eg) के ऊर्जा अंतराल द्वारा निर्धारित तरंगदैर्ध्य पर प्रकाश उत्सर्जित करता है।

प्रकाश उत्सर्जक डायोड (LED) का कार्य

जब डायोड के p-n जंक्शन से फोर्वर्ड बायस धारा IF लगाई जाती है, तो अल्पसंख्यक इलेक्ट्रॉन p-क्षेत्र में और अनुरूप अल्पसंख्यक इलेक्ट्रॉन n-क्षेत्र में निर्गत होते हैं। p-क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन-होल फिर से संयोजन करने से फोटॉन उत्सर्जित होते हैं।

ऊर्जा अंतराल पर इलेक्ट्रॉन ऊर्जा का संक्रमण, जिसे रेडिएटिव रिकंबिनेशन कहा जाता है, फोटॉन (अर्थात, प्रकाश) उत्पन्न करता है, जबकि शंट ऊर्जा का संक्रमण, जिसे नॉन-रेडिएटिव रिकंबिनेशन कहा जाता है, फोनॉन (अर्थात, ऊष्मा) उत्पन्न करता है। विभिन्न शिखर तरंगदैर्ध्यों के लिए आम AlInGaP LEDs और InGaN LEDs की प्रकाश दक्षता नीचे दिए गए तालिका में दिखाई गई है।

LED दक्षता जंक्शन पर उत्पन्न प्रकाश और क्रिस्टल से बाहर निकलने वाले प्रकाश के नुकसान से प्रभावित होती है। अधिकांश अर्धचालकों के उच्च अपवर्तन गुणांक के कारण, बहुत सारा प्रकाश क्रिस्टल में वापस दर्पणित होता है, जिससे इसकी तीव्रता कम हो जाती है जब तक यह बाहर निकल नहीं जाता है। इस अंतिम मापनीय दृश्य ऊर्जा के संदर्भ में व्यक्त दक्षता को बाह्य दक्षता कहा जाता है।

विद्युत-प्रकाश उत्सर्जन प्रभाव 1923 में प्राकृतिक रूप से होने वाले जंक्शनों में देखा गया था, लेकिन उस समय यह अप्रायोगिक था क्योंकि इसकी विद्युत ऊर्जा को प्रकाश में परिवर्तित करने की दक्षता कम थी। लेकिन, आज दक्षता में बहुत बढ़ोतरी हुई है और LEDs न केवल संकेत, संकेतक, चिह्न और दिखावों में, बल्कि आंतरिक प्रकाश और सड़क प्रकाश अनुप्रयोगों में भी उपयोग किए जाते हैं।

LED का रंग

LED उपकरण का रंग उत्सर्जित प्रमुख तरंगदैर्ध्य, λd (nm में) के संदर्भ में व्यक्त किया जाता है। AlInGaP LEDs लाल (626 से 630 nm), लाल-नारंगी (615 से 621 nm), नारंगी (605 nm), और अम्बर (590 से 592 nm) रंग उत्पन्न करते हैं। InGaN LEDs हरा (525 nm), नीला-हरा (498 से 505 nm), और नीला (470 nm) रंग उत्पन्न करते हैं। AlInGaP LEDs का रंग और फोर्वर्ड वोल्टेज LED p-n जंक्शन के तापमान पर निर्भर करता है।

जब LED p-n जंक्शन का तापमान बढ़ता है, तो प्रकाश तीव्रता कम हो जाती है, प्रमुख तरंगदैर्ध्य लंबे तरंगदैर्ध्य की ओर घुमता है, और फोर्वर्ड वोल्टेज गिर जाता है। -20°C से 80°C तक कार्यात्मक वातावरण तापमान में InGaN LEDs की प्रकाश तीव्रता का परिवर्तन छोटा (लगभग 10%) होता है। हालांकि, InGaN LEDs का प्रमुख तरंगदैर्ध्य LED ड्राइव धारा के साथ बदलता है; जैसे-जैसे LED ड्राइव धारा बढ़ती है, प्रमुख तरंगदैर्ध्य छोटे तरंगदैर्ध्य की ओर बढ़ता है।

यदि आप एक इलेक्ट्रोनिक्स परियोजना के लिए रंगीन LEDs का उपयोग करना चाहते हैं, तो सर्वोत्तम Arduino शुरुआती किट विभिन्न रंगीन LEDs शामिल करते हैं।

डिमिंग

LEDs को 10% अपनी निर्धारित प्रकाश उत्पादन के लिए ड्राइव धारा को कम करके डिम किया जा सकता है। LEDs आमतौर पर पल्स चौड़ाई मॉडुलेशन तकनीकों का उपयोग करके डिम किए जाते हैं।

प्रत्यावर्तन

अधिकतम जंक्शन तापमान (TJMAX) LED की लंबाई के लिए महत्वपूर्ण है। इस तापमान से ऊपर जाने पर आमतौर पर एनकैप्सुलेटेड उपकरण को नुकसान पहुंचता है। LED जीवनकाल असफलता के बीच की औसत समय (MTBF) द्वारा मापा जाता है, जो अनेक LEDs को मानक धारा और तापमान पर परीक्षण करके आधा विफल होने तक गणना की जाती है।

सफेद LEDs

सफेद LEDs अब दो विधियों से बनाए जा रहे हैं: पहली विधि में लाल, हरा और नीला LED चिप समान पैकेज में संयोजित किए जाते हैं ताकि सफेद प्रकाश उत्पन्न हो सके; दूसरी विधि में फोस्फोरेसन का उपयोग किया जाता है। LED चिप के चारों ओर एपोक्सी में एनकैप्सुलेटेड फोस्फोर में फ्लोरेसन InGaN LED उपकरण से छोटे-तरंगदैर्ध्य ऊर्जा से सक्रिय होती है।

प्रकाश दक्षता

LED की प्रकाश दक्षता इस प्रकार परिभाषित की जाती है कि इसके द्वारा उत्पन्न प्रकाश प्रवाह (lm में) प्रति इकाई विद्युत शक्ति (W में)। नीले LEDs की दक्षता 75 lm/W के ऑर्डर में होती है; लाल LEDs, लगभग 155 lm/W; और अम्बर LEDs, 500 lm/W। आंतरिक रिएब्सोर्प्शन के कारण होने वाले नुकसान को ध्यान में रखते हुए, प्रकाश दक्षता अम्बर और हरे LEDs के लिए 20 से 25 lm/W के ऑर्डर में होती है। यह दक्षता की परिभाषा बाह्य दक्षता कहलाती है और अन्य प्रकाश स्रोत प्रकारों के लिए आमतौर पर उपयोग की जाने वाली दक्षता की परिभाषा के समान है।