रंगीन एल ई डी: आपको अलग-अलग रंग कैसे मिलते हैं?

L रंगीन एलईडी वे हाल के वर्षों में हमारे साथ रहे हैं। हर बार एलईडी के नए रंग दिखाई देते हैं, क्योंकि यह सभी मामलों में आसान नहीं रहा है। उदाहरण के लिए, एक जिज्ञासा के रूप में, आपको पता होना चाहिए कि सफेद रोशनी वाली एलईडी और नीली रोशनी वाली एलईडी बाजार में सबसे आखिर में आई हैं।

वर्तमान में बन गए हैं एक प्रकार का डायोड कई क्षेत्रों के लिए आवश्यक। इसलिए, इस लेख में आप जानेंगे तुम्हें सिर्फ ज्ञान की आवश्यकता है इन पर बुनियादी इलेक्ट्रॉनिक घटक, और इस बारे में कि वे प्रकाश क्यों छोड़ते हैं, वे रंग क्यों, और भी बहुत कुछ...

अर्धचालक प्रकाश उत्सर्जक स्रोत

जैसा कि आपको पता होना चाहिए, प्रकाश उत्सर्जन के दो स्रोत जो सेमीकंडक्टर उपकरणों से आ सकते हैं लेजर डायोड और एलईडी डायोड. जबकि एलईडी सहज उत्सर्जन पर आधारित है, लेजर उत्तेजित उत्सर्जन पर आधारित हैं। दोनों में यही अन्तर है।

L प्रकाश उत्सर्जक डायोड (प्रकाश उत्सर्जक डायोड) वे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में सबसे आम प्रकाश स्रोत हैं। उनका उपयोग डिजिटल घड़ियों पर समय दिखाने के लिए, बैटरी के संचालन या चार्ज आदि को संकेत देने के लिए किया जाता है। आवेदन कई हैं, और अब वे सभी प्रकार के कमरों और यहां तक ​​कि वाहनों के लिए भी नए एलईडी बल्बों के साथ रोशनी में कूद गए हैं।

ये एलईडी डिवाइस के समूह से संबंधित हैं ऑप्टो-अर्धचालक, विद्युत प्रवाह को प्रकाश में परिवर्तित करने में सक्षम। इस प्रकाश उपकरण के टिकाऊ होने का बड़ा फायदा है, क्योंकि यह प्रकाश बल्बों की तरह जलता नहीं है, और यह बहुत अधिक कुशल भी है, इसलिए खपत पारंपरिक प्रकाश बल्बों की तुलना में बहुत कम है। इसके अलावा, उनकी निर्माण लागत बहुत कम है, यही वजह है कि वे इतने लोकप्रिय हो गए हैं।

किसी भी अन्य सेमीकंडक्टर डिवाइस की तरह, एलईडी में मूल मुख्य तत्व होते हैं, जैसे कि पी जोन छेद (+) और एन जोन इलेक्ट्रॉनों के साथ (-), अर्थात, किसी भी अर्धचालक के सामान्य आवेश वाहक। और यह बनाता है:

• जब पी पक्ष बिजली की आपूर्ति से जुड़ा होता है और एन पक्ष जमीन से जुड़ा होता है, तो कनेक्शन आगे पक्षपातपूर्ण होता है, जिससे वर्तमान में डायोड के माध्यम से प्रवाह होता है और प्रकाश उत्सर्जित होता है जिसे हम सभी देख सकते हैं।
• यदि पी पक्ष जमीन से जुड़ा है और एन पक्ष बिजली की आपूर्ति से जुड़ा है, तो कनेक्शन को रिवर्स बायस्ड कहा जाता है, जो वर्तमान के प्रवाह को रोकता है। आप पहले से ही जानते हैं कि डायोड करंट को एक दिशा में जाने से रोकते हैं।
• फॉरवर्ड बायस्ड होने पर, पी-साइड और एन-साइड बहुसंख्यक और अल्पसंख्यक चार्ज वाहक एक-दूसरे के साथ गठबंधन करते हैं, पीएन जंक्शन की कमी परत में चार्ज वाहकों को बेअसर करते हैं। और, बदले में, इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों का यह प्रवास एक निश्चित मात्रा में फोटॉन जारी करता है, अर्थात ऊर्जा का एक हिस्सा प्रकाश के रूप में एक स्थिर (मोनोक्रोमैटिक) तरंग दैर्ध्य के साथ उत्सर्जित होता है। यह एलईडी के रंग की विशेषता होगी, क्योंकि तरंग दैर्ध्य के आधार पर यह आईआर, नीला, पीला, हरा, पीला, एम्बर, सफेद, लाल, यूवी आदि हो सकता है।
• विद्युत चुम्बकीय वर्णक्रम की उत्सर्जित तरंग दैर्ध्य, और इसलिए रंग, अर्धचालक पदार्थों द्वारा निर्धारित किया जाता है जो डायोड के पीएन जंक्शन का निर्माण करते हैं। इसलिए, स्पेक्ट्रम या दृश्य सीमा के भीतर नए रंग बनाने के लिए अर्धचालक यौगिकों को विविध या खेला जा सकता है।

