LED क्या है और यह कैसे काम करती है? एलईडी के संचालन का सिद्धांत: उज्ज्वल, अति-उज्ज्वल, सफेद, एसएमडी

हाल के वर्षों में एलईडी के साथ प्रकाश व्यवस्था के लिए उपकरण विजयी मार्च की ओर बढ़ रहे हैं। दुकानों की अलमारियों पर चीनी का एक बड़ा चयन एलईडी फ्लैशलाइट्स, उनमें शामिल बैटरियों की लागत से बहुत अधिक कीमत पर नहीं, जो अंदर के बल्बों के साथ अपने समकक्षों की तुलना में उज्जवल और लंबे समय तक चमकती हैं। किस वजह से एलईडी इतनी जीत की स्थिति में थी?

जो लोग नहीं जानते हैं उनके लिए: एक एलईडी एक अर्धचालक उपकरण है जिसमें विद्युत प्रवाह सीधे प्रकाश विकिरण में परिवर्तित हो जाता है। डायोड - यानी यह केवल एक दिशा में करंट पास करने में सक्षम है (लेख देखें कि डायोड कैसे काम करता है) वैसे, अंग्रेजी में एलईडी को लाइट एमिटिंग डायोड या एलईडी कहा जाता है।

एलईडी में एक गैर-प्रवाहकीय सब्सट्रेट पर एक अर्धचालक क्रिस्टल, संपर्क लीड के साथ एक आवास और एक ऑप्टिकल सिस्टम होता है। स्थायित्व में सुधार के लिए, क्रिस्टल और प्लास्टिक लेंस के बीच की जगह पारदर्शी सिलिकॉन से भर जाती है। एल्युमिनियम बेस अतिरिक्त गर्मी को दूर करने का काम करता है। जो, मुझे कहना होगा, बहुत कम राशि आवंटित की जाती है।

अर्धचालक क्रिस्टल में चमक पी-एन जंक्शन के क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के पुनर्संयोजन से उत्पन्न होती है। पी-एन जंक्शन क्षेत्र दो अर्धचालकों के संपर्क से बनता है अलग - अलग प्रकारचालकता। ऐसा करने के लिए, अर्धचालक क्रिस्टल की निकट-संपर्क परतों को विभिन्न अशुद्धियों के साथ डोप किया जाता है: एक तरफ, स्वीकर्ता, दूसरी तरफ, दाता।

पी-एन जंक्शन प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए, एलईडी के सक्रिय क्षेत्र में बैंड गैप दृश्य प्रकाश क्वांटा की ऊर्जा के करीब होना चाहिए। दूसरे, अर्धचालक क्रिस्टल में कुछ दोष होने चाहिए जिसके कारण विकिरण के बिना पुनर्संयोजन होता है। दोनों स्थितियों को पूरा करने के लिए, अक्सर एक क्रिस्टल में एक पीएन जंक्शन पर्याप्त नहीं होता है, और निर्माताओं को बहुपरत अर्धचालक संरचनाओं, तथाकथित हेटरोस्ट्रक्चर का निर्माण करने के लिए मजबूर किया जाता है।

जाहिर है, जितना अधिक करंट एलईडी से होकर गुजरता है, उतना ही तेज चमकता है, क्योंकि जितना अधिक करंट होता है, उतने ही अधिक इलेक्ट्रॉन और छेद प्रति यूनिट समय में पुनर्संयोजन क्षेत्र में प्रवेश करते हैं। हालांकि, अर्धचालक और पी-एन जंक्शन के आंतरिक प्रतिरोध के कारण, डायोड गर्म हो जाता है और उच्च धारा में जल सकता है - सीसा तार पिघल जाएगा या अर्धचालक स्वयं जल जाएगा।

गरमागरम लैंप के विपरीत, एल ई डी में विद्युत प्रवाह सीधे प्रकाश विकिरण में परिवर्तित हो जाता है, जिसमें थोड़ी मात्रा में गर्मी का नुकसान होता है। नतीजतन, एलईडी उन उपकरणों में अधिक किफायती और अपरिहार्य परिमाण के कई आदेश हैं जहां हीटिंग अस्वीकार्य है। एलईडी की एक विशेषता स्पेक्ट्रम के एक संकीर्ण हिस्से में उत्सर्जन है। इसके लिए उन्हें प्रबुद्ध विज्ञापन और आंतरिक सजावट के निर्माण के लिए डिजाइनरों से प्यार हो गया। यूवी और आईआर विकिरण, एक नियम के रूप में, एलईडी में अनुपस्थित हैं। एलईडी में उच्च यांत्रिक शक्ति और विश्वसनीयता है। LED का जीवनकाल 100,000 घंटे तक पहुँच जाता है, जो कि एक गरमागरम बल्ब के लगभग 100 गुना और उससे 5 से 10 गुना तक होता है फ्लोरोसेंट लैंप. अंत में, एलईडी एक कम वोल्टेज विद्युत उपकरण है, और इसलिए सुरक्षित है।

प्रौद्योगिकी का एकमात्र दोष इसकी उच्च लागत है। फिलहाल, एक एलईडी द्वारा उत्सर्जित एक लुमेन की कीमत एक गरमागरम लैंप द्वारा उत्सर्जित लुमेन से 100 गुना अधिक है। हालांकि, निर्माता आने वाले वर्षों में इस सूचक में 10 गुना की कमी की भविष्यवाणी करते हैं।

स्पेक्ट्रम के पीले-हरे, पीले और लाल क्षेत्रों में उत्सर्जित फॉस्फाइड और गैलियम आर्सेनाइड पर आधारित एल ई डी पिछली शताब्दी के 60-70 के दशक में वापस विकसित किए गए थे। इनका उपयोग संकेतक रोशनी, स्कोरबोर्ड, डैशबोर्डकार और विमान, विज्ञापन स्क्रीन, विभिन्न सूचना विज़ुअलाइज़ेशन सिस्टम। प्रकाश उत्पादन के मामले में, एलईडी ने पारंपरिक तापदीप्त लैंप को पीछे छोड़ दिया। स्थायित्व, विश्वसनीयता, सुरक्षा के मामले में भी उन्होंने उनसे आगे निकल गए। लंबे समय तक नीले, नीले-हरे और सफेद एलईडी नहीं थे। एलईडी का रंग बैंड गैप पर निर्भर करता है जिसमें इलेक्ट्रॉन और छेद पुनर्संयोजन करते हैं, यानी अर्धचालक सामग्री और डोपेंट पर। "ब्लूअर" एलईडी, क्वांटम ऊर्जा जितनी अधिक होगी, और इसलिए, बैंड गैप उतना ही अधिक होना चाहिए।

ब्लू एल ई डी एक बड़े बैंडगैप के साथ अर्धचालकों के आधार पर बनाए गए हैं - सिलिकॉन कार्बाइड, समूह II और IV के तत्वों के यौगिक, या नाइट्राइड। तत्व IIIसमूह। हालांकि, सीआईसी-आधारित एल ई डी बहुत कम दक्षता और विकिरण की कम क्वांटम उपज (यानी, प्रति संयोजित जोड़ी उत्सर्जित फोटॉनों की संख्या) के लिए निकला। जिंक सेलेनाइड ZnSe के ठोस समाधानों पर आधारित एल ई डी की मात्रा अधिक थी, लेकिन वे अधिक गरम होने के कारण थे महान प्रतिरोधऔर अल्पकालिक थे। नीलम (!) सब्सट्रेट पर गैलियम नाइट्राइड फिल्मों के आधार पर पहला नीला प्रकाश उत्सर्जक डायोड बनाया गया है।

क्वांटम उपज प्रति पुनर्संयोजित इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी उत्सर्जित प्रकाश क्वांटा की संख्या है। आंतरिक और बाहरी क्वांटम उपज के बीच भेद। आंतरिक एक पी-एन जंक्शन में ही है, बाहरी एक पूरे के रूप में डिवाइस के लिए है (आखिरकार, प्रकाश "रास्ते में" खो सकता है - अवशोषित, बिखरा हुआ)। अच्छी गर्मी अपव्यय के साथ अच्छे क्रिस्टल के लिए आंतरिक क्वांटम उपज लगभग 100% तक पहुंच जाती है, लाल एल ई डी के लिए बाहरी क्वांटम दक्षता का रिकॉर्ड 55% है, और नीले रंग के लिए - 35% है। बाहरी क्वांटम दक्षता एक एलईडी की मुख्य प्रदर्शन विशेषताओं में से एक है।

एलईडी से सफेद रोशनी कई तरह से प्राप्त की जा सकती है। पहला आरजीबी तकनीक का उपयोग करके रंगों को मिलाना है। लाल, नीले और हरे रंग की एलईडी को एक मैट्रिक्स पर घनी तरह से रखा जाता है, जिसके विकिरण को एक ऑप्टिकल सिस्टम, जैसे लेंस का उपयोग करके मिश्रित किया जाता है। परिणाम है सफ़ेद रोशनी. दूसरी विधि यह है कि पराबैंगनी रेंज (कुछ हैं) में उत्सर्जित एक एलईडी की सतह पर तीन फॉस्फोर लागू होते हैं, क्रमशः नीले, हरे और लाल प्रकाश का उत्सर्जन करते हैं। एक फ्लोरोसेंट लैंप के सिद्धांत के आधार पर। तीसरा तरीका है जब एक नीले एलईडी पर पीले-हरे या हरे-लाल फॉस्फोर को लगाया जाता है। इस मामले में, दो या तीन विकिरण मिश्रित होते हैं, जो सफेद या सफेद प्रकाश के करीब होते हैं।

