प्रकाश उत्सर्जक डायोड भौतिकी: Difference between revisions
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[[प्रकाश उत्सर्जक डायोड]] (एलईडीएस) एक अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनों और इलेक्ट्रॉन छिद्रों के पुनर्संयोजन द्वारा प्रकाश (या अवरक्त विकिरण) उत्पन्न करते हैं, एक प्रक्रिया जिसे [[ विद्युतसंदीप्ति ]] कहा जाता है। उत्पन्न प्रकाश की तरंग दैर्ध्य अर्धचालकों के ऊर्जा '''बैंड | [[प्रकाश उत्सर्जक डायोड]] (एलईडीएस) एक अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनों और इलेक्ट्रॉन छिद्रों के पुनर्संयोजन द्वारा प्रकाश (या अवरक्त विकिरण) उत्पन्न करते हैं, एक प्रक्रिया जिसे[[ विद्युतसंदीप्ति ]]कहा जाता है। उत्पन्न प्रकाश की तरंग दैर्ध्य अर्धचालकों के ऊर्जा '''बैंड गैप''' पर निर्भर करता है। क्योंकि इन सामग्रियों में अपवर्तन का एक उच्च सूचकांक होता है, इसलिए विशेष ऑप्टिकल कोटिंग और डाई आकार जैसे उपकरणों की डिजाइन विशेषताओं को कुशलता से प्रकाश का उत्सर्जन करने के लिए आवश्यक है। एक एलईडी लंबे समय तक रहने वाला प्रकाश स्रोत है, लेकिन कुछ तंत्र उपकरण की दक्षता में कमी या अचानक विफलता का कारण बन सकते हैं। उत्सर्जित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य प्रयुक्त अर्धचालक सामग्री के बैंड गैप का एक फलन है; गैलियम आर्सेनाइड जैसी सामग्री, और अन्य, विभिन्न ट्रेस डोपिंग तत्वों के साथ, प्रकाश के विभिन्न रंगों का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है। एक अन्य प्रकार की एलईडी [[क्वांटम डॉट]] का उपयोग करती है जिसके गुणों और तरंग दैर्ध्य को इसके आकार से समायोजित किया जा सकता है। प्रकाश उत्सर्जक डायोड व्यापक रूप से संकेतक और प्रदर्शन कार्यों में उपयोग किए जाते हैं, और सफेद एलईडीएस सामान्य रोशनी के प्रयोजनों के लिए अन्य तकनीकों को विस्थापित कर रहे हैं। | ||
== विद्युत् संदीप्ति == | == विद्युत् संदीप्ति == | ||
[[File:PnJunction-LED-E.svg|thumb|upright=1.35|सर्किट (शीर्ष) और [[बैंड आरेख]] (नीचे) दिखाते हुए एक एलईडी की आंतरिक कार्यप्रणाली]]किसी भी प्रत्यक्ष बैंड गैप सामग्री में पी-एन संयोजन प्रकाश का उत्सर्जन करता है जब विद्युत प्रवाह इसके माध्यम से प्रवाहित होता है। यह विद्युत् संदीप्ति है। इलेक्ट्रॉन | [[File:PnJunction-LED-E.svg|thumb|upright=1.35|सर्किट (शीर्ष) और [[बैंड आरेख]] (नीचे) दिखाते हुए एक एलईडी की आंतरिक कार्यप्रणाली]]किसी भी प्रत्यक्ष बैंड गैप सामग्री में पी-एन संयोजन प्रकाश का उत्सर्जन करता है जब विद्युत प्रवाह इसके माध्यम से प्रवाहित होता है। यह विद्युत् संदीप्ति है। इलेक्ट्रॉन एन-क्षेत्र से पार करते हैं और पी-क्षेत्र में मौजूद छिद्रों के साथ पुन: संयोजित होते हैं। मुक्त इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तरों के [[चालन बैंड]] में होते हैं, जबकि छिद्र वैलेंस [[ऊर्जा बैंड]] में होते हैं। इस प्रकार छेद का ऊर्जा स्तर इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तर की तुलना में कम है। ऊर्जा के कुछ हिस्सों को इलेक्ट्रॉनों और छेदों को फिर से बनाने के लिए विघटित किया जाना चाहिए। यह ऊर्जा गर्मी और प्रकाश के रूप में उत्सर्जित होती है। | ||
[[अप्रत्यक्ष बैंड गैप]] सामग्री के रूप में इलेक्ट्रॉन क्रिस्टलीय सिलिकॉन और जर्मेनियम डायोड के भीतर गर्मी के रूप में ऊर्जा का प्रसार करते हैं, लेकिन [[गैलियम आर्सेनाइड फॉस्फाइड]] (GaAsP) और [[ गैलियम फास्फाइड ]] (GaP) अर्धचालकों में, इलेक्ट्रॉन फोटॉन उत्सर्जित करके ऊर्जा का प्रसार करते हैं। यदि अर्धचालक पारभासी है, तो संयोजन प्रकाश का स्रोत बन जाता है, इस प्रकार प्रकाश उत्सर्जक डायोड बन जाता है। | [[अप्रत्यक्ष बैंड गैप]] सामग्री के रूप में इलेक्ट्रॉन क्रिस्टलीय सिलिकॉन और जर्मेनियम डायोड के भीतर गर्मी के रूप में ऊर्जा का प्रसार करते हैं, लेकिन [[गैलियम आर्सेनाइड फॉस्फाइड]] (GaAsP) और [[ गैलियम फास्फाइड ]] (GaP) अर्धचालकों में, इलेक्ट्रॉन फोटॉन उत्सर्जित करके ऊर्जा का प्रसार करते हैं। यदि अर्धचालक पारभासी है, तो संयोजन प्रकाश का स्रोत बन जाता है, इस प्रकार प्रकाश उत्सर्जक डायोड बन जाता है। | ||
[[File:Diode-IV-Curve.svg|thumb|upright=1.35|[[डायोड]] के लिए I-V आरेख। आगे की दिशा में 2 या 3 वोल्ट से अधिक लगाने पर एक एलईडी प्रकाश का उत्सर्जन करना प्रारंभ कर देती है। रिवर्स बायस क्षेत्र आगे के बायस क्षेत्र से एक अलग ऊर्ध्वाधर पैमाने का उपयोग यह दिखाने के लिए करता है कि ब्रेकडाउन होने तक लीकेज करंट वोल्टेज के साथ लगभग स्थिर रहता है। फॉरवर्ड बायस में, करंट छोटा प्रारंभ होता है लेकिन वोल्टेज के साथ तेजी से बढ़ता है।]]उत्सर्जित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य, और इस प्रकार इसका रंग, पी-एन संयोजन बनाने वाली सामग्रियों की [[ऊर्जा अंतराल]] ऊर्जा पर निर्भर करता है। [[सिलिकॉन]] या [[जर्मेनियम]] डायोड में, इलेक्ट्रॉन और | [[File:Diode-IV-Curve.svg|thumb|upright=1.35|[[डायोड]] के लिए I-V आरेख। आगे की दिशा में 2 या 3 वोल्ट से अधिक लगाने पर एक एलईडी प्रकाश का उत्सर्जन करना प्रारंभ कर देती है। रिवर्स बायस क्षेत्र आगे के बायस क्षेत्र से एक अलग ऊर्ध्वाधर पैमाने का उपयोग यह दिखाने के लिए करता है कि ब्रेकडाउन होने तक लीकेज करंट वोल्टेज के साथ लगभग स्थिर रहता है। फॉरवर्ड बायस में, करंट छोटा प्रारंभ होता है लेकिन वोल्टेज के साथ तेजी से बढ़ता है।]]उत्सर्जित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य, और इस प्रकार इसका रंग, पी-एन संयोजन बनाने वाली सामग्रियों की [[ऊर्जा अंतराल]] ऊर्जा पर निर्भर करता है। [[सिलिकॉन]] या [[जर्मेनियम]] डायोड में, इलेक्ट्रॉन और छेद सामान्यतः एक गैर-विकिरण संक्रमण द्वारा पुनर्संयोजित होते हैं, जो कोई ऑप्टिकल उत्सर्जन नहीं पैदा करता है, क्योंकि ये अप्रत्यक्ष बैंड गैप सामग्री हैं। एलईडी के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में निकट-अवरक्त, दृश्यमान या निकट-पराबैंगनी प्रकाश के अनुरूप ऊर्जा के साथ एक सीधा बैंड गैप होता है। | ||
