लाइट एमिटिंग डायोड

लाइट एमिटिंग डायोड#

लाइट-एमिटिंग डायोड (एलईडी) हा एक सेमीकंडक्टर प्रकाश स्रोत आहे जो विद्युत प्रवाह त्यामधून जातो तेव्हा प्रकाश उत्सर्जित करतो. एलईडीचा वापर प्रकाशयोजना, डिस्प्ले आणि सेन्सर यासह विविध अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो.

एलईडी कशी काम करते?#

एलईडी इलेक्ट्रोल्युमिनेसन्सच्या तत्त्वावर काम करते. जेव्हा सेमीकंडक्टर सामग्रीमधून विद्युत प्रवाह जातो, तेव्हा तो ऊर्जेचा असंतुलन निर्माण करतो ज्यामुळे इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा पातळीवरून निम्न ऊर्जा पातळीवर जातात. यामुळे फोटॉनच्या रूपात ऊर्जा मुक्त होते, जी प्रकाशाचे कण असतात.

एलईडीद्वारे उत्सर्जित होणाऱ्या प्रकाशाचा रंग सेमीकंडक्टर सामग्रीच्या बँडगॅपद्वारे निश्चित केला जातो. बँडगॅप म्हणजे व्हॅलेन्स बँड आणि कंडक्शन बँड यामधील ऊर्जेतील फरक. बँडगॅप जितका मोठा असेल तितकी उत्सर्जित फोटॉनची ऊर्जा जास्त आणि प्रकाशाची तरंगलांबी कमी असेल.

एलईडीचे प्रकार#

अनेक विविध प्रकारचे एलईडी आहेत, प्रत्येकाची स्वतःची वैशिष्ट्ये आहेत. काही सर्वात सामान्य प्रकारच्या एलईडीमध्ये हे समाविष्ट आहे:

• मानक एलईडी: हे एलईडीचे सर्वात सामान्य प्रकार आहेत. ते सहसा गॅलियम आर्सेनाइड (GaAs) किंवा गॅलियम फॉस्फाइड (GaP) पासून बनवले जातात.
• उच्च-तेजस्वी एलईडी (HB एलईडी): हे एलईडी मानक एलईडीपेक्षा अधिक तेजस्वी असतात. ते सहसा इंडियम गॅलियम नायट्राइड (InGaN) पासून बनवले जातात.
• अतिउच्च-तेजस्वी एलईडी (UHB एलईडी): हे एलईडी HB एलईडीपेक्षाही अधिक तेजस्वी असतात. ते सहसा गॅलियम नायट्राइड (GaN) पासून बनवले जातात.
• ऑर्गेनिक लाइट-एमिटिंग डायोड (OLED): हे एलईडी सेंद्रिय सामग्रीपासून बनवले जातात. ते सहसा डिस्प्लेमध्ये वापरले जातात.

एलईडीचे अनुप्रयोग#

एलईडीचा वापर विविध अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो, ज्यात हे समाविष्ट आहे:

• प्रकाशयोजना: एलईडीचा वापर रस्त्यावरील दिवे, ट्रॅफिक लाइट आणि घरातील प्रकाशयोजना यासह विविध प्रकाशयोजना अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो.
• डिस्प्ले: एलईडीचा वापर दूरदर्शन, संगणक मॉनिटर आणि स्मार्टफोन यासह विविध डिस्प्लेमध्ये केला जातो.
• सेन्सर: एलईडीचा वापर फोटोडायोड, फोटोट्रान्झिस्टर आणि लाइट-डिपेंडंट रेझिस्टर (LDR) यासह विविध सेन्सरमध्ये केला जातो.
• वैद्यकीय उपकरणे: एलईडीचा वापर शस्त्रक्रिया दिवे, दंत उपचार दिवे आणि वैद्यकीय इमेजिंग सिस्टम यासह विविध वैद्यकीय उपकरणांमध्ये केला जातो.