प्रत्येक विधि के अपने फायदे और नुकसान हैं। आरजीबी तकनीक, सिद्धांत रूप में, न केवल सफेद रंग प्राप्त करने की अनुमति देती है, बल्कि रंग चार्ट के माध्यम से आगे बढ़ने की अनुमति देती है जब विभिन्न एल ई डी के माध्यम से वर्तमान में परिवर्तन होता है। यह एक संपूर्ण प्रकाश परिसर निकलता है, जिसे मैन्युअल रूप से या एक कार्यक्रम के माध्यम से नियंत्रित किया जा सकता है। इस तरह के प्रभाव व्यापक रूप से क्रिसमस ट्री माला और इसी तरह के उपकरणों के डिजाइनरों और निर्माताओं द्वारा उपयोग किए जाते हैं। इसके अलावा, मैट्रिक्स में बड़ी संख्या में एल ई डी एक उच्च कुल चमकदार प्रवाह और एक बड़ी अक्षीय चमकदार तीव्रता प्रदान करते हैं। सिस्टम का नुकसान प्रकाश स्थान के केंद्र में और किनारों के साथ असमान रंग है। इसके अलावा, मैट्रिक्स के किनारों और उसके बीच से असमान गर्मी हटाने के कारण, एल ई डी अलग तरह से गर्म होते हैं, और तदनुसार, उम्र बढ़ने के दौरान उनका रंग अलग-अलग तरीकों से बदलता है - ऑपरेशन के दौरान कुल रंग तापमान और रंग "फ्लोट"। यह अप्रिय घटना क्षतिपूर्ति के लिए काफी कठिन और महंगी है। फॉस्फोर के साथ सफेद एल ई डी आरजीबी एलईडी मैट्रिस (इकाई के संदर्भ में) की तुलना में काफी सस्ता है चमकदार प्रवाह), और आपको एक अच्छा सफेद रंग प्राप्त करने की अनुमति देता है। उनके नुकसान: सबसे पहले, फॉस्फोर परत में प्रकाश रूपांतरण के कारण आरजीबी मैट्रिक्स की तुलना में उनके पास कम प्रकाश उत्पादन होता है; दूसरे, तकनीकी प्रक्रिया में फॉस्फर के जमाव की एकरूपता को ठीक से नियंत्रित करना काफी मुश्किल है और इसके परिणामस्वरूप, रंग का तापमान; और अंत में, तीसरा, फॉस्फोर भी उम्रदराज होता है, और एलईडी की तुलना में तेज होता है।

उद्योग फॉस्फोर और आरजीबी मैट्रिसेस के साथ दोनों एलईडी का उत्पादन करता है - उनके अलग-अलग अनुप्रयोग हैं। संकेत के लिए इस्तेमाल की जाने वाली एक पारंपरिक एलईडी 2 से 4 वी . तक खपत करती है स्थिर वोल्टेजवर्तमान में 50 एमए तक। एक एलईडी जो प्रकाश व्यवस्था के लिए उपयोग की जाती है, वही वोल्टेज खींचती है, लेकिन वर्तमान अधिक है - एक परियोजना में कुछ सौ एमए से 1 ए तक। एक एलईडी मॉड्यूल में, अलग-अलग एलईडी को श्रृंखला में जोड़ा जा सकता है और कुल वोल्टेज अधिक होता है (आमतौर पर 12 या 24 वी)।

एलईडी कनेक्ट करते समय, ध्रुवीयता देखी जानी चाहिए, अन्यथा डिवाइस विफल हो सकता है। एकल एलईडी के लिए ब्रेकडाउन वोल्टेज आमतौर पर 5V से अधिक होता है। एक एलईडी की चमक चमकदार प्रवाह और अक्षीय चमकदार तीव्रता के साथ-साथ प्रत्यक्षता पैटर्न की विशेषता है। विभिन्न डिजाइनों के मौजूदा एल ई डी उत्सर्जित होते हैं ठोस कोण 4 से 140 डिग्री तक। रंग, हमेशा की तरह, वर्णिकता निर्देशांक द्वारा निर्धारित किया जाता है और रंग तापमान, साथ ही विकिरण की तरंग दैर्ध्य।

एल ई डी की चमक को आपूर्ति वोल्टेज को कम करके नहीं, बल्कि तथाकथित पल्स-चौड़ाई मॉड्यूलेशन (पीडब्लूएम) विधि द्वारा नियंत्रित किया जाता है। इसके लिए एक विशेष नियंत्रण ब्लॉक की आवश्यकता होती है। पीडब्लूएम विधि में यह तथ्य शामिल है कि एलईडी को एक स्थिर नहीं, बल्कि एक पल्स-मॉड्यूलेटेड करंट की आपूर्ति की जाती है, और सिग्नल की आवृत्ति सैकड़ों या हजारों हर्ट्ज होनी चाहिए, और उनके बीच दालों और ठहराव की चौड़ाई बदल सकती है। एलईडी की औसत चमक नियंत्रित हो जाती है जबकि एलईडी बाहर नहीं जाती है।

एल ई डी काफी टिकाऊ होते हैं, हालांकि, हाई-पावर एलईडी का जीवन कम-पावर सिग्नलिंग वाले की तुलना में कम होता है। हालांकि, अभी यह 20 - 50 हजार घंटे है। बुढ़ापा मुख्य रूप से चमक में कमी और रंग में बदलाव के साथ व्यक्त किया जाता है।

एक एलईडी का उत्सर्जन स्पेक्ट्रम मोनोक्रोमैटिक के करीब है, जो कि सूर्य के स्पेक्ट्रम या एक गरमागरम दीपक से इसका मूलभूत अंतर है। दृष्टि पर इस तरह के प्रकाश के प्रभाव पर गंभीर अध्ययन कभी नहीं किया गया।

एलईडी लैंप के संचालन का उपकरण और सिद्धांत. प्रकाश उपकरण के मुख्य भाग:

एल ई डी;
- चालक;
- कुर्सी;
- चौखटा।

इसके संचालन का सिद्धांत सिलिकॉन या जर्मेनियम से बने पी-एन जंक्शन के साथ एक साधारण अर्धचालक डायोड में होने वाली प्रक्रियाओं को पूरी तरह से दोहराता है: जब एनोड पर एक सकारात्मक क्षमता लागू होती है, और कैथोड के लिए एक नकारात्मक, नकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रॉनों की गति एनोड सामग्री में शुरू होता है, और कैथोड में छेद करता है। नतीजतन, डायोड विद्युत प्रवाह को केवल एक सीधी दिशा में पारित करता है।

हालांकि, एलईडी अन्य अर्धचालक पदार्थों से बना है, जो चार्ज वाहक (इलेक्ट्रॉनों और छेद) द्वारा आगे की दिशा में बमबारी करते समय, दूसरे ऊर्जा स्तर पर स्थानांतरण के साथ अपना पुनर्संयोजन करते हैं। नतीजतन, फोटॉन जारी किए जाते हैं - प्रकाश सीमा में विद्युत चुम्बकीय विकिरण के प्राथमिक कण।

तक में विद्युत आरेखउनके पदनामों के रूप में, साधारण डायोड के पदनामों का उपयोग किया जाता है, केवल दो तीरों के साथ जो प्रकाश उत्सर्जन का संकेत देते हैं।

अर्धचालक सामग्री है विभिन्न गुणफोटॉनों की रिहाई। गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) और गैलियम नाइट्राइड (GaN) जैसे पदार्थ, प्रत्यक्ष-अंतर अर्धचालक होने के कारण, प्रकाश तरंगों के दृश्य स्पेक्ट्रम के लिए एक साथ पारदर्शी होते हैं। उन्हें बदलते समय पी-एन परतेंसंक्रमण, प्रकाश जारी किया जाता है।

एलईडी में उपयोग की जाने वाली परतों का लेआउट नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है। 10÷15 एनएम (नैनोमिक्रोन) के क्रम की उनकी छोटी मोटाई रासायनिक वाष्प जमाव के विशेष तरीकों द्वारा बनाई गई है। परतों में एनोड और कैथोड के लिए संपर्क पैड होते हैं।

किसी भी भौतिक प्रक्रिया की तरह, इलेक्ट्रॉनों के फोटॉन में रूपांतरण के दौरान, निम्नलिखित कारणों से ऊर्जा की हानि होती है:

प्रकाश कणों का एक भाग इतनी पतली परत में भी खो जाता है;
- अर्धचालक छोड़ते समय, क्रिस्टल/वायु इंटरफेस पर प्रकाश तरंगों का ऑप्टिकल अपवर्तन होता है, जिससे तरंग दैर्ध्य विकृत हो जाता है।