एलईडी का विकास [[गैलियम आर्सेनाइड]] से बने इन्फ्रारेड और लाल उपकरणों के साथ प्रारंभ हुआ था। सामग्री विज्ञान में प्रगति ने कभी-कभी कम तरंग दैर्ध्य वाले उपकरणों को बनाने में सक्षम बनाया है, जो विभिन्न रंगों में प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। | एलईडी का विकास [[गैलियम आर्सेनाइड]] से बने इन्फ्रारेड और लाल उपकरणों के साथ प्रारंभ हुआ था। सामग्री विज्ञान में प्रगति ने कभी-कभी कम तरंग दैर्ध्य वाले उपकरणों को बनाने में सक्षम बनाया है, जो विभिन्न रंगों में प्रकाश उत्सर्जित करते हैं। | ||
एलईडी सामान्यतः एक एन-टाइप कार्यद्रव्य पर बनाए जाते हैं, जिसमें पी-टाइप परत से जुड़ा एक इलेक्ट्रोड होता है जो इसकी सतह पर जमा होता है। पी-टाइप कार्यद्रव्य, जबकि कम सामान्य, भी होते हैं। कई वाणिज्यिक एलईडी, विशेष रूप से | एलईडी सामान्यतः एक एन-टाइप कार्यद्रव्य पर बनाए जाते हैं, जिसमें पी-टाइप परत से जुड़ा एक इलेक्ट्रोड होता है जो इसकी सतह पर जमा होता है। पी-टाइप कार्यद्रव्य, जबकि कम सामान्य, भी होते हैं। कई वाणिज्यिक एलईडी, विशेष रूप से जीएएन/आईएनजीएन, भी सैफायर कार्यद्रव्य का उपयोग करते हैं। | ||
== अपवर्तक सूचकांक == | == अपवर्तक सूचकांक == | ||
[[File:LED-chip-20-deg-crti-angle - both types - crop.png|thumb|upright=1.35|एकल बिंदु-स्रोत उत्सर्जन क्षेत्र के लिए एक साधारण वर्ग अर्धचालक में प्रकाश उत्सर्जन शंकु का आदर्श उदाहरण। बायाँ चित्रण एक पारभासी वेफर के लिए है, जबकि दायाँ चित्रण नीचे की परत के अपारदर्शी होने पर बनने वाले अर्ध-शंकु को दर्शाता है। प्रकाश बिंदु-स्रोत से सभी दिशाओं में समान रूप से उत्सर्जित होता है, लेकिन केवल अर्धचालक की सतह से लंबवत कुछ डिग्री के भीतर बच सकता है, शंकु आकृतियों द्वारा चित्रित किया गया है। जब [[महत्वपूर्ण कोण (प्रकाशिकी)]] पार हो जाता है, तो फोटॉन आंतरिक रूप से परिलक्षित होते हैं। शंकुओं के बीच के क्षेत्र ऊष्मा के रूप में बर्बाद हुई फंसी हुई प्रकाश ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करते | [[File:LED-chip-20-deg-crti-angle - both types - crop.png|thumb|upright=1.35|एकल बिंदु-स्रोत उत्सर्जन क्षेत्र के लिए एक साधारण वर्ग अर्धचालक में प्रकाश उत्सर्जन शंकु का आदर्श उदाहरण। बायाँ चित्रण एक पारभासी वेफर के लिए है, जबकि दायाँ चित्रण नीचे की परत के अपारदर्शी होने पर बनने वाले अर्ध-शंकु को दर्शाता है। प्रकाश बिंदु-स्रोत से सभी दिशाओं में समान रूप से उत्सर्जित होता है, लेकिन केवल अर्धचालक की सतह से लंबवत कुछ डिग्री के भीतर बच सकता है, शंकु आकृतियों द्वारा चित्रित किया गया है। जब [[महत्वपूर्ण कोण (प्रकाशिकी)]] पार हो जाता है, तो फोटॉन आंतरिक रूप से परिलक्षित होते हैं। शंकुओं के बीच के क्षेत्र ऊष्मा के रूप में बर्बाद हुई फंसी हुई प्रकाश ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करते हैं।मुक्त अर्धचालकों जैसे सिलिकॉन हवा के सापेक्ष एक बहुत ही उच्च अपवर्तक सूचकांक प्रदर्शित करते हैं। फोटोन जो सतह पर बहुत बड़े कोण पर लंबवत अनुभव [[कुल आंतरिक प्रतिबिंब]] के लिए पहुंचते हैं। यह संपत्ति एलईडी की प्रकाश उत्सर्जन दक्षता के साथ-साथ फोटोवोल्टिक कोशिकाओं की प्रकाश अवशोषण दक्षता दोनों को प्रभावित करती है। सिलिकॉन का अपवर्तनांक 3.96 (590 nm पर) है,<ref name="si_website">{{cite web|url=http://pvcdrom.pveducation.org/APPEND/OPTICAL.HTM|archive-url=https://web.archive.org/web/20090605222316/http://pvcdrom.pveducation.org/APPEND/OPTICAL.HTM |archive-date=2009-06-05|title=सिलिकॉन के ऑप्टिकल गुण|website=PVCDROM.PVEducation.org}}</ref> जबकि वायु का अपवर्तनांक 1.0002926 है। संदर्भ>[http://interactagram.com/physics/optics/refraction/ अपवर्तन — स्नेल का नियम]। Interactagram.com। 16 मार्च 2012 को पुनःप्राप्त।</ref> | ||
सामान्यतः, सामान्य रूप से, एक सपाट-सतह अनकोटेड एलईडी अर्धचालक चिप केवल प्रकाश का उत्सर्जन करता है जो अर्धचालक की सतह के लगभग लंबवत आता है, एक शंकु आकार में जिसे प्रकाश शंकु, प्रकाश का शंकु, या एस्केप शंकु के रूप में संदर्भित किया जाता है।) [https://books.google.com/books?id=TxKynbyaIAMC&lpg=PA537 इंस्ट्रूमेंट इंजीनियर्स हैंडबुक: प्रोसेस कंट्रोल एंड ऑप्टिमाइज़ेशन], सीआरसी प्रेस, {{ISBN|0-8493-1081-4}} पी। 537, ऑप्टिकल फाइबर के संदर्भ में प्रकाश का कोन</ref> या एस्केप कोन। रेफरी नाम = क्रिटिकल> मुलर, गर्ड (2000) [https://books.google.com/books?id=2plxAU3tPj4C&lpg=PA67 इलेक्ट्रोल्यूमिनिसेंस I], अकादमिक प्रेस, {{ISBN|0-12-752173-9}}, पी। 67, सेमीकंडक्टर से निकलने वाले प्रकाश के शंकु, पी पर प्रकाश शंकु के चित्र। 69<nowiki></ref></nowiki> सतह पर आने वाले फोटोन, महत्वपूर्ण कोण से अधिक घटना कोण के साथ, कुल आंतरिक प्रतिबिंब से गुजरते हैं, और अर्धचालक क्रिस्टल के अंदर लौटते हैं मानो इसकी सतह एक दर्पण हो। | सामान्यतः, सामान्य रूप से, एक सपाट-सतह अनकोटेड एलईडी अर्धचालक चिप केवल प्रकाश का उत्सर्जन करता है जो अर्धचालक की सतह के लगभग लंबवत आता है, एक शंकु आकार में जिसे प्रकाश शंकु, प्रकाश का शंकु, या एस्केप शंकु के रूप में संदर्भित किया जाता है।) [https://books.google.com/books?id=TxKynbyaIAMC&lpg=PA537 इंस्ट्रूमेंट इंजीनियर्स हैंडबुक: प्रोसेस कंट्रोल एंड ऑप्टिमाइज़ेशन], सीआरसी प्रेस, {{ISBN|0-8493-1081-4}} पी। 537, ऑप्टिकल फाइबर के संदर्भ में प्रकाश का कोन</ref> या एस्केप कोन। रेफरी नाम = क्रिटिकल> मुलर, गर्ड (2000) [https://books.google.com/books?id=2plxAU3tPj4C&lpg=PA67 इलेक्ट्रोल्यूमिनिसेंस I], अकादमिक प्रेस, {{ISBN|0-12-752173-9}}, पी। 67, सेमीकंडक्टर से निकलने वाले प्रकाश के शंकु, पी पर प्रकाश शंकु के चित्र। 69<nowiki></ref></nowiki> सतह पर आने वाले फोटोन, महत्वपूर्ण कोण से अधिक घटना कोण के साथ, कुल आंतरिक प्रतिबिंब से गुजरते हैं, और अर्धचालक क्रिस्टल के अंदर लौटते हैं मानो इसकी सतह एक दर्पण हो। | ||