एलईडी चिन्ह#

एलईडी (लाइट-एमिटिंग डायोड) हा एक सेमीकंडक्टर प्रकाश स्रोत आहे जो विद्युत प्रवाह त्यामधून जातो तेव्हा प्रकाश उत्सर्जित करतो. एलईडीचा वापर प्रकाशयोजना, डिस्प्ले आणि सेन्सर यासह विविध अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो.

एलईडी चिन्ह हे एलईडीचे ग्राफिकल प्रतिनिधित्व आहे. यात एक वर्तुळ आणि दोन बाण एकमेकांच्या दिशेने दाखवलेले असतात. बाण एलईडीमधून इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह दर्शवतात. वर्तुळ एलईडीची सेमीकंडक्टर सामग्री दर्शवते.

एलईडी चिन्हाची प्रकारे#

एलईडी चिन्हाची अनेक प्रकारे आहेत. सर्वात सामान्य प्रकार म्हणजे फॉरवर्ड-बायस्ड एलईडी चिन्ह. हे चिन्ह एलईडीला वर्तुळाकडे निर्देशित करणाऱ्या बाणाशी पॉझिटिव्ह टर्मिनल जोडलेले दाखवते. नकारात्मक टर्मिनल वर्तुळापासून दूर निर्देशित करणाऱ्या बाणाशी जोडलेले असते.

एलईडी चिन्हाचा आणखी एक प्रकार म्हणजे रिव्हर्स-बायस्ड एलईडी चिन्ह. हे चिन्ह एलईडीला वर्तुळापासून दूर निर्देशित करणाऱ्या बाणाशी पॉझिटिव्ह टर्मिनल जोडलेले दाखवते. नकारात्मक टर्मिनल वर्तुळाकडे निर्देशित करणाऱ्या बाणाशी जोडलेले असते.

एलईडी चिन्ह हा सर्किट आकृतीमध्ये एलईडीचे प्रतिनिधित्व करण्याचा एक सोपा परंतु प्रभावी मार्ग आहे. ते समजण्यास सोपे आहे आणि फॉरवर्ड-बायस्ड आणि रिव्हर्स-बायस्ड दोन्ही एलईडी दर्शवण्यासाठी वापरले जाऊ शकते.

लाइट एमिटिंग डायोडचा इतिहास#

प्रारंभिक विकास#

• लाइट-एमिटिंग डायोड (एलईडी) चा इतिहास २०व्या शतकाच्या प्रारंभी शोधकांनी सेमीकंडक्टर सामग्रीसह प्रयोग करण्यास सुरुवात केली तेव्हापासून शोधता येतो.
• १९०७ मध्ये, ब्रिटिश रेडिओ पायोनियर एच.जे. राऊंड यांनी सिलिकॉन कार्बाइड क्रिस्टलमध्ये इलेक्ट्रोल्युमिनेसन्सचे निरीक्षण केले.
• १९२७ मध्ये, रशियन भौतिकशास्त्रज्ञ ओलेग लोसेव यांनी सेमीकंडक्टर डायोडमधून प्रकाश उत्सर्जनावर अहवाल दिला.
• १९६२ मध्ये, जनरल इलेक्ट्रिकमधील निक होलोन्याक ज्युनियर आणि त्यांच्या संघाने पहिली दृश्य एलईडी, एक लाल एलईडी विकसित केली.

विविध रंगांच्या एलईडीचा विकास#

• १९७० च्या दशकात, शोधकांनी हिरवी आणि पिवळी एलईडी विकसित केली.
• १९९० च्या दशकात, निळी एलईडी विकसित केली गेली, ज्यामुळे पांढरी एलईडी तयार करणे शक्य झाले.
• पांढऱ्या एलईडीचा आता प्रकाशयोजना, डिस्प्ले आणि ट्रॅफिक सिग्नल यासह विविध अनुप्रयोगांमध्ये वापर केला जातो.

लाइट एमिटिंग डायोडचे कार्य#

लाइट-एमिटिंग डायोड (एलईडी) हे एक सेमीकंडक्टर उपकरण आहे जे विद्युत प्रवाह त्यामधून जातो तेव्हा प्रकाश उत्सर्जित करते. एलईडीचा वापर प्रकाशयोजना, डिस्प्ले आणि सेन्सर यासह विविध अनुप्रयोगांमध्ये केला जातो.