विशेष उपायों का उपयोग, जैसे कि नीलम सब्सट्रेट का उपयोग, अधिक चमकदार प्रवाह बनाना संभव बनाता है। इस तरह के डिजाइनों का उपयोग लाइटिंग लैंप में स्थापना के लिए किया जाता है, लेकिन संकेतक के रूप में उपयोग किए जाने वाले पारंपरिक एलईडी के लिए नहीं, जैसा कि नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है।

उनके पास एपॉक्सी राल से बना एक लेंस है और प्रकाश को निर्देशित करने के लिए एक परावर्तक है। उद्देश्य के आधार पर, प्रकाश 5-160° के चौड़े कोण परास में फैल सकता है।

लाइटिंग लैंप के लिए उत्पादित महंगे एल ई डी निर्माताओं द्वारा लैम्बर्ट आरेख के साथ निर्मित किए जाते हैं। इसका मतलब है कि अंतरिक्ष में उनकी चमक स्थिर है और यह विकिरण की दिशा और अवलोकन के कोण पर निर्भर नहीं करती है।

क्रिस्टल के आयाम बहुत छोटे होते हैं और एक स्रोत से थोड़ी मात्रा में प्रकाश प्राप्त किया जा सकता है। इसलिए, दीपक जलाने के लिए, ऐसे एल ई डी को काफी बड़े समूहों में जोड़ा जाता है। साथ ही, सभी दिशाओं में उनसे समान रोशनी बनाना बहुत ही समस्याग्रस्त है: प्रत्येक एलईडी एक बिंदु स्रोत है।

अर्धचालक पदार्थों से प्रकाश तरंगों का आवृत्ति स्पेक्ट्रम साधारण गरमागरम लैंप या सूर्य की तुलना में बहुत संकीर्ण होता है, जो किसी व्यक्ति की आंखों को थका देता है, एक निश्चित असुविधा पैदा करता है। इस कमी को दूर करने के लिए, रोशनी के लिए अलग-अलग एलईडी डिजाइनों में फॉस्फोर की परत लगाई जाती है।

अर्धचालक पदार्थों के उत्सर्जित प्रकाश प्रवाह का परिमाण पी-एन जंक्शन से गुजरने वाली धारा पर निर्भर करता है। वर्तमान जितना अधिक होगा, विकिरण उतना ही अधिक होगा, लेकिन एक निश्चित मूल्य तक।

छोटे आयाम, एक नियम के रूप में, संकेतक संरचनाओं के लिए 20 मिलीमीटर से अधिक धाराओं के उपयोग की अनुमति नहीं देते हैं। शक्तिशाली दीप जलानागर्मी अपव्यय और अतिरिक्त सुरक्षा उपायों को लागू किया जाता है, हालांकि, इसका उपयोग सख्ती से सीमित है।

स्टार्ट-अप पर, लैंप का चमकदार प्रवाह धारा बढ़ने के साथ आनुपातिक रूप से बढ़ता है, लेकिन फिर, गर्मी के नुकसान के कारण, यह कम होने लगता है। यह समझा जाना चाहिए कि कंडक्टर से फोटॉन उत्सर्जित करने की प्रक्रिया थर्मल ऊर्जा से जुड़ी नहीं है, एलईडी ठंडे प्रकाश स्रोत हैं।

हालांकि, विभिन्न परतों और इलेक्ट्रोड के बीच संपर्क के बिंदुओं पर एलईडी से गुजरने वाली धारा इन वर्गों के संपर्क प्रतिरोध पर काबू पाती है, जिससे सामग्री का ताप होता है। उत्पन्न गर्मी शुरू में केवल ऊर्जा की हानि पैदा करती है, लेकिन जैसे-जैसे करंट बढ़ता है, यह संरचना को नुकसान पहुंचा सकता है।

एक दीपक में स्थापित एलईडी क्रिस्टल की संख्या सौ काम करने वाले तत्वों से अधिक हो सकती है। उनमें से प्रत्येक के लिए इष्टतम वर्तमान लाना आवश्यक है। ऐसा करने के लिए, प्रवाहकीय पथ वाले शीसे रेशा बोर्ड बनाए जाते हैं। उनके पास विभिन्न प्रकार के डिज़ाइन हो सकते हैं।

एलईडी क्रिस्टल को बोर्डों के संपर्क पैड में मिलाया जाता है। अक्सर वे कुछ समूहों में बनते हैं और एक दूसरे के साथ श्रृंखला में खिलाए जाते हैं। प्रत्येक निर्मित श्रृंखला के माध्यम से एक ही धारा प्रवाहित की जाती है।

इस तरह की योजना को लागू करना तकनीकी रूप से आसान है, लेकिन इसकी एक मुख्य खामी है - यदि कोई एक संपर्क टूट जाता है, तो पूरा समूह चमकना बंद कर देता है, जो दीपक की विफलता का मुख्य कारण है।

ड्राइवरों. एल ई डी के प्रत्येक समूह को निरंतर वोल्टेज की आपूर्ति एक विशेष उपकरण से की जाती है, जिसे पहले बिजली की आपूर्ति कहा जाता था, और अब "ड्राइवर" शब्द।

इस उपकरण में नेटवर्क के इनपुट वोल्टेज को परिवर्तित करने का कार्य है, उदाहरण के लिए, ~ 220 वोल्ट अपार्टमेंट या 12 वोल्ट कार नेटवर्कप्रत्येक क्रमिक समूह के लिए बिजली की इष्टतम मात्रा के लिए।

प्रत्येक क्रिस्टल को एक स्थिर धारा की आपूर्ति समानांतर सर्किटतकनीकी रूप से जटिल और शायद ही कभी इस्तेमाल किया जाता है। ड्राइवर ट्रांसफार्मर या अन्य सर्किट के आधार पर काम कर सकता है। उनमें से निम्नलिखित विकल्प हैं। कॉन्फ़िगरेशन और लागू तत्वों की संख्या के आधार पर, वे भिन्न हो सकते हैं:

सबसे सरल और सस्ते ड्राइवर एक स्थिर वोल्टेज द्वारा संचालित होते हैं, जिसका नेटवर्क सर्ज और सर्जेस से सुरक्षित होता है। उन्हें आउटपुट पावर सर्किट में करंट-लिमिटिंग रेसिस्टर की भी कमी हो सकती है, जो रिचार्जेबल फ्लैशलाइट्स के लिए विशिष्ट है, जिनमें से एल ई डी अक्सर सीधे बैटरी आउटलेट से जुड़े होते हैं।

नतीजतन, यह पता चला है कि वे एक overestimated वर्तमान द्वारा संचालित हैं, और हालांकि वे काफी उज्ज्वल रूप से चमकते हैं, वे बहुत बार जलते हैं। प्रकाश नेटवर्क की सुरक्षा के बिना ड्राइवरों के साथ सस्ते लैंप का उपयोग करते समय, एलईडी भी अक्सर घोषित संसाधन के बिना काम किए बिना जल जाते हैं।

अच्छी तरह से डिज़ाइन की गई बिजली की आपूर्ति ऑपरेशन के दौरान बहुत कम या कोई गर्मी उत्पन्न नहीं करती है, और सस्ते या अतिभारित चालक अपनी कुछ बिजली का उपयोग गर्म करने के लिए करते हैं। इसके अलावा, ऐसे बेकार नुकसान विद्युत शक्तितुलनीय हो सकता है, और कुछ मामलों में फोटॉनों की रिहाई पर खर्च की गई ऊर्जा से अधिक हो जाता है।

प्रकाश उत्सर्जक डायोड(अंग्रेजी प्रकाश उत्सर्जक डायोड, या एलईडी) एक अर्धचालक (ज्यादातर मामलों में, डोप्ड सिलिकॉन या जर्मेनियम) के आधार पर बनाया गया एक इलेक्ट्रॉनिक उपकरण है, जिसके संचालन का सिद्धांत प्रकाश विकिरण की रिहाई के साथ एकतरफा चालन पर आधारित है। .

एलईडी डिवाइस

किसी भी अर्धचालक की तरह, एक एलईडी अर्धचालक क्रिस्टल का एक यौगिक है पी-प्रकार(एक त्रिसंयोजक सामग्री के साथ डोप किया गया - उदाहरण के लिए) अर्धचालक क्रिस्टल के साथ एन-प्रकार(एक पेंटावैलेंट सामग्री के साथ डोप किया गया - जैसे कि), जो बनता है पी-एनसंक्रमण।

क्रिस्टल पी-प्रकार"छेद" चालकता की संपत्ति है - ऐसे क्रिस्टल में आवेश वाहक क्रिस्टल के सहसंयोजक बंधों के धनात्मक आवेशित खंड होते हैं, जिनमें इलेक्ट्रॉनों की कमी होती है (चित्र 1)।

चित्र 1. अर्धचालक की छिद्र चालकता

क्रिस्टल एन-प्रकारइलेक्ट्रॉनिक चालकता है - ऐसे क्रिस्टल में आवेश वाहक ऋणात्मक रूप से मुक्त इलेक्ट्रॉन होते हैं (चित्र 2)।