यह कहा जाना चाहिए कि लाल, नीला और हरा (आरजीबी या लाल हरा नीला) रंगों को आसानी से जोड़ा जा सकता है ताकि वे सक्षम हो सकें सफेद रोशनी पैदा करें. दूसरी ओर, यह कहा जाना चाहिए कि एल ई डी का कार्यशील वोल्टेज भी रंग के आधार पर भिन्न होता है। उदाहरण के लिए, लाल, हरे, एम्बर और पीले रंग को काम करने के लिए लगभग 1.8 वोल्ट की आवश्यकता होती है। और यह है कि एलईडी के निर्माण के लिए उपयोग किए जाने वाले अर्धचालक सामग्री के ब्रेकडाउन वोल्टेज के अनुसार प्रकाश उत्सर्जक डायोड की कार्यशील वोल्टेज सीमा निर्धारित की जा सकती है।

एलईडी प्रकार

एल ई डी को कई तरीकों से वर्गीकृत किया जा सकता है, उनमें से एक यह है कि इसे वेवलेंथ के अनुसार करना है जो वे उत्सर्जित करते हैं, छोड़ते हैं दो श्रेणियां:

•  दृश्यमान एल ई डी: वे हैं जो दृश्यमान स्पेक्ट्रम के भीतर तरंग दैर्ध्य का उत्सर्जन करते हैं, अर्थात 400nm और 750nm के बीच। यह सीमा वह है जिसे मानव आँख देख सकती है, जैसे ध्वनि क्षेत्र में हम केवल 20 हर्ट्ज और 20 ख्ज़ के बीच ही सुन सकते हैं। 20 हर्ट्ज़ से कम वे इंफ्रासाउंड हैं जिन्हें हम सुन नहीं सकते हैं, और 20 किलोहर्ट्ज़ से ऊपर के अल्ट्रासाउंड हैं जिन्हें हम कैप्चर भी नहीं कर सकते हैं। प्रकाश के मामले में भी कुछ ऐसा ही होता है, इन्फ्रारेड या आईआर होने पर जब यह 400 एनएम से नीचे जाता है और पराबैंगनी प्रकाश 750 एनएम से ऊपर जाता है। दोनों मानव आंखों के लिए अदृश्य हैं।
•  अदृश्य एलईडी: वे वेवलेंथ हैं जिन्हें हम देख नहीं सकते, जैसा कि IR डायोड या UV डायोड के मामले में होता है।

दृश्यमान एल ई डी मुख्य रूप से प्रकाश या सिग्नलिंग के लिए उपयोग किए जाते हैं। फोटो सेंसर के उपयोग के साथ ऑप्टिकल स्विच, ऑप्टिकल संचार और विश्लेषण आदि सहित अनुप्रयोगों में अदृश्य एलईडी का उपयोग किया जाता है।

क्षमता

जैसा कि आप अच्छी तरह से जानते हैं, एलईडी लाइटिंग ज्यादा है अधिक कुशल पारंपरिक की तुलना में, इसलिए यह बहुत कम ऊर्जा की खपत करता है। यह एलईडी की प्रकृति के कारण है। और निम्न तालिका में आप चमकदार प्रवाह और एलईडी को आपूर्ति की गई विद्युत इनपुट शक्ति के बीच संबंध देख सकते हैं। अर्थात्, इसे लुमेन प्रति वाट (lm/W) में व्यक्त किया जा सकता है:

एलईडी निर्माण

स्रोत: रिसर्चगेट

La प्रकाश उत्सर्जक डायोड की संरचना और बनावट सामान्य डायोड से बहुत अलग होती हैजैसे जेनर आदि। जब इसका पीएन जंक्शन फॉरवर्ड बायस्ड होता है तो एलईडी से प्रकाश निकलता है। पीएन जंक्शन एक ठोस एपॉक्सी राल और पारदर्शी प्लास्टिक गोलार्द्ध गुंबद से ढका हुआ है जो एलईडी के इंटीरियर को वायुमंडलीय गड़बड़ी, कंपन और थर्मल झटके से बचाता है।