[[आंतरिक प्रतिबिंब]] अन्य क्रिस्टलीय चेहरों के माध्यम से बच सकते हैं यदि घटना कोण पर्याप्त कम है और फोटॉन उत्सर्जन को फिर से अवशोषित नहीं करने के लिए क्रिस्टल पर्याप्त रूप से पारदर्शी है। लेकिन सभी तरफ 90 डिग्री के कोण वाली सतहों के साथ | [[आंतरिक प्रतिबिंब]] अन्य क्रिस्टलीय चेहरों के माध्यम से बच सकते हैं यदि घटना कोण पर्याप्त कम है और फोटॉन उत्सर्जन को फिर से अवशोषित नहीं करने के लिए क्रिस्टल पर्याप्त रूप से पारदर्शी है। लेकिन सभी तरफ 90 डिग्री के कोण वाली सतहों के साथ साधारण वर्ग एलईडी के लिए, सभी भाग समान कोण वाले दर्पण के रूप में कार्य करते हैं। इस स्थिति में, अधिकांश प्रकाश बच नहीं सकता है और क्रिस्टल में अपशिष्ट गर्मी के रूप में खो जाता है। | ||
गहना या [[फ्रेसनेल लेंस]] के समान कोण वाले पहलुओं के साथ एक जटिल चिप सतह, चिप की सतह पर लंबवत प्रकाश वितरित करके और फोटॉन उत्सर्जन बिंदु के किनारों तक प्रकाश उत्पादन बढ़ा सकती है।<ref>{{cite book|author1=Capper, Peter |author2=Mauk, Michael |url=https://books.google.com/books?id=IfLGPRJDfqgC&pg=PA389 |title=इलेक्ट्रॉनिक, ऑप्टिकल और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सामग्रियों का तरल चरण एपिटॉक्सी|publisher= Wiley|year=2007|isbn=978-0-470-85290-3| page=389|quote=faceted structures are of interest for solar cells, LEDs, thermophotovoltaic devices, and detectors in that nonplanar surfaces and facets can enhance optical coupling and light-trapping effects, [with example microphotograph of a faceted crystal substrate].}}</ref> | गहना या [[फ्रेसनेल लेंस]] के समान कोण वाले पहलुओं के साथ एक जटिल चिप सतह, चिप की सतह पर लंबवत प्रकाश वितरित करके और फोटॉन उत्सर्जन बिंदु के किनारों तक प्रकाश उत्पादन बढ़ा सकती है।<ref>{{cite book|author1=Capper, Peter |author2=Mauk, Michael |url=https://books.google.com/books?id=IfLGPRJDfqgC&pg=PA389 |title=इलेक्ट्रॉनिक, ऑप्टिकल और ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सामग्रियों का तरल चरण एपिटॉक्सी|publisher= Wiley|year=2007|isbn=978-0-470-85290-3| page=389|quote=faceted structures are of interest for solar cells, LEDs, thermophotovoltaic devices, and detectors in that nonplanar surfaces and facets can enhance optical coupling and light-trapping effects, [with example microphotograph of a faceted crystal substrate].}}</ref> | ||
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# छोटे कमज़ोर विद्युत तारों को भौतिक रूप से सहारा दिया जाता है और क्षति से बचाया जाता है। | # छोटे कमज़ोर विद्युत तारों को भौतिक रूप से सहारा दिया जाता है और क्षति से बचाया जाता है। | ||
# प्लास्टिक अपेक्षाकृत उच्च-सूचकांक अर्धचालक और निम्न-सूचकांक खुली हवा के बीच एक अपवर्तक मध्यस्थ के रूप में कार्य करता है।<ref>Schubert, E. Fred (2006) [https://books.google.com/books?id=0H4bWIpaXb0C&lpg=PA97 Light-emitting diodes], Cambridge University Press, {{ISBN|0-521-86538-7}} p. 97, "Epoxy Encapsulants", "The light extraction efficiency can be enhanced by using dome-shaped encapsulants with a large refractive index."</ref> | # प्लास्टिक अपेक्षाकृत उच्च-सूचकांक अर्धचालक और निम्न-सूचकांक खुली हवा के बीच एक अपवर्तक मध्यस्थ के रूप में कार्य करता है।<ref>Schubert, E. Fred (2006) [https://books.google.com/books?id=0H4bWIpaXb0C&lpg=PA97 Light-emitting diodes], Cambridge University Press, {{ISBN|0-521-86538-7}} p. 97, "Epoxy Encapsulants", "The light extraction efficiency can be enhanced by using dome-shaped encapsulants with a large refractive index."</ref> | ||
तीसरी विशेषता प्रकाश शंकु के भीतर फोटॉनों के [[फ्रेस्नेल प्रतिबिंब|फ्रेस्नेल प्रतिबिंबो]] को कम करके अर्धचालक से प्रकाश उत्सर्जन को बढ़ावा देने में मदद करती है। अर्धचालक में एक सपाट विलेपन सीधे प्रकाश शंकु के आकार को नहीं बढ़ाती है; यह विलेपन में | तीसरी विशेषता प्रकाश शंकु के भीतर फोटॉनों के [[फ्रेस्नेल प्रतिबिंब|फ्रेस्नेल प्रतिबिंबो]] को कम करके अर्धचालक से प्रकाश उत्सर्जन को बढ़ावा देने में मदद करती है। अर्धचालक में एक सपाट विलेपन सीधे प्रकाश शंकु के आकार को नहीं बढ़ाती है; यह विलेपन में मध्यवर्ती व्यापक शंकु कोण प्रदान करता है, लेकिन अर्धचालक में किरणों के बीच और कोटिंग से परे हवा में महत्वपूर्ण कोण नहीं बदलता है। एक घुमावदार कोटिंग या एनकैप्सुलेशन के साथ, यद्यपि, दक्षता को और बढ़ाया जा सकता है। | ||
== दक्षता और परिचालन पैरामीटर == | == दक्षता और परिचालन पैरामीटर == | ||