चित्रा 2. अर्धचालक की इलेक्ट्रॉनिक चालकता

क्रिस्टल कनेक्ट करते समय पी-प्रकारक्रिस्टल के साथ एन-प्रकारउनके संपर्क के क्षेत्र में बनता है पी-एन संक्रमण, जिसमें एक बाधा परत (चित्र 3) की संपत्ति है।
दो अर्धचालकों के संपर्क बिंदु के क्षेत्र में एन-प्रकार और पी-प्रकार, एक प्रसार प्रक्रिया होती है: से छेद पी-क्षेत्रों में जाना एन-क्षेत्र, और इलेक्ट्रॉन, इसके विपरीत, से एन-क्षेत्रों में पी-क्षेत्र। नतीजतन, में एन-बाधा परत के क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनों की एकाग्रता कम हो जाती है, जो एक सकारात्मक चार्ज परत की उपस्थिति के साथ होती है। पर पी- क्षेत्र, छिद्रों की सांद्रता में कमी देखी जाती है और एक नकारात्मक चार्ज परत दिखाई देती है। इस प्रकार, अर्धचालकों के संपर्क के क्षेत्र में, एक दोहरी विद्युत परत बनती है, जिसका क्षेत्र एक दूसरे की ओर इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों के प्रसार की प्रक्रिया को रोकता है (चित्र 3)।

चित्रा 3. अवरुद्ध परत पी-एन जंक्शन

कनेक्शन के मामले में एन–पी-बाहरी धारा स्रोत में संक्रमण ताकि उसका धनात्मक ध्रुव से जुड़ा हो पी-क्षेत्र, और नकारात्मक के साथ एन- क्षेत्र, फिर अवरुद्ध परत में विद्युत क्षेत्र की ताकत का संकेतक कम हो जाएगा और संपर्क परत के माध्यम से मुख्य वर्तमान वाहक के संक्रमण की सुविधा प्रदान करेगा। नतीजतन, छेद पी-क्षेत्रों और इलेक्ट्रॉनों से एन- क्षेत्र एक दूसरे की ओर बढ़ेंगे, क्रॉसिंग एन–पी-संक्रमण, जिससे आगे की दिशा में धारा का निर्माण होगा (चित्र 4)।

चित्रा 4. एपी-एन जंक्शन पर वोल्टेज लागू करना

इसके अलावा, दो अर्धचालकों (पी - एन जंक्शन) के संपर्क के बिंदु पर, जब बिजली लागू होती है, तो इलेक्ट्रॉन छिद्रों के साथ पुनर्संयोजन करते हैं, और ऊर्जा प्रकाश के फोटॉन के रूप में जारी होती है (चित्र 5)।

चित्र 5. प्रकाश के फोटॉन के रूप में ऊर्जा का विमोचन

एक साधारण डायोड के विपरीत, दो अर्धचालकों के संपर्क के बिंदु पर एलईडी का एक बड़ा संपर्क क्षेत्र होता है। इसके कारण, पुनर्संयोजन क्षेत्र बड़ा होता है, और इसलिए चमक अधिक तीव्र होती है। हालांकि, प्रत्येक पी-एन जंक्शन दृश्यमान प्रकाश स्पेक्ट्रम में फोटॉन के रूप में ऊर्जा जारी करने में सक्षम नहीं है। यह बैंड गैप पर निर्भर करता है, जिस पर काबू पाने की ऊर्जा दृश्यमान प्रकाश स्पेक्ट्रम की मात्रा की ऊर्जा के साथ तुलनीय होनी चाहिए।

एलईडी लाइट रंग

एल ई डी का रंग उत्सर्जन स्पेक्ट्रम पूरी तरह से पी-एन जंक्शन के बैंड गैप पर निर्भर करता है। यह यहाँ है कि इलेक्ट्रॉनों और "छेद" का पुनर्संयोजन होता है, प्रकाश के फोटॉन की रिहाई के साथ। इस प्रकार, भौतिक रूप से, एलईडी प्रकाश का रंग अर्धचालक की सामग्री और उसके डोपेंट पर निर्भर करता है। एलईडी का प्रकाश जितना "नीला" होगा, पी-एन जंक्शन के बैंड गैप को दूर करने के लिए क्वांटा की ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी, जिसका अर्थ है कि बैंड गैप जितना बड़ा होना चाहिए। इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि पी-एन जंक्शन के बैंड गैप को बदलकर इंद्रधनुष के किसी भी रंग की चमक प्राप्त करना संभव है। और सफेद होने के लिए, आपको परिणामी रंगों को संयोजित करने की आवश्यकता है।

सफेद एलईडी पाने के तरीके

सफेद एलईडी चमक प्राप्त करने के लिए तीन सामान्य तरीकों का उपयोग किया जाता है:
1) आरजीबी तकनीक के अनुसार चमक वाले रंगों का मिश्रण (चित्र 6)। विधि में यह तथ्य शामिल है कि लाल, नीले और हरे रंग के एल ई डी को एक सब्सट्रेट पर घनी तरह से रखा जाता है, जिसका विकिरण एक ऑप्टिकल सिस्टम, जैसे प्लास्टिक लेंस के लिए मिश्रित धन्यवाद है। परिणाम सफेद रोशनी है।

चित्रा 6. आरजीबी एलईडी विनिर्माण प्रौद्योगिकी

2) तीन एल ई डी के आधार पर जो पराबैंगनी प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। इसके बाद, प्रत्येक एल ई डी की सतह पर नीले, हरे और लाल फॉस्फोर का लेप लगाया जाता है। इस प्रकार, फॉस्फोर तीन रंगों में चमकने लगता है, और जब इस चमक को एक लेंस के साथ मिलाया जाता है, तो एक सफेद रंग प्राप्त होता है।
3) एक नीली एलईडी को आधार के रूप में लिया जाता है, हरे और लाल (शायद पीले-हरे) फॉस्फोर को इसकी सतह पर लगाया जाता है। इस प्रकार, एक सफेद या सफेद चमक के करीब प्राप्त होता है।

चित्रा 7. फॉस्फोर कोटिंग के साथ एल ई डी की विनिर्माण तकनीक

सफेद चमक प्राप्त करने की प्रत्येक विधि के अपने फायदे और नुकसान हैं।
तो, आरजीबी तकनीक, सब कुछ के अलावा, आपको उनमें से प्रत्येक पर वर्तमान ताकत को बदलकर एल ई डी की चमक का रंग और तापमान बदलने की अनुमति देता है। इसके अलावा, मैट्रिक्स में तीन एल ई डी का केंद्रित प्लेसमेंट आपको उच्च कुल चमकदार प्रवाह और प्रकाश शक्ति प्राप्त करने की अनुमति देता है। हालाँकि, यह प्रणाली पूरे प्रकाश स्थान की चमक की एकरूपता सुनिश्चित नहीं कर सकती है, क्योंकि सिस्टम के केंद्र में चमक किनारों की तुलना में तेज होगी। यह ऑप्टिकल सिस्टम के विपथन की घटना के कारण है।
फॉस्फोर का उपयोग करके एलईडी बनाना आरजीबी तकनीक की तुलना में काफी सस्ता है। हालांकि, इस प्रणाली का नुकसान फॉस्फर की तेजी से उम्र बढ़ने (एलईडी चिप की तुलना में बहुत तेज) और एलईडी चिप की सतह पर फॉस्फर को समान रूप से लागू करने में कठिनाई है।

एल ई डी की विद्युत विशेषताएं

एलईडी एक कम वोल्टेज ऊर्जा खपत अर्धचालक उपकरण है। पारंपरिक संकेतक एल ई डी की शक्ति सीमा 50 एमए तक की वर्तमान खपत के साथ 2 से 4 वोल्ट तक भिन्न होती है। प्रकाश व्यवस्था के लिए अभिप्रेत एल ई डी एक ही वोल्टेज द्वारा संचालित होते हैं, लेकिन ऐसे उपकरणों की वर्तमान खपत बहुत अधिक है, और कई एम्पीयर तक पहुंच सकती है। कभी-कभी अलग-अलग एल ई डी से युक्त एलईडी मॉड्यूल श्रृंखला में जुड़े होते हैं, जिससे उनकी कुल आपूर्ति वोल्टेज बढ़ जाती है।
लेकिन, इस तथ्य के अलावा कि एल ई डी की आपूर्ति वोल्टेज कम है, इसे भी स्थिर किया जाना चाहिए। यह इस तथ्य के कारण है कि एलईडी आपूर्ति वोल्टेज तेजी से वर्तमान खपत (छवि 8) पर निर्भर करता है। वोल्टेज में थोड़ी वृद्धि के साथ, वर्तमान खपत कई गुना बढ़ जाती है, जिससे डिवाइस की अधिकता और इसकी विफलता हो सकती है। इसलिए, एलईडी की आपूर्ति वोल्टेज को स्थिर करने के लिए, कन्वर्टर्स या ड्राइवरों का उपयोग किया जाता है (वर्तमान को स्थिर करने के लिए डिज़ाइन किया गया)।