पीएन जंक्शन का उपयोग करके बनाया गया है सामग्री निचले बैंडगैप यौगिकों जैसे गैलियम आर्सेनाइड, गैलियम आर्सेनाइड फॉस्फाइड, गैलियम फॉस्फाइड, इंडियम गैलियम नाइट्राइड, गैलियम एल्यूमीनियम नाइट्राइड, सिलिकॉन कार्बाइड आदि। उदाहरण के लिए, लाल एल ई डी गैलियम आर्सेनाइड सब्सट्रेट पर, हरे, पीले और नारंगी गैलियम फास्फाइड आदि पर बनाए जाते हैं। लाल रंग में, N-प्रकार की परत को टेल्यूरियम (Te) से डोप किया जाता है और P परत को जिंक (Zn) से डोप किया जाता है। दूसरी ओर, P पक्ष पर एल्यूमीनियम और N पक्ष पर टिन-एल्यूमीनियम का उपयोग करके संपर्क परतें बनाई जाती हैं।

साथ ही, आपको पता होना चाहिए कि ये जंक्शन बहुत अधिक प्रकाश नहीं छोड़ते हैं, इसलिए एपॉक्सी राल गुंबद इसका निर्माण इस तरह से किया गया है कि पीएन जंक्शन द्वारा उत्सर्जित प्रकाश के फोटॉन सबसे अच्छे रूप में परावर्तित होते हैं और इसके माध्यम से केंद्रित होते हैं। यही है, यह न केवल एक रक्षक के रूप में कार्य करता है, बल्कि एक प्रकाश केंद्रित लेंस के रूप में भी कार्य करता है। यही कारण है कि उत्सर्जित प्रकाश एलईडी के शीर्ष पर अधिक चमकीला दिखाई देता है।

एल ई डी यह सुनिश्चित करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं कि आवेश वाहकों का अधिकांश पुनर्संयोजन पीएन जंक्शन की सतह पर होता है स्पष्ट कारणों के लिए, और वह इस तरह से प्राप्त किया जाता है:

• सब्सट्रेट की डोपिंग एकाग्रता को बढ़ाकर, अतिरिक्त अल्पसंख्यक चार्ज वाहक इलेक्ट्रॉन संरचना के शीर्ष पर चले जाते हैं, पुनः संयोजित होते हैं, और एलईडी सतह पर प्रकाश का उत्सर्जन करते हैं।
• आवेश वाहकों की प्रसार लंबाई बढ़ाकर, अर्थात्, L = √ Dτ, जहाँ D प्रसार गुणांक है और τ आवेश वाहक का जीवनकाल है। जब यह महत्वपूर्ण मूल्य से अधिक बढ़ जाता है, तो डिवाइस में जारी फोटॉन के पुन: अवशोषण की संभावना होगी।

इस प्रकार, जब LED डायोड को अग्रदिशिक बायस के साथ जोड़ा जाता है, माल वाहक वे पीएन जंक्शन पर मौजूदा संभावित अवरोध को दूर करने के लिए पर्याप्त ऊर्जा प्राप्त करते हैं। पी-टाइप और एन-टाइप सेमीकंडक्टर दोनों में माइनॉरिटी चार्ज कैरियर्स को जंक्शन में इंजेक्ट किया जाता है और बहुसंख्यक वाहकों के साथ पुनर्संयोजित किया जाता है। बहुसंख्यक और अल्पसंख्यक वाहकों का संयोजन दो तरह से हो सकता है:

• विकिरणवाला: जब पुनर्संयोजन के दौरान प्रकाश उत्सर्जित होता है।
• विकिरण नहीं: पुनर्संयोजन के दौरान कोई प्रकाश उत्सर्जित नहीं होता, ऊष्मा उत्पन्न होती है। अर्थात्, लगाई गई विद्युत ऊर्जा का कुछ भाग ऊष्मा के रूप में नष्ट हो जाता है न कि प्रकाश के रूप में। प्रकाश या गर्मी उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाने वाली ऊर्जा के प्रतिशत के आधार पर, यह एलईडी की दक्षता होगी।

कार्बनिक अर्धचालक

हाल ही में उन्होंने बाजार में भी दस्तक दी है OLED या कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड, जिनका उपयोग डिस्प्ले के लिए किया गया है। ये नए कार्बनिक डायोड कार्बनिक प्रकृति की सामग्री से बने होते हैं, जो कि एक कार्बनिक अर्धचालक है, जहां आंशिक रूप से या सभी कार्बनिक अणु में चालन की अनुमति है।