विशिष्ट संकेतक एलईडी को 30-60 [[मिलीवाट]] (mW) से अधिक विद्युत शक्ति के साथ संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। 1999 के आसपास, [[Philips Lumileds Lighting Company|फिलिप्स लुमिलेड्स]] ने एक वाट पर निरंतर उपयोग करने में सक्षम बिजली एलईडी पेश किया था। इन एलईडी ने बड़े अर्धचालक डाई आकारों का उपयोग बड़े बिजली के इनपुट को संभालने के लिए किया था। इसके अतिरिक्त, एलईडी मरने से अधिक गर्मी अपव्यय की अनुमति देने के लिए सेमीकंडक्टर मर धातु स्लग पर लगाए गए थे। | विशिष्ट संकेतक एलईडी को 30-60 [[मिलीवाट]] (mW) से अधिक विद्युत शक्ति के साथ संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। 1999 के आसपास, [[Philips Lumileds Lighting Company|फिलिप्स लुमिलेड्स]] ने एक वाट पर निरंतर उपयोग करने में सक्षम बिजली एलईडी पेश किया था। इन एलईडी ने बड़े अर्धचालक डाई आकारों का उपयोग बड़े बिजली के इनपुट को संभालने के लिए किया था। इसके अतिरिक्त, एलईडी मरने से अधिक गर्मी अपव्यय की अनुमति देने के लिए सेमीकंडक्टर मर धातु स्लग पर लगाए गए थे। | ||
एलईडी-आधारित प्रकाश स्रोतों के प्रमुख लाभों में से एक उच्च [[चमकदार प्रभावकारिता|प्रकाश प्रभावकारिता]] है। सफेद एलईडी समतुल्य होतेे है और मानक गरमागरम प्रकाश प्रणालियों की प्रभावकारिता से आगे निकल जाते हैं। 22002 में, लुमिलेड्स ने 18-22 लुमेन प्रति वाट (एलएम/डब्ल्यू) की प्रकाश प्रभावकारिता के साथ पांच वाट एलईडी उपलब्ध कराया था। तुलना के लिए, 60–100 वाट का एक सांकेतिक [[गरमागरम प्रकाश बल्ब|तापदीप्त प्रकाश बल्ब]] लगभग 15 | एलईडी-आधारित प्रकाश स्रोतों के प्रमुख लाभों में से एक उच्च [[चमकदार प्रभावकारिता|प्रकाश प्रभावकारिता]] है। सफेद एलईडी समतुल्य होतेे है और मानक गरमागरम प्रकाश प्रणालियों की प्रभावकारिता से आगे निकल जाते हैं। 22002 में, लुमिलेड्स ने 18-22 लुमेन प्रति वाट (एलएम/डब्ल्यू) की प्रकाश प्रभावकारिता के साथ पांच वाट एलईडी उपलब्ध कराया था। तुलना के लिए, 60–100 वाट का एक सांकेतिक [[गरमागरम प्रकाश बल्ब|तापदीप्त प्रकाश बल्ब]] लगभग 15 एलएम/डब्ल्यू उत्सर्जित करता है, और मानक [[फ्लोरोसेंट रोशनी|प्रतिदीप्त प्रकाश]] 100 एलएम/डब्ल्यू तक उत्सर्जित करती है। | ||
{{As of|2012}}, [[ PHILIPS |फिलिप्स]] ने प्रत्येक रंग के लिए निम्नलिखित प्रभावोत्पादकता उपलब्ध कराये थे।<ref>{{cite web|url=http://www.philipslumileds.com/uploads/221/PG01-pdf|archive-url=https://web.archive.org/web/20130314111003/http://www.philipslumileds.com/uploads/221/PG01-pdf |title=ऑल इन 1 एलईडी लाइटिंग सॉल्यूशन गाइड|website=PhilipsLumileds.com|publisher=[[Philips]]|page=15|date=2012-10-04|archive-date=March 14, 2013 |access-date=2015-11-18|format=PDF}}</ref> दक्षता मान भौतिकी - प्रकाश शक्ति को प्रति विद्युत शक्ति दिखाता है। लुमेन-प्रति-वाट प्रभावकारिता मूल्य में मानव आंख की विशेषताएं सम्मिलित हैं और यह [[चमक समारोह|ज्योतिफलन]] का उपयोग करके प्राप्त की जाती है। | {{As of|2012}}, [[ PHILIPS |फिलिप्स]] ने प्रत्येक रंग के लिए निम्नलिखित प्रभावोत्पादकता उपलब्ध कराये थे।<ref>{{cite web|url=http://www.philipslumileds.com/uploads/221/PG01-pdf|archive-url=https://web.archive.org/web/20130314111003/http://www.philipslumileds.com/uploads/221/PG01-pdf |title=ऑल इन 1 एलईडी लाइटिंग सॉल्यूशन गाइड|website=PhilipsLumileds.com|publisher=[[Philips]]|page=15|date=2012-10-04|archive-date=March 14, 2013 |access-date=2015-11-18|format=PDF}}</ref> दक्षता मान भौतिकी - प्रकाश शक्ति को प्रति विद्युत शक्ति दिखाता है। लुमेन-प्रति-वाट प्रभावकारिता मूल्य में मानव आंख की विशेषताएं सम्मिलित हैं और यह [[चमक समारोह|ज्योतिफलन]] का उपयोग करके प्राप्त की जाती है। | ||
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सितंबर 2003 में, क्री द्वारा एक नए प्रकार के नीले एलईडी का प्रदर्शन किया गया था। यह | सितंबर 2003 में, क्री द्वारा एक नए प्रकार के नीले एलईडी का प्रदर्शन किया गया था। यह व्यावसायिक रूप से पैक किए गए सफेद प्रकाश का उत्पादन करता है जो 20 mA पर 65 एलएम/डब्ल्यू प्रदान करता है, जो उस समय व्यावसायिक रूप से उपलब्ध चमकदार सफेद एलईडी बन जाता है, और मानक तापदीप्त के रूप में चार गुना से अधिक कुशल है। 2006 में, उन्होंने 20 एमए पर 131 एलएम/डब्ल्यू की रिकॉर्ड सफेद एलईडी चमक के साथ एक प्रोटोटाइप का प्रदर्शन किया था। [[निकिया निगम|एनआईसीएचआई कॉरपोरेशन]] ने 20 एमए की आगे की धारा में 150 एलएम/डब्ल्यू की चमक के साथ एक सफेद एलईडी विकसित किया है।<ref>{{Cite news|url=http://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20061221/125713/ |title=Nichia Unveils White LED with 150 lm/W Luminous Efficiency |publisher=Tech-On! |date=December 21, 2006 |access-date=August 13, 2007}}</ref> 2011 में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध लेक एक्सएम-एलईडी, 10 डब्ल्यू की पूरी ऊर्जा पर 100 एलएम/डब्ल्यू और लगभग 2 डब्ल्यू इनपुट बिजली पर 160 एलएम/डब्ल्यू का उत्पादन करते हैं। 2012 में, क्री ने मार्च 2014 में सफेद एलईडी की घोषणा की, जिसमें 254 एलएम/डब्ल्यू,<ref>[http://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20120423/214494/ "Cree Sets New Record for White LED Efficiency"], Tech-On, April 23, 2012.</ref> 10 और 303 एलएम/डब्ल्यू दिए गए।<ref>[http://www.cree.com/News-and-Events/Cree-News/Press-Releases/2014/March/300LPW-LED-barrier "Cree First to Break 300 Lumens-Per-Watt Barrier"], Cree news</ref> प्रैक्टिकल सामान्य प्रकाश व्यवस्था के लिए एक वाट या अधिक के उच्च-शक्ति एलईडी की आवश्यकता होती है। ऐसे उपकरणों के लिए सामान्य परिचालन धाराएं 350 mA से प्रारंभ होती हैं। | ||