चित्रा 8. एल ई डी की वोल्ट-एम्पीयर विशेषता

एल ई डी की चमक को समायोजित करना

बहुत बार एलईडी की चमक को बदलने की आवश्यकता होती है। एलईडी आपूर्ति वोल्टेज को कम करके यह क्रिया कभी नहीं की जानी चाहिए। यह पल्स चौड़ाई मॉडुलन (पीडब्लूएम) तकनीक का उपयोग करके किया जाता है। इस विधि में एक ऐसे उपकरण का निर्माण होता है जो एक पल्स-मॉड्यूलेटेड करंट जनरेटर होता है, जिसमें आउटपुट सिग्नल फ्रीक्वेंसी सैकड़ों से हजारों हर्ट्ज तक होती है, जिसमें दालों की चौड़ाई को बदलने और उनके बीच रुकने की क्षमता होती है। इस प्रकार, इस उपकरण का उपयोग करते हुए, संचालित एलईडी की औसत चमक नियंत्रित हो जाती है, जबकि एलईडी बाहर नहीं जाती है।

एलईडी सेवा जीवन

एल ई डी का सेवा जीवन मुख्य रूप से उनके संचालन के तरीके पर निर्भर करता है। यदि यह लो-पावर इंडिकेटर टाइप डायोड है, तो इसकी सेवा का जीवन बहुत लंबा है। यह इस तथ्य के कारण है कि इसके माध्यम से बहने वाली धारा छोटी है और भौतिक रूप से युग्मित pn जंक्शन को गर्म नहीं करती है। शक्तिशाली एलईडी को 20-50 हजार घंटे की सेवा जीवन के लिए डिज़ाइन किया गया है। बड़ी आपूर्ति धाराओं के कारण, पी-एन जंक्शन बहुत गर्म होता है, क्रिस्टल की परमाणु जाली ढीली हो जाती है, जिससे पी-एन जंक्शन की अखंडता नष्ट हो जाती है। इस प्रकार, अंतिम परिणाम में एल ई डी की उम्र बढ़ने को उनकी चमक में कमी में व्यक्त किया जाता है। इसलिए, यदि एलईडी की चमक इसकी मूल चमक से 30% कम हो जाती है, तो इसे बदला जाना चाहिए।

इस सूचनात्मक लेख में, हम आज प्रकृति में मौजूद सभी किस्मों के एलईडी के संचालन के सिद्धांत का पूरी तरह से वर्णन करने का प्रयास करेंगे। विचार करना सामान्य उपकरणएलईडी और देखें कि विभिन्न रंगों के प्रकाश उत्सर्जक डायोड कैसे प्राप्त किए जाते हैं।

शायद हर कोई जानता है कि बिजली के स्रोत से जुड़े होने पर एलईडी के संचालन का सिद्धांत "चमक" है। हालाँकि, यह कैसे हासिल किया जाता है? आइए इस मुद्दे पर करीब से नज़र डालें।

एक दृश्य प्रकाश प्रवाह बनाने के लिए, एलईडी का डिज़ाइन दो अर्धचालकों की उपस्थिति के लिए प्रदान करता है, जिनमें से एक में इसकी संरचना में मुक्त इलेक्ट्रॉन होना चाहिए, और दूसरे में "छेद" होना चाहिए।

इस प्रकार, अर्धचालकों के बीच एक "पी-एन" संक्रमण होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक दाता से इलेक्ट्रॉन दूसरे अर्धचालक (प्राप्तकर्ता) में गुजरते हैं और फोटॉन की रिहाई के साथ मुक्त छिद्रों पर कब्जा कर लेते हैं। यह अभिक्रिया केवल स्रोत की उपस्थिति में होती है एकदिश धारा.

क्रिया के सिद्धांत को तोड़ा गया, लेकिन यह प्रक्रिया किस कारण से होती है? इसके लिए यह विचार करना आवश्यक है डिजाइन सुविधाएलईडी।

एक एलईडी कैसे काम करता है

एलईडी मॉडल (COB, OLED, SMD, आदि) के बावजूद, उनमें निम्नलिखित तत्व होते हैं:

1. एनोड (क्रिस्टल को एक सकारात्मक अर्ध-लहर की आपूर्ति);
2. कैथोड (एक अर्धचालक क्रिस्टल को प्रत्यक्ष धारा की एक नकारात्मक अर्ध-लहर खिलाना);
3. परावर्तक (विसारक पर प्रकाश प्रवाह को दर्शाता है);
4. सेमीकंडक्टर चिप या क्रिस्टल ("पी-एन" संक्रमण के कारण प्रकाश प्रवाह का विकिरण);
5. (एलईडी के कोण में वृद्धि)।

अब आइए विभिन्न रंगों को प्राप्त करने के तरीकों को देखें।

एक विशिष्ट रंग की एलईडी प्राप्त करना

इससे पहले, हमने एलईडी के संचालन के सिद्धांत का विश्लेषण किया और पाया कि चमकदार प्रवाह तब बनता है जब मानव आंखों को दिखाई देने वाले फोटॉनों की रिहाई के साथ अर्धचालक में "पी-एन" संक्रमण होता है। हालाँकि, आप एलईडी की एक अलग चमक कैसे प्राप्त कर सकते हैं? इसके लिए कई विकल्प हैं। आइए उनमें से प्रत्येक पर विचार करें।

फॉस्फर कोटिंग

यह तकनीक आपको लगभग किसी भी रंग को प्राप्त करने की अनुमति देती है, लेकिन अक्सर इसका उपयोग सफेद एलईडी प्राप्त करने के लिए किया जाता है। इसके लिए, एक विशेष अभिकर्मक का उपयोग किया जाता है - एक फॉस्फर, जो लाल या नीले एलईडी के साथ लेपित होता है। प्रसंस्करण के बाद, नीला प्रकाश उत्सर्जक डायोड सफेद चमकने लगता है।

आरजीबी - प्रौद्योगिकी

इस प्रकार का उपकरण एक क्रिस्टल में 3 एल ई डी के उपयोग के कारण प्रकाश स्पेक्ट्रम की किसी भी छाया को उत्सर्जित करने में सक्षम है: लाल, हरा और नीला। उनमें से प्रत्येक की चमक की तीव्रता के आधार पर, उत्सर्जित प्रकाश बदल जाता है।

विभिन्न डोपेंट और विभिन्न अर्धचालकों का अनुप्रयोग

इस तकनीक के लिए धन्यवाद, "पी-एन" संक्रमण क्षेत्र में उत्सर्जित प्रकाश प्रवाह की तरंग दैर्ध्य बदल जाती है। और जैसा कि आप जानते हैं, तरंग दैर्ध्य के आधार पर इसका रंग बदलता है। यह निम्नलिखित फोटो में और अधिक स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है:

अब आइए निम्नलिखित प्रश्न देखें: इन उपकरणों की विद्युत विशेषताएं क्या हैं और उनके विश्वसनीय संचालन के लिए क्या आवश्यक है।

विद्युत विशेषतायें

एल ई डी ऐसे उपकरण हैं जो एक चमकदार प्रवाह का उत्सर्जन करते हैं जब एक स्थिर कम-मूल्य डीसी वोल्टेज (3-5 वी) उनके माध्यम से गुजरता है। एनोड और कैथोड पर एक संभावित अंतर पैदा करके, क्रिस्टल में एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है, जो एक चमकदार प्रवाह बनाता है।

एलईडी के पूर्ण संचालन के लिए, वर्तमान मूल्य 20-25 एमए के स्तर पर होना चाहिए। हालांकि, उच्च शक्ति वाले एलईडी के लिए, वर्तमान खपत 1400 एमए तक पहुंच सकती है।

जैसे-जैसे बिजली की आपूर्ति वोल्टेज बढ़ती है, करंट तेजी से बढ़ता है। इसका मतलब है कि आपूर्ति वोल्टेज में मामूली उछाल के साथ, वर्तमान ताकत कई गुना बढ़ जाती है, जिससे तापमान में वृद्धि हो सकती है और प्रकाश उत्सर्जक डायोड (पढ़ें) की विफलता हो सकती है। यही कारण है कि डीसी वोल्टेज स्रोत को विशेष माइक्रोक्रिकिट्स का उपयोग करके स्थिर किया जाना चाहिए।

अब मुख्य प्रकार के एलईडी, उनके फायदे और नुकसान पर विचार करें।

संकेतक प्रकार एलईडी डिवाइस (डीआईपी)

इस प्रकार की एलईडी एलईडी तकनीक के क्षेत्र में "अग्रणी" है। वे उद्योग के लिए संकेतक के रूप में अभिप्रेत हैं।

इनमें एक 3 या 5 मिमी केस, एक एनोड, एक कैथोड, एक क्रिस्टल, एक सोना (बजट विकल्पों में तांबा) कंडक्टर होता है जो एनोड को क्रिस्टल से जोड़ता है, और एक डिफ्यूज़र।

व्यवहार में, उनका उपयोग बहुत कम ही किया जाता है, क्योंकि। कई नुकसान हैं:

• बड़े आकार;
• छोटा चमक कोण (120 0 तक);
• खराब क्वालिटीक्रिस्टल (लंबे समय तक संचालन के साथ, विकिरण की चमक 70% तक गिर जाती है);
• कम चमकदार प्रवाह कम होने के कारण बैंडविड्थक्रिस्टल (20mA तक)।

एक शक्तिशाली एलईडी कैसे काम करती है

शक्तिशाली प्रकाश उत्सर्जक डायोड (उदाहरण के लिए, फर्म) को क्रिस्टल के माध्यम से (1400 एमए तक) एक बड़ा प्रवाह पारित करके एक तीव्र चमकदार प्रवाह बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