ये कार्बनिक पदार्थ अंदर हो सकते हैं क्रिस्टलीय चरण या बहुलक अणुओं में. इसमें बहुत पतली संरचना, कम लागत होने का लाभ है, उन्हें संचालित करने के लिए बहुत कम वोल्टेज की आवश्यकता होती है, उनके पास उच्च चमक होती है, और अधिकतम कंट्रास्ट और तीव्रता होती है।

एलईडी रंग

सामान्य अर्धचालक डायोड के विपरीत, एल ई डी उस प्रकाश का उत्सर्जन उन यौगिकों के कारण करते हैं जिनका वे उपयोग करते हैं, जैसा कि मैंने पहले उल्लेख किया है। सामान्य अर्धचालक डायोड सिलिकॉन या जर्मेनियम से बने होते हैं, लेकिन प्रकाश उत्सर्जक डायोड होते हैं यौगिकों जैसे:

• गैलियम आर्सेनाइड
• गैलियम आर्सेनाइड फॉस्फाइड
• सिलिकियम कार्बाइड
• इंडियम गैलियम नाइट्राइड

वांछित रंग प्राप्त करने के लिए इन सामग्रियों को मिलाकर एक अद्वितीय और अलग तरंग दैर्ध्य का उत्पादन किया जा सकता है। विभिन्न अर्धचालक यौगिक दृश्यमान प्रकाश स्पेक्ट्रम के परिभाषित क्षेत्रों में प्रकाश का उत्सर्जन करते हैं और इसलिए प्रकाश की तीव्रता के विभिन्न स्तरों का उत्पादन करते हैं। एलईडी के निर्माण में प्रयुक्त अर्धचालक सामग्री का चुनाव फोटॉन उत्सर्जन की तरंग दैर्ध्य और उत्सर्जित प्रकाश के परिणामी रंग को निर्धारित करेगा।

विकिरण स्वरुप

विकिरण पैटर्न को उत्सर्जक सतह के संबंध में प्रकाश उत्सर्जन के कोण के रूप में परिभाषित किया गया है। अधिकतम मात्रा में शक्ति, तीव्रता या ऊर्जा उत्सर्जक सतह के लंबवत दिशा में प्राप्त की जाएगी। प्रकाश उत्सर्जन कोण उत्सर्जित होने वाले रंग पर निर्भर करता है और आमतौर पर लगभग 80° और 110° के बीच भिन्न होता है। यहाँ के साथ एक टेबल है विभिन्न रंग और सामग्री:

एक एलईडी द्वारा उत्सर्जित प्रकाश का रंग किसके द्वारा निर्धारित नहीं किया जाता है प्लास्टिक शरीर का रंग जो एलईडी को घेरता है। यह बहुत स्पष्ट किया जाना चाहिए। जैसा कि मैंने पहले उल्लेख किया है, प्रकाश उत्पादन में सुधार करने और एलईडी बंद होने पर रंग को इंगित करने के लिए एपॉक्सी राल का उपयोग किया जाता है।

एलईडी बहुरंगा

बाजार में एक है एल ई डी की विस्तृत विविधता उपलब्ध है, विभिन्न आकार, आकार, रंग, आउटपुट प्रकाश तीव्रता आदि के साथ। हालांकि, यह कहा जाना चाहिए कि इसकी कीमत के लिए निर्विवाद राजा गैलियम आर्सेनाइड फॉस्फाइड लाल एलईडी है, जिसका व्यास 5 मिमी है। वही दुनिया में सबसे ज्यादा इस्तेमाल होता है, इसलिए वही सबसे ज्यादा मात्रा में निर्मित होता है।

हालाँकि, जैसा कि आपने देखा है, वर्तमान में कई अलग-अलग रंग हैं, और कई रंगों को एक बनाने के लिए जोड़ा जा रहा है एलईडी बहुरंगा जैसा कि हम इस सेक्शन में देखने जा रहे हैं…

bicolour

एक बाइकलर एलईडी, जैसा कि इसके नाम से पता चलता है, एक है एलईडी दो अलग-अलग रंगों में उत्सर्जित करने में सक्षम है. यह एक ही पैकेज में दो अलग-अलग रंगीन एलईडी को मिलाकर हासिल किया जाता है। इस तरह आप एक रंग से दूसरे रंग में बदल सकते हैं। उदाहरण के लिए, उन एल ई डी की तरह जिन्हें आप बैटरी चार्ज की स्थिति को इंगित करने के लिए कुछ उपकरणों पर देखते हैं जो चार्ज होने पर लाल हो जाते हैं और जब यह चार्ज हो चुका होता है तो हरा हो जाता है।