एलईडी कसे काम करते?#

एलईडीच्या कार्याचे मूलभूत तत्त्व म्हणजे इलेक्ट्रोल्युमिनेसन्स. जेव्हा गॅलियम आर्सेनाइड (GaAs) सारख्या सेमीकंडक्टर सामग्रीमधून विद्युत प्रवाह पाठवला जातो, तेव्हा इलेक्ट्रॉन व्हॅलेन्स बँडवरून कंडक्शन बँडमध्ये उत्तेजित होतात. हे उच्च इलेक्ट्रॉन एकाग्रतेचा प्रदेश तयार करते, ज्याला एन-टाइप प्रदेश म्हणतात.

त्याच वेळी, व्हॅलेन्स बँडमध्ये होल तयार होतात. हे होल सकारात्मक चार्ज केलेले असतात आणि ते एन-टाइप प्रदेशाकडे आकर्षित होतात. जेव्हा इलेक्ट्रॉन आणि होल पुन्हा एकत्र येतात, तेव्हा ते प्रकाशाच्या फोटॉनच्या रूपात ऊर्जा मुक्त करतात.

एलईडीद्वारे उत्सर्जित होणाऱ्या प्रकाशाचा रंग सेमीकंडक्टर सामग्रीच्या बँडगॅपवर अवलंबून असतो. बँडगॅप म्हणजे व्हॅलेन्स बँड आणि कंडक्शन बँड यामधील ऊर्जेतील फरक. बँडगॅप जितका मोठा असेल तितकी एलईडीद्वारे उत्सर्जित फोटॉनची ऊर्जा जास्त असेल.

एलईडी ही एक बहुमुखी आणि ऊर्जा-कार्यक्षम प्रकाश तंत्रज्ञान आहे ज्याचा विविध अनुप्रयोगांमध्ये वापर केला जातो. एलईडी त्यांच्या दीर्घ आयुष्य आणि कमी ऊर्जा वापरामुळे अधिकाधिक लोकप्रिय होत आहेत.

लाइट एमिटिंग डायोडची आय-व्ही वैशिष्ट्ये#

लाइट-एमिटिंग डायोड (एलईडी) हे एक सेमीकंडक्टर उपकरण आहे जे विद्युत प्रवाह त्यामधून जातो तेव्हा प्रकाश उत्सर्जित करते. एलईडीची आय-व्ही वैशिष्ट्ये म्हणजे एलईडीमधून वाहणारा प्रवाह आणि त्यावर लागू केलेले व्होल्टेज यांच्यातील संबंध होय.

फॉरवर्ड बायस

जेव्हा एलईडीवर फॉरवर्ड बायस लागू केला जातो, तेव्हा प्रवाह उपकरणातून वाहतो आणि एलईडी प्रकाश उत्सर्जित करते. फॉरवर्ड बायस व्होल्टेज म्हणजे एलईडी चालू करण्यासाठी आवश्यक असलेली किमान व्होल्टेज. फॉरवर्ड बायस करंट म्हणजे फॉरवर्ड बायस व्होल्टेज लागू केले असता एलईडीमधून वाहणारा प्रवाह.

रिव्हर्स बायस

जेव्हा एलईडीवर रिव्हर्स बायस लागू केला जातो, तेव्हा प्रवाह उपकरणातून वाहत नाही आणि एलईडी प्रकाश उत्सर्जित करत नाही. रिव्हर्स बायस व्होल्टेज म्हणजे एलईडी नुकसान न करता लागू करता येणारी कमाल व्होल्टेज. रिव्हर्स बायस करंट म्हणजे रिव्हर्स बायस व्होल्टेज लागू केले असता एलईडीमधून वाहणारा प्रवाह.

आय-व्ही वक्र

एलईडीचा आय-व्ही वक्र हा एक आलेख आहे जो फॉरवर्ड बायस करंट आणि फॉरवर्ड बायस व्होल्टेज यांच्यातील संबंध दर्शवितो. एलईडीचा आय-व्ही वक्र सहसा नॉन-लिनियर वक्र असतो. आय-व्ही वक्राचा उतार याला एलईडीचा डायनॅमिक रेझिस्टन्स म्हणतात.