क्रिस्टल पर बड़ी मात्रा में ऊष्मा निकलती है, जिसे एल्युमीनियम की सहायता से सेमीकंडक्टर क्रिस्टल से हटा दिया जाता है। साथ ही, यह रेडिएटर चमकदार प्रवाह को बढ़ाने के लिए एक परावर्तक के रूप में कार्य करता है।

उच्च-शक्ति वाले एल ई डी के विश्वसनीय संचालन के लिए, सर्किट में एक बड़े इलेक्ट्रॉन प्रवाह के पारित होने के लिए डिज़ाइन किया गया एक विशेष होना आवश्यक है, जो वोल्टेज स्थिरीकरण के अलावा, वर्तमान के अनुरूप सीमित होना चाहिए नाममात्र का कामउपकरण।

फिलामेंट एलईडी डिवाइस

डिज़ाइन

फिलामेंट एलईडी वे उपकरण हैं जिनमें नीलम या साधारण कांच होते हैं जिनका व्यास 1.5 मिमी से अधिक नहीं होता है और विशेष रूप से उगाए गए अर्धचालक क्रिस्टल (28 टुकड़े) एक अछूता सब्सट्रेट पर श्रृंखला में जुड़े होते हैं।

इन एल ई डी को फॉस्फोर के साथ लेपित एक विशेष फ्लास्क में रखा जाता है, जिससे आपको कोई भी रंग मिल सकता है। इस तकनीक का उपयोग करके विकसित एलईडी उपकरणों का मुख्य लाभ चमक कोण है, जो 360 0 तक पहुंचता है।

फिलामेंट प्रकाश उत्सर्जक डायोड को कुछ स्रोतों द्वारा COB के रूप में वर्गीकृत किया जाता है (नीचे अनुभाग देखें) क्योंकि क्रिस्टल एक समान तकनीक का उपयोग करके कांच या नीलम पर उगाए जाते हैं।

COB LED के संचालन का उपकरण और सिद्धांत

COB तकनीक या चिप-ऑन-बोर्ड इलेक्ट्रॉनिक्स के क्षेत्र में आधुनिक विकासों में से एक है, जिसमें एक एल्यूमीनियम सब्सट्रेट पर ढांकता हुआ चिपकने का उपयोग करके बड़ी संख्या में अर्धचालक क्रिस्टल रखना शामिल है। इसके अलावा, इस प्रकार के एल ई डी का निर्माण ग्लास मैट्रिक्स (सीओजी) पर संभव है, लेकिन ऑपरेशन का सिद्धांत उनके लिए समान है।

परिणामी मैट्रिक्स को फॉस्फोर के साथ लेपित किया जाता है। नतीजतन, पूरे क्षेत्र में किसी भी छाया के सीओबी एलईडी की एक समान चमक प्राप्त करना संभव है। इन उपकरणों का व्यापक रूप से टीवी, लैपटॉप और टैबलेट के विकास में उपयोग किया जाता है।

संचालन का सिद्धांत

इस तथ्य के बावजूद कि COB LED का एक विशिष्ट नाम है, उनके संचालन का सिद्धांत 1962 में विकसित पारंपरिक संकेतक प्रकाश उत्सर्जक डायोड के समान है। जब करंट अर्धचालक क्रिस्टल से होकर गुजरता है, तो एक "P-N" जंक्शन होता है और परिणामस्वरूप, एक चमकदार प्रवाह होता है।

इस प्रकार के उपकरण की एक विशिष्ट विशेषता उपस्थिति है एक बड़ी संख्या मेंक्रिस्टल, जो आपको अधिक तीव्र चमकदार प्रवाह प्राप्त करने की अनुमति देता है।

कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड OLED के संचालन का उपकरण और सिद्धांत

निर्माण में नवीनतम प्रगति OLED तकनीक है। यह पतले डिस्प्ले, लघु स्मार्टफोन, टैबलेट और कई अन्य उपकरणों के साथ हाई-टेक टीवी के उत्पादन की अनुमति देता है जो अनिवार्य हैं आधुनिक समाज.

OLED डिवाइस

प्रकाश उत्सर्जक डायोड OLED में निम्न शामिल हैं:

• टिन के साथ इंडियम ऑक्साइड के मिश्रण से बना एक एनोड;
• पन्नी, कांच या प्लास्टिक सब्सट्रेट;
• एल्यूमीनियम या कैल्शियम कैथोड;
• बहुलक आधारित विकिरण परत;
• कार्बनिक पदार्थ की प्रवाहकीय परत।

यह तकनीक कैसे काम करती है?

OLED के संचालन का सिद्धांत COB, SMD और DIP LED के समान है और इसमें अर्धचालकों में "P-N" जंक्शन का निर्माण होता है। हालांकि विशेष फ़ीचर OLED तकनीक में विशेष पॉलिमर का उपयोग होता है जो प्रकाश उत्सर्जक परत बनाते हैं, जिसके कारण एलईडी बढ़ती है, दृश्यमान स्पेक्ट्रम का चमकदार प्रवाह और चमक कोण।

लाभ

• न्यूनतम आयाम;
• कम बिजली की खपत;
• पूरे क्षेत्र में एक समान चमक;
• लंबी सेवा जीवन;
• विस्तारित सेवा जीवन;
• विस्तृत चमक कोण (270 0 तक);
• कम लागत।

हमने आधुनिक दुनिया में उपयोग किए जाने वाले मुख्य प्रकार के प्रकाश उत्सर्जक डायोड की समीक्षा की, हालांकि, उनके साथ, कोरियाई वैज्ञानिक आगे बढ़ गए हैं और फाइबर-आधारित एलईडी विकसित किए हैं, जो उनके वादों के अनुसार, सभी अप्रचलित प्रकार के उपकरणों को बदल देंगे। आइए एक नजर डालते हैं कि वे क्या हैं।

फाइबर आधारित एलईडी के संचालन का उपकरण और सिद्धांत

इस जगह में एलईडी के उत्पादन के लिए, पॉलीइथाइलीन टेरेफ्थेलेट फिलामेंट्स को पेडोट: पीएसएस पॉलीस्टाइन सल्फोनेट समाधान के साथ इलाज किया जाता है। प्रसंस्करण के बाद, भविष्य के एलईडी के धागे को 130 0 C के तापमान पर सुखाया जाता है।

उसके बाद, प्रीफॉर्म को OLED तकनीक का उपयोग करके एक विशेष पॉली- (पी-फेनिलीनविनाइलीन) बहुलक के साथ इलाज किया जाता है और परिणामी फाइबर लिथियम-एल्यूमीनियम फ्लोराइड निलंबन की एक पतली परत के साथ लेपित होते हैं।

निष्कर्ष

हमने मुख्य प्रकार के एलईडी की समीक्षा की, जिनमें से, जैसा कि आप देख सकते हैं, बड़ी संख्या में हैं। हालांकि, वे कैसे काम करते हैं, इस मामले में वे सभी समान हैं।

यह भी कहा जा सकता है कि आधुनिक सामग्रियों के उपयोग के लिए धन्यवाद, उच्च तकनीकी प्रदर्शन और एल ई डी के अधिक विश्वसनीय और दीर्घकालिक संचालन को प्राप्त करना संभव है।

प्रकाश उत्सर्जक अर्धचालक उपकरणों का व्यापक रूप से प्रकाश व्यवस्था और संकेतक के रूप में उपयोग किया जाता है। विद्युत प्रवाह. वे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को संदर्भित करते हैं जो एक लागू वोल्टेज के प्रभाव में काम करते हैं।

चूंकि इसका मूल्य महत्वहीन है, ऐसे स्रोतों को निम्न-वोल्टेज उपकरणों के रूप में वर्गीकृत किया जाता है और मानव शरीर पर विद्युत प्रवाह के प्रभावों के संदर्भ में सुरक्षा की बढ़ी हुई डिग्री होती है। चोट लगने का खतरा तब बढ़ जाता है जब उच्च वोल्टेज स्रोत, जैसे घरेलू उपकरण, का उपयोग उन्हें प्रकाश में लाने के लिए किया जाता है। घर का नेटवर्कसर्किट में विशेष बिजली आपूर्ति को शामिल करने की आवश्यकता है।

एलईडी के डिजाइन की एक विशिष्ट विशेषता इलिच और फ्लोरोसेंट लैंप की तुलना में आवास की उच्च यांत्रिक शक्ति है। पर सही संचालनवे लंबे और मज़बूती से काम करते हैं। उनका संसाधन गरमागरम फिलामेंट्स की तुलना में 100 गुना अधिक है, जो एक लाख घंटे तक पहुंचता है।

हालांकि, यह सूचक संकेतक संरचनाओं के लिए विशिष्ट है। शक्तिशाली स्रोतों के लिए, बढ़ी हुई धाराओं का उपयोग प्रकाश व्यवस्था के लिए किया जाता है, और सेवा जीवन 2-5 गुना कम हो जाता है।

एक पारंपरिक संकेतक एलईडी 5 मिमी के व्यास के साथ एक एपॉक्सी आवास में बनाया गया है और विद्युत प्रवाह सर्किट के कनेक्शन के लिए दो संपर्क लीड हैं:। नेत्रहीन, वे लंबाई में भिन्न होते हैं। कटे हुए संपर्कों के बिना एक नए उपकरण में एक छोटा कैथोड होता है।