ये दक्षताएँ केवल प्रकाश उत्सर्जक डायोड के लिए हैं, जिन्हें प्रयोगशाला में कम तापमान पर रखा जाता है। क्योंकि वास्तविक जुड़नार में स्थापित एलईडी उच्च तापमान पर काम करते हैं और चालक के नुकसान के साथ, वास्तविक दुनिया की क्षमता बहुत कम होती है। [[अमेरिकी ऊर्जा विभाग|संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग (डीओई)]] ने [[कॉम्पैक्ट फ्लोरोसेंट लैंप]] या सीएफएल के स्थान पर डिजाइन किए गए वाणिज्यिक एलईडी लैंपों के परीक्षण से पता चलता है कि औसत प्रभावकारिता अभी भी 2009 में लगभग 46 एलएम/डब्ल्यू थी (परीक्षित प्रदर्शन 17 एलएम/डब्ल्यू से 79 एलएम/डब्ल्यू तक था)।<ref name="doe"> | ये दक्षताएँ केवल प्रकाश उत्सर्जक डायोड के लिए हैं, जिन्हें प्रयोगशाला में कम तापमान पर रखा जाता है। क्योंकि वास्तविक जुड़नार में स्थापित एलईडी उच्च तापमान पर काम करते हैं और चालक के नुकसान के साथ, वास्तविक दुनिया की क्षमता बहुत कम होती है। [[अमेरिकी ऊर्जा विभाग|संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग (डीओई)]] ने [[कॉम्पैक्ट फ्लोरोसेंट लैंप]] या सीएफएल के स्थान पर डिजाइन किए गए वाणिज्यिक एलईडी लैंपों के परीक्षण से पता चलता है कि औसत प्रभावकारिता अभी भी 2009 में लगभग 46 एलएम/डब्ल्यू थी (परीक्षित प्रदर्शन 17 एलएम/डब्ल्यू से 79 एलएम/डब्ल्यू तक था)।<ref name="doe"> | ||
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कम कुशल होने के अतिरिक्त, उच्च विद्युत धाराओं पर संचालित एलईडी अधिक गर्मी पैदा करते हैं, जो आपस में मिलकर समाधान कर सकते हैं। उच्च अधिकार प्रायः 350 mA पर संचालित होता है, जो प्रकाश उत्पादन, दक्षता और लंबी उम्र के बीच एक समाधान है।<ref name="stevenson">Stevenson, Richard (August 2009) [http://www.spectrum.ieee.org/semiconductors/optoelectronics/the-leds-dark-secret The LED’s Dark Secret: Solid-state lighting won't supplant the lightbulb until it can overcome the mysterious malady known as droop] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090805082614/http://www.spectrum.ieee.org/semiconductors/optoelectronics/the-leds-dark-secret |date=2009-08-05 }}. ''IEEE Spectrum''</ref> | कम कुशल होने के अतिरिक्त, उच्च विद्युत धाराओं पर संचालित एलईडी अधिक गर्मी पैदा करते हैं, जो आपस में मिलकर समाधान कर सकते हैं। उच्च अधिकार प्रायः 350 mA पर संचालित होता है, जो प्रकाश उत्पादन, दक्षता और लंबी उम्र के बीच एक समाधान है।<ref name="stevenson">Stevenson, Richard (August 2009) [http://www.spectrum.ieee.org/semiconductors/optoelectronics/the-leds-dark-secret The LED’s Dark Secret: Solid-state lighting won't supplant the lightbulb until it can overcome the mysterious malady known as droop] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20090805082614/http://www.spectrum.ieee.org/semiconductors/optoelectronics/the-leds-dark-secret |date=2009-08-05 }}. ''IEEE Spectrum''</ref> | ||
वर्तमान स्तरों को बढ़ाने के अतिरिक्त, सामान्यतः | वर्तमान स्तरों को बढ़ाने के अतिरिक्त, सामान्यतः बल्ब में कई एलईडी के संयोजन से चमक बढ़ जाती है। दक्षता में गिरावट की समस्या को हल करने का मतलब होगा कि घरेलू एलईडी लाइट बल्बों को कम एलईडी की आवश्यकता होगी, जिससे लागत में काफी कमी आएगी। | ||
यूएस नेवल रिसर्च लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने दक्षता ड्रॉप को कम करने का एक तरीका खोजा है। उन्होंने पाया कि इंजेक्शन के वाहकों के [[गैर-विकिरण पुनर्संयोजन]] से ड्रॉप उत्पन्न होता है। उन्होंने गैर-विकिरणकारी बरमा प्रक्रियाओं को कम करने के लिए | यूएस नेवल रिसर्च लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने दक्षता ड्रॉप को कम करने का एक तरीका खोजा है। उन्होंने पाया कि इंजेक्शन के वाहकों के [[गैर-विकिरण पुनर्संयोजन]] से ड्रॉप उत्पन्न होता है। उन्होंने गैर-विकिरणकारी बरमा प्रक्रियाओं को कम करने के लिए नरम कारावास क्षमता वाले क्वांटम कुओं का निर्माण किया था।<ref>McKinney, Donna (19 February 2014) [http://www.nrl.navy.mil/media/news-releases/2014/a-roadmap-to-efficient-green-blue-ultraviolet-light-emitting-diodes A Roadmap to Efficient Green-Blue-Ultraviolet Light-Emitting Diodes], U.S. Naval Research Laboratory</ref> | ||
[[ताइवान नेशनल सेंट्रल यूनिवर्सिटी]] और [[ ेपिस्टार कप |एपिस्टार कॉर्प]] के शोधकर्ता सिरेमिक एल्यूमीनियम नाइट्राइड (AlN) सबस्ट्रेट्स का उपयोग करके दक्षता ड्रॉप को कम करने का एक तरीका विकसित कर रहे हैं, जो व्यावसायिक रूप से उपयोग किए जाने वाले नीलम की तुलना में अधिक तापीय चालकता है। उच्च तापीय चालकता स्व-ताप प्रभाव को कम करती है।<ref>Cooke, Mike (11 February 2014) [http://www.semiconductor-today.com/news_items/2014/FEB/EPISTAR_110214.shtml Enabling high-voltage InGaN LED operation with ceramic substrate], ''Semiconductor Today''</ref> | [[ताइवान नेशनल सेंट्रल यूनिवर्सिटी]] और [[ ेपिस्टार कप |एपिस्टार कॉर्प]] के शोधकर्ता सिरेमिक एल्यूमीनियम नाइट्राइड (AlN) सबस्ट्रेट्स का उपयोग करके दक्षता ड्रॉप को कम करने का एक तरीका विकसित कर रहे हैं, जो व्यावसायिक रूप से उपयोग किए जाने वाले नीलम की तुलना में अधिक तापीय चालकता है। उच्च तापीय चालकता स्व-ताप प्रभाव को कम करती है।<ref>Cooke, Mike (11 February 2014) [http://www.semiconductor-today.com/news_items/2014/FEB/EPISTAR_110214.shtml Enabling high-voltage InGaN LED operation with ceramic substrate], ''Semiconductor Today''</ref> | ||