एलईडीची आय-व्ही वैशिष्ट्ये हे उपकरणाचे मूलभूत गुणधर्म आहेत. एलईडी सर्किट डिझाइन करण्यासाठी एलईडीची आय-व्ही वैशिष्ट्ये समजून घेणे आवश्यक आहे.

एलईडीचा रंग काय ठरवतो?#

लाइट-एमिटिंग डायोड (एलईडी) ही सेमीकंडक्टर उपकरणे आहेत जी विद्युत प्रवाह त्यामधून जातो तेव्हा प्रकाश उत्सर्जित करतात. एलईडीद्वारे उत्सर्जित होणाऱ्या प्रकाशाचा रंग एलईडी बनवण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या सेमीकंडक्टर सामग्रीच्या ऊर्जा बँडगॅपद्वारे निश्चित केला जातो.

ऊर्जा बँडगॅप#

ऊर्जा बँडगॅप म्हणजे सेमीकंडक्टर सामग्रीच्या व्हॅलेन्स बँड आणि कंडक्शन बँड यामधील ऊर्जेतील फरक. जेव्हा व्हॅलेन्स बँडमधील इलेक्ट्रॉन पुरेशी ऊर्जा असलेला प्रकाशाचा फोटॉन शोषून घेतो, तेव्हा तो कंडक्शन बँडमध्ये उडी मारू शकतो. हे कंडक्शन बँडमध्ये एक मुक्त इलेक्ट्रॉन आणि व्हॅलेन्स बँडमध्ये एक होल तयार करते. मुक्त इलेक्ट्रॉन आणि होल नंतर पुन्हा एकत्र येऊ शकतात, शोषलेल्या फोटॉनसारख्याच ऊर्जेचा प्रकाशाचा फोटॉन मुक्त करतात.

एलईडीद्वारे उत्सर्जित होणाऱ्या प्रकाशाचा रंग उत्सर्जित होणाऱ्या फोटॉनच्या ऊर्जेद्वारे निश्चित केला जातो. फोटॉनची ऊर्जा जितकी जास्त असेल तितकी प्रकाशाची तरंगलांबी कमी आणि रंग अधिक निळा असेल. फोटॉनची ऊर्जा जितकी कमी असेल तितकी प्रकाशाची तरंगलांबी जास्त आणि रंग अधिक लाल असेल.

बँडगॅप आणि रंग#

खालील सारणी सेमीकंडक्टर सामग्रीच्या ऊर्जा बँडगॅप आणि एलईडीद्वारे उत्सर्जित होणाऱ्या प्रकाशाच्या रंगातील संबंध दर्शवते:

ऊर्जा बँडगॅप (eV)	रंग
< 1.8	इन्फ्रारेड
1.8 - 2.0	लाल
2.0 - 2.4	नारिंगी
2.4 - 2.8	पिवळा
2.8 - 3.2	हिरवा
3.2 - 3.6	निळा
3.6 - 4.0	जांभळा
> 4.0	अल्ट्राव्हायोलेट

एलईडीचा रंग एलईडी बनवण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या सेमीकंडक्टर सामग्रीच्या ऊर्जा बँडगॅपद्वारे निश्चित केला जातो. ऊर्जा बँडगॅप जितका जास्त असेल तितकी उत्सर्जित प्रकाशाची तरंगलांबी कमी आणि रंग अधिक निळा असेल. ऊर्जा बँडगॅप जितका कमी असेल तितकी उत्सर्जित प्रकाशाची तरंगलांबी जास्त आणि रंग अधिक लाल असेल.

एलईडीची वैशिष्ट्ये#

1. प्रकाश उत्पादन#

• तेजस्वी तीव्रता: एलईडीची तेजस्वी तीव्रता म्हणजे विशिष्ट दिशेने उत्सर्जित होणाऱ्या प्रकाशाचे प्रमाण, कॅन्डेला (cd) मध्ये मोजले जाते. हे विशिष्ट कोनातून एलईडीची तेजस्वीपणा दर्शवते.