एक सरल नियम इस स्थिति को याद रखने में मदद करता है: दोनों शब्द "K" अक्षर से शुरू होते हैं:

जब एलईडी के पैर काट दिए जाते हैं, तो एनोड को एक साधारण से संपर्कों में 1.5 वोल्ट का वोल्टेज लगाकर निर्धारित किया जा सकता है एए बैटरी: प्रकाश तब प्रकट होता है जब ध्रुवों का मेल होता है।

एक प्रकाश उत्सर्जक सक्रिय अर्धचालक एकल क्रिस्टल का रूप होता है घनाभ. इसे एल्यूमीनियम मिश्र धातु से बने एक परावर्तक परवलयिक परावर्तक के पास रखा जाता है और गैर-प्रवाहकीय गुणों वाले सब्सट्रेट पर लगाया जाता है।

बहुलक सामग्री से बने प्रकाश पारदर्शी आवास के अंत में एक लेंस होता है जो प्रकाश किरणों को केंद्रित करता है। यह परावर्तक के साथ मिलकर एक ऑप्टिकल सिस्टम बनाता है जो विकिरण प्रवाह के कोण का निर्माण करता है। यह एलईडी के विकिरण पैटर्न की विशेषता है।

यह समग्र संरचना के ज्यामितीय अक्ष से पक्षों तक प्रकाश के विचलन की विशेषता है, जिससे प्रकीर्णन में वृद्धि होती है। यह घटना उत्पादन के दौरान प्रौद्योगिकी के छोटे उल्लंघनों के साथ-साथ ऑपरेशन के दौरान ऑप्टिकल सामग्री की उम्र बढ़ने और कुछ अन्य कारकों की उपस्थिति के कारण होती है।

एक एल्यूमीनियम या पीतल की बेल्ट मामले के निचले भाग में स्थित हो सकती है, जो विद्युत प्रवाह के पारित होने के दौरान उत्पन्न गर्मी को दूर करने के लिए रेडिएटर के रूप में कार्य करती है।

यह डिजाइन सिद्धांत व्यापक है। इसके आधार पर, अन्य अर्धचालक प्रकाश स्रोत भी संरचनात्मक तत्वों के अन्य रूपों का उपयोग करके बनाए जाते हैं।

प्रकाश उत्सर्जन के सिद्धांत

अर्धचालक जंक्शन पी-एन प्रकारटर्मिनलों की ध्रुवता के अनुसार एक निरंतर वोल्टेज स्रोत से जुड़ा होता है।

पी- और एन-प्रकार के पदार्थों की संपर्क परत के अंदर, इसकी क्रिया के तहत, मुक्त नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉनों और छिद्रों की आवाजाही शुरू होती है, जिनमें एक सकारात्मक चार्ज चिन्ह होता है। ये कण उन्हें आकर्षित करने वाले ध्रुवों की ओर निर्देशित होते हैं।

संक्रमण परत में, आवेश पुनः संयोजित होते हैं। इलेक्ट्रॉन कंडक्शन बैंड से वैलेंस बैंड में जाते हैं, फर्मी स्तर को पार करते हुए।

इसके कारण, उनकी ऊर्जा का कुछ हिस्सा अलग-अलग स्पेक्ट्रम और चमक की प्रकाश तरंगों के निकलने के साथ निकल जाता है। तरंग आवृत्ति और रंग प्रजनन मिश्रित सामग्री के प्रकार पर निर्भर करता है जिससे इसे बनाया जाता है।

अर्धचालक के सक्रिय क्षेत्र के अंदर प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए, दो शर्तों को पूरा करना होगा:

1. सक्रिय क्षेत्र में बैंड गैप की चौड़ाई मानव आंख को दिखाई देने वाली आवृत्ति रेंज के भीतर उत्सर्जित फोटॉनों की ऊर्जा के करीब होनी चाहिए;

2. अर्धचालक क्रिस्टल सामग्री की शुद्धता अधिक होनी चाहिए, और पुनर्संयोजन प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले दोषों की संख्या यथासंभव कम होनी चाहिए।

इस जटिल तकनीकी समस्या को कई तरह से हल किया जाता है। उनमें से एक कई परतें बना रहा है पी-एन जंक्शनजब एक जटिल हेटरोस्ट्रक्चर बनता है।

तापमान प्रभाव

स्रोत के वोल्टेज स्तर में वृद्धि के साथ, अर्धचालक परत के माध्यम से वर्तमान ताकत बढ़ जाती है और चमक बढ़ जाती है: प्रति यूनिट समय में बढ़ी हुई संख्या पुनर्संयोजन क्षेत्र में प्रवेश करती है। उसी समय, वर्तमान-वाहक तत्वों को गर्म किया जाता है। आंतरिक करंट लीड और पी-एन जंक्शन सामग्री की सामग्री के लिए इसका मूल्य महत्वपूर्ण है। अत्यधिक तापमान उन्हें नुकसान पहुंचा सकता है, नष्ट कर सकता है।

एल ई डी के अंदर, विद्युत प्रवाह की ऊर्जा अनावश्यक प्रक्रियाओं के बिना सीधे प्रकाश में परिवर्तित हो जाती है: गरमागरम लैंप की तरह नहीं। इस मामले में, प्रवाहकीय तत्वों के कम ताप के कारण उपयोगी शक्ति का न्यूनतम नुकसान होता है।

इसके कारण, इन स्रोतों की उच्च दक्षता पैदा होती है। लेकिन, उनका उपयोग केवल वहीं किया जा सकता है जहां संरचना स्वयं संरक्षित होती है, बाहरी हीटिंग से अवरुद्ध होती है।

प्रकाश प्रभाव की विशेषताएं

विभिन्न रचनाओं में छिद्रों और इलेक्ट्रॉनों के पुनर्संयोजन के दौरान पदार्थ पी-एनसंक्रमण असमान प्रकाश उत्सर्जन बनाता है। यह क्वांटम यील्ड पैरामीटर द्वारा इसे चिह्नित करने के लिए प्रथागत है - एकल पुनर्संयोजित जोड़े के लिए चयनित प्रकाश क्वांटा की संख्या।

यह बनता है और एलईडी के दो स्तरों पर होता है:

1. अर्धचालक जंक्शन के अंदर ही - आंतरिक;

2. संपूर्ण एलईडी के डिजाइन में - बाहरी।

पहले स्तर पर, सही ढंग से बनाए गए एकल क्रिस्टल की क्वांटम उपज 100% के करीब मूल्य तक पहुंच सकती है। लेकिन, इस सूचक को सुनिश्चित करने के लिए, इसे बनाना आवश्यक है उच्च धाराएंऔर शक्तिशाली गर्मी लंपटता।

स्रोत के अंदर ही, दूसरे स्तर पर, प्रकाश का हिस्सा संरचनात्मक तत्वों द्वारा बिखरा हुआ और अवशोषित होता है, जिससे समग्र विकिरण दक्षता कम हो जाती है। क्वांटम उपज का अधिकतम मूल्य यहां बहुत छोटा है। लाल स्पेक्ट्रम का उत्सर्जन करने वाले एल ई डी के लिए, यह 55% से अधिक नहीं पहुंचता है, जबकि नीले रंग के लिए यह और भी कम हो जाता है - 35% तक।

प्रकाश के रंग प्रतिपादन के प्रकार

आधुनिक एल ई डी उत्सर्जित करते हैं:

• सफ़ेद रोशनी।

पीला-हरा, पीला और लाल स्पेक्ट्रम

पर आधार पी-एनसंक्रमण, फॉस्फाइड और गैलियम आर्सेनाइड्स का उपयोग किया जाता है। यह तकनीक 60 के दशक के अंत में इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और परिवहन उपकरण, होर्डिंग के नियंत्रण पैनलों के संकेतकों के लिए लागू की गई थी।

प्रकाश उत्पादन के संदर्भ में, ऐसे उपकरणों ने तुरंत उस समय के मुख्य प्रकाश स्रोतों - गरमागरम लैंप - को पछाड़ दिया और विश्वसनीयता, संसाधन और सुरक्षा में उन्हें पीछे छोड़ दिया।

नीला स्पेक्ट्रम

लंबे समय तक नीले, नीले-हरे और विशेष रूप से सफेद स्पेक्ट्रा के उत्सर्जक ने दो तकनीकी समस्याओं के व्यापक समाधान की कठिनाइयों के कारण व्यावहारिक कार्यान्वयन के लिए खुद को उधार नहीं दिया:

1. बैंड गैप का सीमित आकार जिसमें पुनर्संयोजन होता है;

2. अशुद्धियों की सामग्री के लिए उच्च आवश्यकताएं।

ब्लू स्पेक्ट्रम की चमक बढ़ाने के प्रत्येक चरण के लिए, बैंड गैप के विस्तार के कारण फोटॉन ऊर्जा में वृद्धि की आवश्यकता थी।