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एलईडी विफलता का सबसे सामान्य लक्षण प्रकाश उत्पादन का धीरे-धीरे कम होना है। अचानक विफलता, यद्यपि दुर्लभ, भी हो सकती है। प्रारंभिक लाल एलईडी उनके लघु सेवा जीवन के लिए उल्लेखनीय थे। उच्च-शक्ति एलईडी के विकास के साथ, उपकरणों को पारंपरिक उपकरणों की तुलना में उच्च [[जंक्शन तापमान|संयोजन तापमान]] और उच्च वर्तमान घनत्व के अधीन किया जाता है। यह सामग्री पर तनाव का कारण बनता है और शुरुआती प्रकाश-उत्पादन में गिरावट का कारण बन सकता है। एक एलईडी का जीवनकाल 70% या 50% प्रारंभिक आउटपुट के चलने के समय के रूप में दिया जा सकता है।<ref>{{cite journal|author1=Narendran, N. |author2=Y. Gu|year= 2005|title=एलईडी-आधारित सफेद प्रकाश स्रोतों का जीवन|journal= Journal of Display Technology|volume=1|issue=1|pages= 167–171|doi=10.1109/JDT.2005.852510|bibcode = 2005JDisT...1..167N |s2cid=32847174}}</ref> | एलईडी विफलता का सबसे सामान्य लक्षण प्रकाश उत्पादन का धीरे-धीरे कम होना है। अचानक विफलता, यद्यपि दुर्लभ, भी हो सकती है। प्रारंभिक लाल एलईडी उनके लघु सेवा जीवन के लिए उल्लेखनीय थे। उच्च-शक्ति एलईडी के विकास के साथ, उपकरणों को पारंपरिक उपकरणों की तुलना में उच्च [[जंक्शन तापमान|संयोजन तापमान]] और उच्च वर्तमान घनत्व के अधीन किया जाता है। यह सामग्री पर तनाव का कारण बनता है और शुरुआती प्रकाश-उत्पादन में गिरावट का कारण बन सकता है। एक एलईडी का जीवनकाल 70% या 50% प्रारंभिक आउटपुट के चलने के समय के रूप में दिया जा सकता है।<ref>{{cite journal|author1=Narendran, N. |author2=Y. Gu|year= 2005|title=एलईडी-आधारित सफेद प्रकाश स्रोतों का जीवन|journal= Journal of Display Technology|volume=1|issue=1|pages= 167–171|doi=10.1109/JDT.2005.852510|bibcode = 2005JDisT...1..167N |s2cid=32847174}}</ref> | ||
दहन या गरमागरम लैंप के विपरीत, एलईडी केवल तभी काम करते हैं जब उन्हें पर्याप्त ठंडा रखा जाता है। निर्माता सामान्यतः अधिकतम संयोजन तापमान 125 या 150 °C निर्दिष्ट करता है, और लंबे जीवन के हित में कम तापमान की सलाह दी जाती है। इन तापमानों पर, अपेक्षाकृत कम ऊष्मा विकिरण द्वारा खोई जाती है, जिसका अर्थ है कि | दहन या गरमागरम लैंप के विपरीत, एलईडी केवल तभी काम करते हैं जब उन्हें पर्याप्त ठंडा रखा जाता है। निर्माता सामान्यतः अधिकतम संयोजन तापमान 125 या 150 °C निर्दिष्ट करता है, और लंबे जीवन के हित में कम तापमान की सलाह दी जाती है। इन तापमानों पर, अपेक्षाकृत कम ऊष्मा विकिरण द्वारा खोई जाती है, जिसका अर्थ है कि एलईडी द्वारा उत्पन्न प्रकाश किरण ठंडी होती है। | ||
एक उच्च-शक्ति एलईडी में अपशिष्ट गर्मी को उपकरण के माध्यम से | एक उच्च-शक्ति एलईडी में अपशिष्ट गर्मी को उपकरण के माध्यम से [[ ताप सिंक |ताप सिंक]] में ले जाया जाता है, जो गर्मी को आसपास की हवा में फैला देता है। क्योंकि एलईडी का अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान सीमित है, पैकेज के ऊष्मीय प्रतिरोध, हीट सिंक और इंटरफ़ेस की गणना की जानी चाहिए। मध्यम-शक्ति एलईडी को प्रायः एक [[मुद्रित सर्किट बोर्ड]] में सीधे सोल्डर करने के लिए डिज़ाइन किया जाता है जिसमें तापीय प्रवाहकीय धातु परत होती है। उच्च-शक्ति एलईडी बड़े क्षेत्र के सिरेमिक पैकेज में पैक किए जाते हैं जो गर्मी का संचालन करने के लिए [[ थर्मल तेल | ऊष्मीय ग्रीस]] या अन्य सामग्री का उपयोग करके धातु गर्मी सिंक से जुड़ते हैं। | ||
यदि | यदि एलईडी लैंप में मुफ्त हवा का संचलन नहीं होता है, तो एलईडी के ज़्यादा गरम होने की संभावना होती है, जिसके परिणामस्वरूप जीवन कम हो जाता है या जल्दी खराब हो जाता है। सिस्टम के ऊष्मीय डिजाइन को दीपक के आसपास के परिवेश के तापमान के लिए अनुमति देनी चाहिए; धूप वाले वातावरण में बिलबोर्ड में एक दीपक की तुलना में एक फ्रीजर में एक दीपक कम परिवेश का अनुभव करता है।<ref name="RPI.edu">Conway, K. M. and J. D. Bullough. 1999. [http://www.lrc.rpi.edu/resources/pdf/57-1999.pdf Will LEDs transform traffic signals as they did exit signs?] Proceedings of the Illuminating Engineering Society of North America Annual Conference (pp. 1–9), New Orleans, Louisiana, August 9–11. New York, NY: Illuminating Engineering Society of North America.</ref> | ||
== सामग्री == | == सामग्री == | ||
एलईडी विभिन्न प्रकार के अकार्बनिक अर्धचालक पदार्थों से बने होते हैं। निम्न तालिका उपलब्ध रंगों को तरंग दैर्ध्य रेंज, वोल्टेज ड्रॉप और सामग्री के साथ दिखाती है: | एलईडी विभिन्न प्रकार के अकार्बनिक अर्धचालक पदार्थों से बने होते हैं। निम्न तालिका उपलब्ध रंगों को तरंग दैर्ध्य रेंज, वोल्टेज ड्रॉप और सामग्री के साथ दिखाती है: | ||
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== क्वांटम-डॉट एलईडी == | == क्वांटम-डॉट एलईडी == | ||