• तेजस्वी प्रवाह: तेजस्वी प्रवाह हे सर्व दिशांना लक्षात घेऊन एलईडीद्वारे उत्सर्जित होणाऱ्या एकूण दृश्यमान प्रकाशाचे मोजमाप आहे. हे लुमेन (lm) मध्ये व्यक्त केले जाते आणि एलईडीचे एकूण प्रकाश उत्पादन दर्शवते.

2. रंग#

• रंग तापमान: रंग तापमान एलईडीच्या प्रकाशाचे रंग स्वरूप वर्णन करते, केल्विन (K) मध्ये मोजले जाते. कमी रंग तापमान उबदार, पिवळसर प्रकाश निर्माण करते, तर उच्च रंग तापमान थंड, निळसर प्रकाश उत्सर्जित करते.

• रंग प्रतिपादन निर्देशांक (CRI): CRI हे एलईडी प्रकाश स्रोत नैसर्गिक सूर्यप्रकाशाच्या तुलनेत वस्तूंचे रंग किती अचूकपणे पुनरुत्पादित करतो हे मोजते. उच्च CRI चा अर्थ चांगले रंग प्रतिपादन आणि अधिक नैसर्गिक दिसणारे रंग असा होतो.

3. कार्यक्षमता#

• तेजस्वी प्रभावकारकता: तेजस्वी प्रभावकारकता म्हणजे तेजस्वी प्रवाह आणि वीज वापर यांचे गुणोत्तर, लुमेन प्रति वॅट (lm/W) मध्ये मोजले जाते. हे एलईडी विद्युत ऊर्जेचे दृश्यमान प्रकाशात किती कार्यक्षमतेने रूपांतर करते हे दर्शवते.

4. बीम कोन#

• बीम कोन: एलईडीचा बीम कोन म्हणजे प्रकाश उत्सर्जित होणारा कोन. अरुंद बीम कोन एकाग्र, केंद्रित प्रकाश निर्माण करतात, तर रुंद बीम कोन अधिक विखुरलेले प्रकाश प्रदान करतात.

5. फॉरवर्ड व्होल्टेज#

• फॉरवर्ड व्होल्टेज: फॉरवर्ड व्होल्टेज म्हणजे एलईडी चालू करण्यासाठी आणि त्यामधून प्रवाह वाहू देण्यासाठी आवश्यक असलेली किमान व्होल्टेज. हे एलईडीच्या सामग्री आणि रंगावर अवलंबून बदलते.

6. रिव्हर्स व्होल्टेज#

• रिव्हर्स व्होल्टेज: रिव्हर्स व्होल्टेज म्हणजे एलईडीला नुकसान न करता रिव्हर्स दिशेने लागू करता येणारी कमाल व्होल्टेज. रिव्हर्स व्होल्टेज ओलांडल्यास एलईडीला कायमचे नुकसान होऊ शकते.

7. ऑपरेटिंग तापमान#

• ऑपरेटिंग तापमान श्रेणी: एलईडीला एक निर्दिष्ट ऑपरेटिंग तापमान श्रेणी असते ज्यामध्ये ते योग्यरित्या कार्य करू शकतात. या श्रेणीबाहेर कार्य केल्यास एलईडीच्या कार्यप्रदर्शनावर आणि आयुष्यावर परिणाम होऊ शकतो.

8. आयुष्य#

• आयुष्य: एलईडीचे आयुष्य सहसा तासांमध्ये मोजले जाते आणि त्याच्या प्रारंभिक प्रकाश उत्पादनाच्या निर्दिष्ट टक्केवारीचे राखण्यासाठी किती काळ टिकू शकते हे दर्शवते. पारंपारिक प्रकाश स्रोतांच्या तुलनेत एलईडीला सामान्यतः दीर्घ आयुष्य असते.

9. मंद करण्याची क्षमता#

• मंद करणे: काही एलईडी मंद करण्यायोग्य डिझाइन केलेले असतात, ज्यामुळे समायोज्य प्रकाश तीव्रता शक्य होते. पल्स विड्थ मॉड्युलेशन (PWM) किंवा अॅनालॉग डिमिंग सारख्या विविध पद्धतींद्वारे मंद करणे साध्य केले जाऊ शकते.