सेमीकंडक्टर पदार्थ में सिलिकॉन कार्बाइड्स SiC या नाइट्राइड्स को शामिल करके समस्या का समाधान किया गया। लेकिन, पहले समूह के विकास में बहुत कम दक्षता और एक पुनर्संयोजित जोड़ी आवेशों के लिए क्वांटा के विकिरण की एक छोटी सी उपज निकली।

सेमीकंडक्टर ट्रांजिशन में जिंक सेलेनाइड पर आधारित सॉलिड सॉल्यूशंस को शामिल करने से क्वांटम यील्ड बढ़ाने में मदद मिली। लेकिन, ऐसे एल ई डी में वृद्धि हुई थी विद्युतीय प्रतिरोधसंक्रमण पर। इसके कारण, वे गर्म हो गए और जल्दी से जल गए, और गर्मी हटाने के डिजाइन जो निर्माण करना मुश्किल थे, उनके लिए प्रभावी ढंग से काम नहीं करते थे।

पहली बार, नीलम सब्सट्रेट पर जमा गैलियम नाइट्राइड की पतली फिल्मों का उपयोग करके एक नीला प्रकाश उत्सर्जक डायोड बनाया गया है।

सफेद स्पेक्ट्रम

इसे प्राप्त करने के लिए, तीन विकसित तकनीकों में से एक का उपयोग किया जाता है:

1. RGB विधि का उपयोग करके रंगों को मिलाना;

2. पराबैंगनी एलईडी के लिए लाल, हरे और नीले फॉस्फोर की तीन परतों का अनुप्रयोग;

3. नीले एलईडी को पीले-हरे और हरे-लाल फॉस्फोर की परतों के साथ कोटिंग करना।

पहली विधि में, एक ही मैट्रिक्स पर एक साथ तीन एकल क्रिस्टल रखे जाते हैं, जिनमें से प्रत्येक अपने स्वयं के RGB स्पेक्ट्रम का उत्सर्जन करता है। लेंस पर आधारित ऑप्टिकल सिस्टम के डिजाइन के कारण, ये रंग मिश्रित होते हैं और परिणाम कुल सफेद रंग का होता है।

पर वैकल्पिक तरीकारंगों का मिश्रण फॉस्फोर की तीन घटक परतों के पराबैंगनी विकिरण के साथ क्रमिक विकिरण के कारण होता है।

सफेद स्पेक्ट्रम प्रौद्योगिकियों की विशेषताएं

आरजीबी तकनीक

यह अनुमति देता है:

प्रकाश नियंत्रण एल्गोरिथ्म में एकल क्रिस्टल के विभिन्न संयोजनों का उपयोग करें, उन्हें एक-एक करके मैन्युअल रूप से या एक स्वचालित प्रोग्राम द्वारा कनेक्ट करें;

समय के साथ बदलने वाले विभिन्न रंगों के रंगों का कारण बनता है;

विज्ञापन के लिए शानदार लाइटिंग कॉम्प्लेक्स बनाएं।

इस तरह के कार्यान्वयन का एक सरल उदाहरण है। इसी तरह के एल्गोरिदम भी डिजाइनरों द्वारा व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

आरजीबी एलईडी डिजाइन के नुकसान हैं:

केंद्र और किनारों में प्रकाश स्थान का असमान रंग;

मैट्रिक्स सतह से असमान हीटिंग और गर्मी हटाने, जिसके कारण अलग गति पी-एन एजिंगरंग संतुलन को प्रभावित करने वाले संक्रमण, सफेद स्पेक्ट्रम की समग्र गुणवत्ता को बदलते हैं।

ये कमियां आधार सतह पर एकल क्रिस्टल की अलग-अलग व्यवस्था के कारण होती हैं। उन्हें हटाना और समायोजित करना मुश्किल है। इस RGB तकनीक के कारण, मॉडल सबसे जटिल और महंगे विकासों में से हैं।

फॉस्फर एलईडी

वे डिजाइन में सरल, निर्माण के लिए सस्ता, चमकदार प्रवाह की प्रति इकाई विकिरण के मामले में अधिक किफायती हैं।

उन्हें नुकसान की विशेषता है:

फॉस्फोर परत में, प्रकाश ऊर्जा खो जाती है, जिससे प्रकाश उत्पादन कम हो जाता है;

फॉस्फोर की एक समान परत लगाने की तकनीक की जटिलता रंग तापमान की गुणवत्ता को प्रभावित करती है;

फॉस्फोर में एलईडी की तुलना में कम संसाधन होता है और ऑपरेशन के दौरान तेजी से बढ़ता है।

विभिन्न डिजाइनों के एलईडी की विशेषताएं

फॉस्फोर और आरजीबी-उत्पादों वाले मॉडल विभिन्न औद्योगिक और घरेलू अनुप्रयोगों के लिए बनाए जाते हैं।

पोषण के तरीके

प्रत्यक्ष वोल्टेज के दो वोल्ट से थोड़ा कम से संचालित होने पर पहले बड़े पैमाने पर प्रस्तुतियों के संकेतक एलईडी ने लगभग 15 एमए की खपत की। आधुनिक उत्पादों ने प्रदर्शन बढ़ाया है: चार वोल्ट और 50 एमए तक।

प्रकाश व्यवस्था के लिए एल ई डी एक ही वोल्टेज द्वारा संचालित होते हैं, लेकिन पहले से ही कई सौ मिलीमीटर की खपत करते हैं। निर्माता अब सक्रिय रूप से 1 ए तक के उपकरणों को विकसित और डिजाइन कर रहे हैं।

प्रकाश उत्पादन की दक्षता बढ़ाने के लिए, एलईडी मॉड्यूल बनाए जा रहे हैं जो प्रत्येक तत्व को अनुक्रमिक वोल्टेज आपूर्ति का उपयोग कर सकते हैं। ऐसे में इसका मान बढ़कर 12 या 24 वोल्ट हो जाता है।

एलईडी पर वोल्टेज लागू करते समय, ध्रुवीयता को ध्यान में रखा जाना चाहिए। जब यह टूट जाता है, तो करंट नहीं गुजरता है और कोई चमक नहीं होगी। यदि एक वैकल्पिक साइनसॉइडल सिग्नल का उपयोग किया जाता है, तो चमक तभी होती है जब एक सकारात्मक अर्ध-तरंग गुजरती है। इसके अलावा, इसकी ताकत भी आनुपातिक रूप से एक ध्रुवीय दिशा के साथ संबंधित वर्तमान मूल्य की उपस्थिति के कानून के अनुसार बदलती है।

यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि रिवर्स वोल्टेज के साथ अर्धचालक जंक्शन का टूटना संभव है। यह तब होता है जब एक एकल क्रिस्टल पर 5 वोल्ट पार हो जाता है।

नियंत्रण के तरीके

उत्सर्जित प्रकाश की चमक को समायोजित करने के लिए, दो नियंत्रण विधियों में से एक का उपयोग किया जाता है:

1. जुड़े वोल्टेज का मूल्य;

पहला तरीका सरल लेकिन अक्षम है। जब वोल्टेज का स्तर एक निश्चित सीमा से नीचे चला जाता है, तो एलईडी बस बाहर जा सकती है।

PWM विधि ऐसी घटना को बाहर करती है, लेकिन तकनीकी कार्यान्वयन में यह बहुत अधिक कठिन है। एकल क्रिस्टल के सेमीकंडक्टर जंक्शन से गुजरने वाली धारा को एक स्थिर रूप में नहीं, बल्कि कई सौ से एक हजार हर्ट्ज के मान के साथ स्पंदित उच्च आवृत्ति में आपूर्ति की जाती है।

दालों की चौड़ाई और उनके बीच के ठहराव को बदलकर (प्रक्रिया को मॉड्यूलेशन कहा जाता है), चमक की चमक को एक विस्तृत श्रृंखला में समायोजित किया जाता है। एकल क्रिस्टल के माध्यम से इन धाराओं का निर्माण विशेष प्रोग्राम योग्य नियंत्रण इकाइयों द्वारा जटिल एल्गोरिदम के साथ किया जाता है।

विकिरण स्पेक्ट्रम

LED से निकलने वाले विकिरण की आवृत्ति बहुत ही संकीर्ण क्षेत्र में होती है। इसे मोनोक्रोमैटिक कहा जाता है। यह मूल रूप से सूर्य से निकलने वाली तरंगों के स्पेक्ट्रम या पारंपरिक प्रकाश लैंप के तापदीप्त फिलामेंट्स से अलग है।

मानव आंख पर इस तरह के प्रकाश के प्रभाव के बारे में बहुत चर्चा है। हालाँकि, इस मुद्दे के गंभीर वैज्ञानिक विश्लेषण के परिणाम हमारे लिए अज्ञात हैं।

उत्पादन

एल ई डी के निर्माण में केवल एक स्वचालित लाइन का उपयोग किया जाता है, जिसमें रोबोटिक मशीनें पूर्व-डिज़ाइन की गई तकनीक के अनुसार काम करती हैं।

किसी व्यक्ति के शारीरिक शारीरिक श्रम को उत्पादन प्रक्रिया से पूरी तरह से बाहर रखा गया है।

प्रशिक्षित विशेषज्ञ ही तकनीक के सही प्रवाह को नियंत्रित करते हैं।

उत्पादों की गुणवत्ता का विश्लेषण भी उनकी जिम्मेदारियों में शामिल है।