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क्वांटम डॉट्स ( | क्वांटम डॉट्स (क्यूडी) ऑप्टिकल गुणों वाले सेमीकंडक्टर [[ nanocrystal |नेनो क्रिस्टल]] हैं जो उनके उत्सर्जन के रंग को दृश्यमान से इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम में देखते हैं।<ref name=MITqdot2002>[http://web.mit.edu/newsoffice/2002/dot.html Quantum-dot LED may be screen of choice for future electronics] [[Massachusetts Institute of Technology]] News Office, December 18, 2002</ref><ref>{{Cite journal |first1=H. |last1=Neidhardt |first2=L. |last2=Wilhelm |first3=V. A. |last3=Zagrebnov |title=A New Model for Quantum Dot Light Emitting-Absorbing Bevices: Proofs and Supplements |journal=Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics |date=February 2015 |volume=6 |issue=1 |pages=6–45 |doi=10.17586/2220-8054-2015-6-1-6-45 |doi-access=free }}</ref> यह क्वांटम डॉट एलईडी को रोशनी आरेख पर अंतर्राष्ट्रीय आयोग पर लगभग कोई भी रंग बनाने की अनुमति देता है। यह सफेद एलईडी की तुलना में अधिक रंग विकल्प और बेहतर रंग प्रतिपादन प्रदान करता है क्योंकि उत्सर्जन स्पेक्ट्रम बहुत संकीर्ण है, क्वांटम सीमित राज्यों की विशेषता है। | ||
क्यूडी उत्तेजना के लिए दो प्रकार की योजनाएँ हैं। एक प्राथमिक प्रकाश स्रोत एलईडी (सामान्यतः नीले या यूवी एलईडी का उपयोग किया जाता है) के साथ फोटो उत्तेजना का उपयोग करता है। अन्य प्रत्यक्ष विद्युत उत्तेजना है जिसे पहले अलीविसाटोस एट अल द्वारा प्रदर्शित किया गया था।<ref>{{Cite journal | last1 = Colvin | first1 = V. L. | last2 = Schlamp | first2 = M. C. | last3 = Alivisatos | first3 = A. P. | doi = 10.1038/370354a0 | title = कैडमियम सेलेनाइड नैनोक्रिस्टल और एक अर्धचालक बहुलक से बने प्रकाश उत्सर्जक डायोड| journal = Nature | volume = 370 | issue = 6488 | pages = 354–357 | year = 1994 | bibcode = 1994Natur.370..354C | s2cid = 4324973 }}</ref> | |||
फोटो-उत्तेजना योजना का एक उदाहरण नैशविले में [[ वेंडरबिल्ट विश्वविद्यालय |वेंडरबिल्ट विश्वविद्यालय]] में माइकल बोवर्स द्वारा विकसित एक विधि है, जिसमें क्वांटम डॉट्स के साथ एक नीली एलईडी कोटिंग सम्मिलित है जो एलईडी से नीली रोशनी के जवाब में सफेद चमकती है। यह विधि गरमागरम प्रकाश बल्बों द्वारा बनाई गई | फोटो-उत्तेजना योजना का एक उदाहरण नैशविले में [[ वेंडरबिल्ट विश्वविद्यालय |वेंडरबिल्ट विश्वविद्यालय]] में माइकल बोवर्स द्वारा विकसित एक विधि है, जिसमें क्वांटम डॉट्स के साथ एक नीली एलईडी कोटिंग सम्मिलित है जो एलईडी से नीली रोशनी के जवाब में सफेद चमकती है। यह विधि गरमागरम प्रकाश बल्बों द्वारा बनाई गई गर्म, पीली-सफेद रोशनी का उत्सर्जन करती है।<ref>{{Cite news|title = आकस्मिक आविष्कार प्रकाश बल्बों के अंत की ओर इशारा करता है|publisher =LiveScience.com|date = October 21, 2005|url = http://www.livescience.com/technology/051021_nano_light.html|access-date = January 24, 2007}}</ref> लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले (एलसीडी) टेलीविजन में सफेद प्रकाश उत्सर्जक डायोड में उपयोग के लिए क्वांटम डॉट्स पर भी विचार किया जा रहा है।<ref>[http://www.nanocogroup.com/content/Library/NewsandEvents/articles/Nanoco_Signs_Agreement_with_Major_Japanese_Electronics_Company/136.aspx Nanoco Signs Agreement with Major Japanese Electronics Company], nanocogroup.com (September 23, 2009)</ref> | ||
फरवरी 2011 में प्लाज़्माकेम जीएमबीएच के वैज्ञानिक एलईडी अनुप्रयोगों के लिए क्वांटम डॉट्स को संश्लेषित करने और उनके आधार पर | फरवरी 2011 में प्लाज़्माकेम जीएमबीएच के वैज्ञानिक एलईडी अनुप्रयोगों के लिए क्वांटम डॉट्स को संश्लेषित करने और उनके आधार पर प्रकाश कनवर्टर बनाने में सक्षम थे, जो कई सौ घंटों तक प्रकाश को नीले से किसी अन्य रंग में कुशलतापूर्वक परिवर्तित करने में सक्षम था।<ref>Nanotechnologie Aktuell, pp. 98–99, v. 4, 2011, {{ISSN|1866-4997}}</ref> इस तरह के क्यूडीएस का उपयोग किसी भी तरंग दैर्ध्य के दृश्य या निकट अवरक्त प्रकाश को कम तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश द्वारा उत्तेजित करने के लिए किया जा सकता है। | ||
विद्युत-उत्तेजना योजना के लिए प्रयुक्त | विद्युत-उत्तेजना योजना के लिए प्रयुक्त क्यूडी-एलईडीs की संरचना [[OLED|ओएलईडी]] के मूल डिज़ाइन के समान है। इलेक्ट्रॉन-परिवहन और छेद-परिवहन सामग्री की परतों के बीच क्वांटम डॉट्स की एक परत सैंडविच होती है। एक लागू विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों और छेदों को क्वांटम डॉट परत में स्थानांतरित करने का कारण बनता है और एक क्यूडी को उत्तेजित करने वाले [[exciton|एक्सिटॉन]] का निर्माण करता है। [[क्वांटम डॉट डिस्प्ले]] के लिए सामान्यतः इस योजना का अध्ययन किया जाता है। प्रतिदीप्ति इमेजिंग के लिए उत्तेजना स्रोतों के रूप में उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य और संकीर्ण बैंडविड्थ की ट्यूनेबिलिटी भी लाभप्रद है। प्रतिदीप्ति निकट-क्षेत्र स्कैनिंग ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी([[NSOM|एनएसओएम]]) एक एकीकृत क्यूडी-एलईडी का उपयोग करके प्रदर्शित किया गया है।<ref>{{Cite journal | last1 = Hoshino | first1 = K. | last2 = Gopal | first2 = A. | last3 = Glaz | first3 = M. S. | last4 = Vanden Bout | first4 = D. A. | last5 = Zhang | first5 = X. | title = क्वांटम डॉट नियर-फील्ड इलेक्ट्रोल्यूमिनिसेंस के साथ नैनोस्केल फ्लोरेसेंस इमेजिंग| doi = 10.1063/1.4739235 | journal = Applied Physics Letters | volume = 101 | issue = 4 | page = 043118 | year = 2012 |bibcode = 2012ApPhL.101d3118H }}</ref> | ||
