एलईडी कैसे काम करता है?

एलईडी कैसे काम करता है?

एलईडी की परिभाषा

एलईडी या प्रकाश उत्सर्जित करने वाला डायोड, एक अर्धचालक उपकरण है जो इलेक्ट्रोल्यूमिनेसेंस नामक प्रक्रिया के माध्यम से विद्युत ऊर्जा से प्रेरित होने पर प्रकाश उत्सर्जित करता है।

एलईडी कैसे काम करता है

एक सामान्य डायोड की तरह, एलईडी डायोड फॉरवर्ड बायज्ड होने पर काम करता है। इस मामले में, n-टाइप अर्धचालक p-टाइप से अधिक डोपिंग किया जाता है, जिससे p-n जंक्शन बनता है। जब यह फॉरवर्ड बायज्ड होता है, तो संभावित बाधा कम हो जाती है और इलेक्ट्रॉन और होल डीप्लेशन लेयर (या सक्रिय लेयर) पर मिलते हैं, जिससे प्रकाश या फोटॉन सभी दिशाओं में उत्सर्जित या रेडिएट किए जाते हैं। नीचे दिए गए चित्र में फॉरवर्ड बायजिंग पर इलेक्ट्रॉन-होल युग्म के संयोजन से प्रकाश उत्सर्जन दिखाया गया है।

एलईडी में फोटॉन का उत्सर्जन ठोसों के ऊर्जा बैंड सिद्धांत द्वारा समझाया गया है, जो बताता है कि प्रकाश उत्सर्जन उपकरण के सामग्री के बैंड गैप के सीधे या अप्रत्यक्ष होने पर निर्भर करता है। उन अर्धचालक सामग्रियों जिनमें सीधा बैंड गैप होता है, वे फोटॉन उत्सर्जित करते हैं। एक सीधे बैंड गैप वाले सामग्री में, चालन बैंड के ऊर्जा स्तर का तल सीधे वैलेंस बैंड के शीर्ष ऊर्जा स्तर के ऊपर ऊर्जा व मोमेंटम (कम्पन 'k') आरेख पर स्थित होता है।

जब इलेक्ट्रॉन और होल मिलते हैं, तो E = hν ऊर्जा, जहाँ △ (eV) ऊर्जा गैप है, प्रकाश ऊर्जा या फोटॉन के रूप में निकलती है, जहाँ h प्लांक का स्थिरांक है और ν प्रकाश की आवृत्ति है।

सीधा बैंड गैप

अप्रत्यक्ष बैंड गैप सामग्रियाँ अप्रतिदीप्तिक होती हैं, क्योंकि उनके चालन बैंड का तल वैलेंस बैंड के शीर्ष के साथ नहीं लाइन में होता है, जिससे अधिकांश ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाती है। उदाहरण Si, Ge आदि हैं।

अप्रत्यक्ष बैंड गैप

सीधा बैंड गैप वाली सामग्री का एक उदाहरण गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) है, जो एक यौगिक अर्धचालक है, जो एलईडी में उपयोग की जाने वाली सामग्री है। GaAs में डोपेंट परमाणु जोड़े जाते हैं ताकि विस्तृत रंगों का उत्सर्जन हो सके। एलईडी में उपयोग की जाने वाली कुछ सामग्रियाँ हैं:

• एल्यूमीनियम गैलियम आर्सेनाइड (AlGaAs) - इन्फ्रारेड।

• गैलियम आर्सेनिक फास्फाइड (GaAsP) - लाल, नारंगी, पीला।

• एल्यूमीनियम गैलियम फास्फाइड (AlGaP) - हरा।

• इंडियम गैलियम नाइट्राइड (InGaN) - नीला, हरा-नीला, निकट UV।

• जिंक सेलेनाइड (ZnSe) - नीला।

एलईडी की भौतिक संरचना

एलईडी ऐसे ढंग से संरचित होता है ताकि उत्सर्जित प्रकाश सामग्री में फिर से अवशोषित न हो। इसलिए यह सुनिश्चित किया जाता है कि इलेक्ट्रॉन-होल युग्मन सतह पर होता है।

उपरोक्त चित्र दो अलग-अलग तरीकों से एलईडी p-n जंक्शन की संरचना दिखाता है। p-टाइप परत को पतला बनाया जाता है और n-टाइप बेस पर उगाया जाता है। p-n जंक्शन के दोनों तरफ लगाए गए धातु इलेक्ट्रोड बाहरी विद्युत संयोजन के लिए नोड के रूप में कार्य करते हैं। प्रकाश उत्सर्जित करने वाले डायोड p-n जंक्शन को एक गुंबद-आकार के पारदर्शी केस में घेरा जाता है ताकि प्रकाश सभी दिशाओं में समान रूप से उत्सर्जित हो और आंतरिक प्रतिबिंब का होना न्यूनतम हो।

एलईडी का बड़ा पैर सकारात्मक इलेक्ट्रोड या एनोड को दर्शाता है।

दो से अधिक पैर वाले एलईडी भी उपलब्ध हैं, जैसे 3, 4 और 6 पिन के कन्फिगरेशन, एक ही एलईडी पैकेज में बहु-रंग प्राप्त करने के लिए। सतह पर लगाए जाने वाले एलईडी डिस्प्ले PCBs पर लगाए जा सकते हैं।

एलईडी आमतौर पर कुछ दसियों मिलीऐम्पियर की धारा की आवश्यकता होती है और उनके उच्च फॉरवर्ड वोल्टेज ड्रॉप 1.5 से 3.5 वोल्ट के कारण श्रृंखला में उच्च प्रतिरोध की आवश्यकता होती है, जो सामान्य डायोडों की तुलना में अधिक होता है।

श्वेत प्रकाश एलईडी या श्वेत LED लैंप

LED लैंप, बल्ब, सड़क रोशनी आजकल बहुत लोकप्रिय हो रहे हैं, क्योंकि एलईडी की बहुत उच्च दक्षता इनपुट शक्ति (मिलीवाट में) प्रति प्रकाश आउटपुट के संबंध में, तुलना में इंकैंडेसेंट बल्ब से अधिक है। इसलिए सामान्य रोशनी के लिए श्वेत प्रकाश पसंद किया जाता है। एलईडी की मदद से श्वेत प्रकाश उत्पन्न करने के लिए दो विधियाँ उपयोग की जाती हैं:

RGB तीन प्राथमिक रंगों को मिलाकर श्वेत प्रकाश उत्पन्न करना। यह विधि उच्च क्वांटम दक्षता वाली है।

दूसरी विधि एक रंग के एलईडी को एक अलग रंग के फॉस्फोर से कोट करके श्वेत प्रकाश उत्पन्न करना है। यह विधि एलईडी बल्ब और रोशनी बनाने के लिए व्यावसायिक रूप से लोकप्रिय है।

एलईडी के अनुप्रयोग

इलेक्ट्रॉनिक डिस्प्ले जैसे OLEDs, माइक्रो-LED, क्वांटम डॉट्स आदि।

• एलईडी संकेतक के रूप में।

• रिमोट कंट्रोल में।

• रोशनी में।

• ऑप्टो-आइसोलेटर में।