10. पर्यावरणीय प्रभाव#

• ऊर्जा कार्यक्षमता: एलईडी अत्यंत ऊर्जा-कार्यक्षम आहेत, इन्कॅन्डिसेंट आणि हॅलोजन बल्बच्या तुलनेत लक्षणीय कमी वीज वापरतात. यामुळे ऊर्जा वापर कमी होतो आणि कार्बन उत्सर्जन कमी होते.

• कमी कचरा: एलईडीचे आयुष्य जास्त असल्याने, बल्ब बदलण्याची वारंवारता आणि संबंधित कचरा निर्मिती कमी होते.

11. अनुप्रयोग#

• सामान्य प्रकाशयोजना: एलईडीचा वापर निवासी, वाणिज्यिक आणि औद्योगिक सेटिंग्जसह सामान्य प्रकाशयोजना अनुप्रयोगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो.

• ऑटोमोटिव्ह प्रकाशयोजना: एलईडीचा वापर ऑटोमोटिव्ह हेडलाइट, टेललाइट, ब्रेक लाइट आणि आतील प्रकाशयोजनामध्ये सामान्यतः केला जातो.

• ट्रॅफिक सिग्नल: एलईडीचा वापर त्यांच्या उच्च दृश्यमानता, ऊर्जा कार्यक्षमता आणि दीर्घ आयुष्यामुळे ट्रॅफिक सिग्नलमध्ये केला जातो.

• डिस्प्ले: एलईडीचा वापर दूरदर्शन, संगणक मॉनिटर आणि स्मार्टफोन यासह विविध इलेक्ट्रॉनिक डिस्प्लेमध्ये केला जातो.

• वैद्यकीय उपकरणे: एलईडीचा वापर शस्त्रक्रिया प्रकाशयोजना आणि निदान उपकरणे यासारख्या विविध हेतूंसाठी वैद्यकीय उपकरणांमध्ये केला जातो.

• औद्योगिक अनुप्रयोग: एलईडीचा वापर मशीन विजन, तपासणी आणि प्रक्रिया नियंत्रण प्रणालींसाठी औद्योगिक सेटिंग्जमध्ये केला जातो.

एलईडीचे फायदे आणि तोटे#

एलईडीचे फायदे#

एलईडी (लाइट-एमिटिंग डायोड) इन्कॅन्डिसेंट आणि फ्लोरोसंट बल्ब यांसारख्या पारंपारिक प्रकाश स्रोतांपेक्षा अनेक फायदे देतात. एलईडीचे काही मुख्य फायदे येथे आहेत:

ऊर्जा कार्यक्षमता#

एलईडी अत्यंत ऊर्जा-कार्यक्षम आहेत, इन्कॅन्डिसेंट बल्बच्या तुलनेत ९०% पर्यंत कमी ऊर्जा आणि फ्लोरोसंट बल्बच्या तुलनेत ५०% कमी ऊर्जा वापरतात. ही ऊर्जा कार्यक्षमता कालांतराने वीज बिलावर लक्षणीय खर्च बचत करू शकते.

दीर्घ आयुष्य#

एलईडीला पारंपारिक प्रकाश स्रोतांच्या तुलनेत खूप जास्त आयुष्य असते. ते ५०,००० तासांपर्यंत टिकू शकतात, जे सतत वापराच्या अंदाजे ५० वर्षांच्या समतुल्य आहे. यामुळे वारंवार बल्ब बदलण्याची गरज नाहीशी होते, देखभाल खर्च आणि त्रास कमी होतो.

टिकाऊपणा#

एलईडी अत्यंत टिकाऊ आणि आघात, कंपन आणि अतिउच्च तापमानास प्रतिरोधक असतात. फ्लोरोसंट बल्बच्या विपरीत, वारंवार चालू-बंद करण्याचा त्यांच्यावर परिणाम होत नाही, ज्यामुळे त्यांचे आयुष्य कमी होऊ शकते. हा टिकाऊपणा एलईडीला मागणी असलेल्या वातावरण