इन एलईडी को बनाने के लिए समानांतर में जुड़े हुए हैं, एक एलईडी के एनोड के साथ दूसरे एलईडी के कैथोड से जुड़ा हुआ है और इसके विपरीत। इस तरह, जब किसी भी एनोड को बिजली की आपूर्ति की जाती है, तो केवल एक एलईडी ही जलेगी, जो अपने एनोड के माध्यम से शक्ति प्राप्त कर रही है। यदि दोनों एनोड एक ही समय में संचालित होते हैं, तो डायनेमिक स्विचिंग के साथ एक ही समय में दोनों को चालू करना भी संभव है।

तिरंगा

हमारे पास तिरंगे एलईडी भी हैं, यानी वे तीन अलग-अलग रंगों का उत्सर्जन कर सकता है दो के बजाय। ये एक ही पैकेज में एक सामान्य कैथोड के साथ तीन एल ई डी को जोड़ते हैं, और एक या दो रंगों को रोशन करने के लिए, आपको कैथोड को जमीन से जोड़ने की आवश्यकता होती है। और जिस रंग को आप नियंत्रित या चालू करना चाहते हैं, उसके एनोड द्वारा आपूर्ति की जाने वाली धारा।

यानी एक या दो रंग की एलईडी लाइटिंग के लिए कनेक्ट करना जरूरी है किसी भी एनोड को बिजली की आपूर्ति व्यक्तिगत रूप से या एक ही समय में। इन तिरंगे एलईडी का उपयोग अक्सर कई उपकरणों में किया जाता है, जैसे कि मोबाइल फोन, सूचनाओं को इंगित करने के लिए, आदि। इसके अलावा, इस प्रकार के डायोड दो एल ई डी को आगे की धारा के विभिन्न अनुपातों पर चालू करके प्राथमिक रंगों के अतिरिक्त शेड उत्पन्न करते हैं।

आरजीबी एलईडी

यह मूल रूप से एक प्रकार का तिरंगा एलईडी है, जिसे इस मामले में जाना जाता है RGB (रेड ग्रीन ब्लू), क्योंकि यह उन तीन रंगों के प्रकाश का उत्सर्जन करता है। ये रंगीन ट्रिम स्ट्रिप्स और गेमिंग गियर में बहुत लोकप्रिय हो गए हैं, जैसा कि आप जानते होंगे। हालाँकि, आपके पास प्राथमिक रंग होने के बावजूद, सभी रंगों और रंगों को उत्पन्न करना संभव नहीं है। कुछ रंग आरजीबी त्रिकोण के बाहर आते हैं, और गुलाबी, भूरा आदि जैसे रंग आरजीबी के साथ आना मुश्किल है।

एलईडी के फायदे और नुकसान

अब यह देखने का समय है कि मुख्य क्या हैं फायदे और नुकसान इनमें से एलईडी डायोड:

लाभ

• छोटा आकार
• कम उत्पादन लागत
• लंबी शेल्फ लाइफ (पिघलेगा नहीं)*
• उच्च ऊर्जा दक्षता / कम खपत
• कम तापमान / कम विकिरित गर्मी
• डिजाइन लचीलापन
• वे कई अलग-अलग रंग और यहां तक ​​कि सफेद रोशनी भी पैदा कर सकते हैं।
• उच्च स्विचिंग गति
• उच्च प्रकाश तीव्रता
• प्रकाश को एक दिशा में केंद्रित करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है
• वे सॉलिड-स्टेट सेमीकंडक्टर डिवाइस हैं, इसलिए वे अधिक मजबूत हैं: थर्मल शॉक और कंपन के लिए अधिक प्रतिरोधी
• यूवी किरणों की उपस्थिति नहीं

नुकसान

• उज्ज्वल उत्पादन शक्ति और एलईडी की तरंग दैर्ध्य की परिवेश तापमान निर्भरता।
• अतिरिक्त वोल्टेज और/या अधिक करंट के कारण क्षति के प्रति संवेदनशीलता।
• सैद्धांतिक समग्र दक्षता केवल विशेष ठंड या स्पंदित परिस्थितियों में प्राप्त की जाती है।

अनुप्रयोगों

अंतिम लेकिन कम से कम, यह दिखाना आवश्यक है कि क्या हैं संभावित अनुप्रयोग जिसके लिए इन रंगीन एल ई डी का इरादा है:

• वाहन रोशनी के लिए
• साइनेज: संकेतक, संकेत, ट्रैफिक लाइट
• डैशबोर्ड पर दृश्य जानकारी प्रदर्शित करें
• डिस्प्ले के लिए जहां पिक्सेल एलईडी से बने होते हैं
• चिकित्सा अनुप्रयोगों
• खिलौने
• प्रकाश
• रिमोट कंट्रोल (आईआर एल ई डी)
• आदि