LED কিভাবে কাজ করে?

একটি LED কিভাবে কাজ করে?

LED এর সংজ্ঞা

LED বা Light Emitting Diode হল একটি অর্ধপরিবাহী ডিভাইস যা তড়িচ্চালিত হয়ে প্রতিস্ফুরণ নামক প্রক্রিয়ার মাধ্যমে আলো উৎপন্ন করে।

LED কিভাবে কাজ করে

একটি সাধারণ ডায়োডের মতো, LED ডায়োড একটি ফরওয়ার্ড বাইয়াস দিয়ে কাজ করে। এই ক্ষেত্রে, n-টাইপ অর্ধপরিবাহী পদার্থ p-টাইপ অর্ধপরিবাহী পদার্থের তুলনায় বেশি ডোপ করা হয় এবং p-n জাংশন গঠন করে। ফরওয়ার্ড বাইয়াস দিয়ে বিভব বাধা কমে যায় এবং ইলেকট্রন ও হোল ডিপ্লিশন লেয়ার (অথবা এক্টিভ লেয়ার) এ সংযুক্ত হয়, ফলে আলো বা ফোটন সকল দিকে উৎপন্ন হয়। নিম্নে একটি ছবি দেখানো হল যা ফরওয়ার্ড বাইয়াস দিয়ে ইলেকট্রন-হোল জোড়া সংযুক্ত হয়ে আলো উৎপন্ন করার প্রক্রিয়া দেখাচ্ছে।

LED এ ফোটন উৎপন্ন হওয়ার ব্যাখ্যা করা হয় কঠিন পদার্থের শক্তি ব্যান্ড তত্ত্ব দিয়ে, যা বলে যে আলো উৎপন্ন হওয়া পদার্থের ব্যান্ড গ্যাপ সরাসরি বা পরোক্ষভাবে নির্ভর করে। সেই অর্ধপরিবাহী পদার্থগুলি যাদের সরাসরি ব্যান্ড গ্যাপ রয়েছে, তারাই ফোটন উৎপন্ন করে। একটি সরাসরি ব্যান্ডগ্যাপ পদার্থে, পরিবহন ব্যান্ডের শক্তি স্তরের নিচের অংশ ব্যালেন্স ব্যান্ডের শক্তি স্তরের উপরের অংশের ঠিক উপরে অবস্থিত হয় শক্তি বনাম ভরবেগ (ওয়েভ ভেক্টর 'k') ডায়াগ্রামে।

যখন ইলেকট্রন ও হোল সংযুক্ত হয়, তখন E = hν সমীকরণ অনুযায়ী শক্তি △ (eV) আলোর শক্তি বা ফোটনের আকারে প্রকাশ পায়, যেখানে h হল প্লাঙ্কের ধ্রুবক এবং ν হল আলোর কম্পাঙ্ক।

সরাসরি ব্যান্ড গ্যাপ

পরোক্ষ ব্যান্ড গ্যাপ পদার্থগুলি অ-আলোকিত, কারণ তাদের পরিবহন ব্যান্ডের নিচের অংশ ব্যালেন্স ব্যান্ডের উপরের অংশের সাথে সমরেখ নয়, ফলে বেশিরভাগ শক্তি তাপে রূপান্তরিত হয়। উদাহরণ হল Si, Ge ইত্যাদি।

পরোক্ষ ব্যান্ড গ্যাপ

সরাসরি ব্যান্ড গ্যাপ বিশিষ্ট পদার্থের একটি উদাহরণ হল Gallium Arsenide (GaAs), যা একটি যৌগ অর্ধপরিবাহী পদার্থ এবং এটি হল LED এ ব্যবহৃত পদার্থ। GaAs-এ ডোপান্ট পরমাণু যোগ করা হয় যাতে বিভিন্ন রঙের আলো উৎপন্ন হয়। LED এ ব্যবহৃত কিছু পদার্থ হল:

• Aluminium Gallium Arsenide (AlGaAs) – ইনফ্রারেড।

• Gallium Arsenic Phosphide (GaAsP) – লাল, হলুদ, সাদা।

• Aluminium Gallium Phosphide (AlGaP) – সবুজ।

• Indium gallium nitride (InGaN) – নীল, নীল-সবুজ, নিকট UV।

• Zinc Selenide (ZnSe) – নীল।

LED এর পদার্থিক গঠন

LED এর গঠন এমনভাবে করা হয় যাতে উৎপন্ন আলো পদার্থে পুনরায় শোষিত না হয়। ফলে নিশ্চিত করা হয় যে ইলেকট্রন-হোল সংযোগ পৃষ্ঠে ঘটে।

উপরের ছবিতে দুটি ভিন্ন উপায়ে LED p-n জাংশন গঠন করার পদ্ধতি দেখানো হয়েছে। p-টাইপ লেয়ার পাতলা করে এবং n-টাইপ সাবস্ট্রেটের উপর গ্রোথ করা হয়। p-n জাংশনের দুই পাশে যুক্ত মেটাল ইলেকট্রোড বহিঃসংযোগের জন্য নোড হিসাবে কাজ করে। LED p-n জাংশন একটি ডোম-আকৃতির পরিস্ফুট কেসে আবৃত থাকে যাতে আলো সকল দিকে সুষমভাবে উৎপন্ন হয় এবং অন্তর্নিহিত প্রতিফলন কম হয়।

LED এর বড় পা পজিটিভ ইলেকট্রোড বা অ্যানোড প্রতিনিধিত্ব করে।

2 টি পা থেকে বেশি পা বিশিষ্ট LED এরও উপলব্ধি রয়েছে, যেমন 3, 4 এবং 6 পিন বিন্যাস একই LED প্যাকেজে বিভিন্ন রঙের আলো উৎপন্ন করার জন্য। সারফেস মাউন্টেড LED ডিসপ্লে পাওয়া যায় যা PCB-এ মাউন্ট করা যায়।

LED সাধারণত কিছু মিলিআম্পিয়ার পরিমাণ বিদ্যুৎ প্রবাহের প্রয়োজন হয় এবং তাদের উচ্চ ফরওয়ার্ড ভোল্টেজ ড্রপ 1.5 থেকে 3.5 ভোল্ট হওয়ায় সিরিজে উচ্চ রোধ প্রয়োজন হয়, যা সাধারণ ডায়োডের তুলনায় বেশি।

সাদা আলোর LED বা সাদা LED ল্যাম্প

LED ল্যাম্প, বাল্ব, রাস্তার আলো এখন খুব জনপ্রিয় হয়েছে কারণ LED এর আলোর উত্পাদন প্রতি ইউনিট ইনপুট শক্তি (মিলিওয়াটে) এর খুব উচ্চ দক্ষতা রয়েছে, যা তুলনায় ইনক্যান্ডেসেন্ট বাল্বের চেয়ে বেশি। তাই সাধারণ আলোর জন্য সাদা আলো পছন্দ করা হয়। LED এর সাহায্যে সাদা আলো উৎপন্ন করার জন্য দুটি পদ্ধতি ব্যবহৃত হয়:

RGB তিনটি প্রাথমিক রঙের মিশ্রণ দিয়ে সাদা আলো উৎপন্ন করা। এই পদ্ধতিটি উচ্চ কোয়ান্টাম দক্ষতা রয়েছে।

অন্য পদ্ধতিটি হল একটি রঙের LED এর উপর অন্য রঙের ফসফর দিয়ে কোটিং করা যাতে সাদা আলো উৎপন্ন হয়। এই পদ্ধতিটি বাণিজ্যিকভাবে জনপ্রিয় এবং LED বাল্ব এবং আলো তৈরি করার জন্য ব্যবহৃত হয়।

LED এর প্রয়োগ

ইলেকট্রনিক ডিসপ্লে যেমন OLED, মাইক্রো-LED, কোয়ান্টাম ডট ইত্যাদি।

• LED ইন্ডিকেটর হিসাবে।

• রিমোট কন্ট্রোলে।

• আলো।

• অপটো-আইসোলেটর।