फरवरी 2008 में, नैनोक्रिस्टल का उपयोग करके 300 [[लुमेन (यूनिट)]] दृश्य प्रकाश प्रति वाट[[ दीप्तिमान प्रवाह | दीप्तिमान प्रवाह]] (प्रति विद्युत वाट नहीं) और गर्म-प्रकाश उत्सर्जन की | फरवरी 2008 में, नैनोक्रिस्टल का उपयोग करके 300 [[लुमेन (यूनिट)]] दृश्य प्रकाश प्रति वाट[[ दीप्तिमान प्रवाह | दीप्तिमान प्रवाह]] (प्रति विद्युत वाट नहीं) और गर्म-प्रकाश उत्सर्जन की चमकदार प्रभावकारिता प्राप्त की गई थी।<ref>{{cite news | url=https://www.newscientist.com/channel/tech/dn13266-crystal-coat-warms-up-led-light.html | title=क्रिस्टल कोट एलईडी लाइट को गर्म करता है| date=February 1, 2008 | agency=newscientist.com | access-date=January 30, 2012 | last=Inman |first=Mason}}</ref> | ||
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Latest revision as of 16:05, 23 August 2023
प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडीएस) एक अर्धचालक में इलेक्ट्रॉनों और इलेक्ट्रॉन छिद्रों के पुनर्संयोजन द्वारा प्रकाश (या अवरक्त विकिरण) उत्पन्न करते हैं, एक प्रक्रिया जिसेविद्युतसंदीप्ति कहा जाता है। उत्पन्न प्रकाश की तरंग दैर्ध्य अर्धचालकों के ऊर्जा बैंड गैप पर निर्भर करता है। क्योंकि इन सामग्रियों में अपवर्तन का एक उच्च सूचकांक होता है, इसलिए विशेष ऑप्टिकल कोटिंग और डाई आकार जैसे उपकरणों की डिजाइन विशेषताओं को कुशलता से प्रकाश का उत्सर्जन करने के लिए आवश्यक है। एक एलईडी लंबे समय तक रहने वाला प्रकाश स्रोत है, लेकिन कुछ तंत्र उपकरण की दक्षता में कमी या अचानक विफलता का कारण बन सकते हैं। उत्सर्जित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य प्रयुक्त अर्धचालक सामग्री के बैंड गैप का एक फलन है; गैलियम आर्सेनाइड जैसी सामग्री, और अन्य, विभिन्न ट्रेस डोपिंग तत्वों के साथ, प्रकाश के विभिन्न रंगों का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है। एक अन्य प्रकार की एलईडी क्वांटम डॉट का उपयोग करती है जिसके गुणों और तरंग दैर्ध्य को इसके आकार से समायोजित किया जा सकता है। प्रकाश उत्सर्जक डायोड व्यापक रूप से संकेतक और प्रदर्शन कार्यों में उपयोग किए जाते हैं, और सफेद एलईडीएस सामान्य रोशनी के प्रयोजनों के लिए अन्य तकनीकों को विस्थापित कर रहे हैं।
विद्युत् संदीप्ति
किसी भी प्रत्यक्ष बैंड गैप सामग्री में पी-एन संयोजन प्रकाश का उत्सर्जन करता है जब विद्युत प्रवाह इसके माध्यम से प्रवाहित होता है। यह विद्युत् संदीप्ति है। इलेक्ट्रॉन एन-क्षेत्र से पार करते हैं और पी-क्षेत्र में मौजूद छिद्रों के साथ पुन: संयोजित होते हैं। मुक्त इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तरों के चालन बैंड में होते हैं, जबकि छिद्र वैलेंस ऊर्जा बैंड में होते हैं। इस प्रकार छेद का ऊर्जा स्तर इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तर की तुलना में कम है। ऊर्जा के कुछ हिस्सों को इलेक्ट्रॉनों और छेदों को फिर से बनाने के लिए विघटित किया जाना चाहिए। यह ऊर्जा गर्मी और प्रकाश के रूप में उत्सर्जित होती है।
अप्रत्यक्ष बैंड गैप सामग्री के रूप में इलेक्ट्रॉन क्रिस्टलीय सिलिकॉन और जर्मेनियम डायोड के भीतर गर्मी के रूप में ऊर्जा का प्रसार करते हैं, लेकिन गैलियम आर्सेनाइड फॉस्फाइड (GaAsP) और गैलियम फास्फाइड (GaP) अर्धचालकों में, इलेक्ट्रॉन फोटॉन उत्सर्जित करके ऊर्जा का प्रसार करते हैं। यदि अर्धचालक पारभासी है, तो संयोजन प्रकाश का स्रोत बन जाता है, इस प्रकार प्रकाश उत्सर्जक डायोड बन जाता है।
उत्सर्जित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य, और इस प्रकार इसका रंग, पी-एन संयोजन बनाने वाली सामग्रियों की ऊर्जा अंतराल ऊर्जा पर निर्भर करता है। सिलिकॉन या जर्मेनियम डायोड में, इलेक्ट्रॉन और छेद सामान्यतः एक गैर-विकिरण संक्रमण द्वारा पुनर्संयोजित होते हैं, जो कोई ऑप्टिकल उत्सर्जन नहीं पैदा करता है, क्योंकि ये अप्रत्यक्ष बैंड गैप सामग्री हैं। एलईडी के लिए उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में निकट-अवरक्त, दृश्यमान या निकट-पराबैंगनी प्रकाश के अनुरूप ऊर्जा के साथ एक सीधा बैंड गैप होता है।
एलईडी का विकास गैलियम आर्सेनाइड से बने इन्फ्रारेड और लाल उपकरणों के साथ प्रारंभ हुआ था। सामग्री विज्ञान में प्रगति ने कभी-कभी कम तरंग दैर्ध्य वाले उपकरणों को बनाने में सक्षम बनाया है, जो विभिन्न रंगों में प्रकाश उत्सर्जित करते हैं।
एलईडी सामान्यतः एक एन-टाइप कार्यद्रव्य पर बनाए जाते हैं, जिसमें पी-टाइप परत से जुड़ा एक इलेक्ट्रोड होता है जो इसकी सतह पर जमा होता है। पी-टाइप कार्यद्रव्य, जबकि कम सामान्य, भी होते हैं। कई वाणिज्यिक एलईडी, विशेष रूप से जीएएन/आईएनजीएन, भी सैफायर कार्यद्रव्य का उपयोग करते हैं।
अपवर्तक सूचकांक
[[File:LED-chip-20-deg-crti-angle - both types - crop.png|thumb|upright=1.35|एकल बिंदु-स्रोत उत्सर्जन क्षेत्र के लिए एक साधारण वर्ग अर्धचालक में प्रकाश उत्सर्जन शंकु का आदर्श उदाहरण। बायाँ चित्रण एक पारभासी वेफर के लिए है, जबकि दायाँ चित्रण नीचे की परत के अपारदर्शी होने पर बनने वाले अर्ध-शंकु को दर्शाता है। प्रकाश बिंदु-स्रोत से सभी दिशाओं में समान रूप से उत्सर्जित होता है, लेकिन केवल अर्धचालक की सतह से लंबवत कुछ डिग्री के भीतर बच सकता है, शंकु आकृतियों द्वारा चित्रित किया गया है। जब महत्वपूर्ण कोण (प्रकाशिकी) पार हो जाता है, तो फोटॉन आंतरिक रूप से परिलक्षित होते हैं। शंकुओं के बीच के क्षेत्र ऊष्मा के रूप में बर्बाद हुई फंसी हुई प्रकाश ऊर्जा का प्रतिनिधित्व करते हैं।मुक्त अर्धचालकों जैसे सिलिकॉन हवा के सापेक्ष एक बहुत ही उच्च अपवर्तक सूचकांक प्रदर्शित करते हैं। फोटोन जो सतह पर बहुत बड़े कोण पर लंबवत अनुभव कुल आंतरिक प्रतिबिंब के लिए पहुंचते हैं। यह संपत्ति एलईडी की प्रकाश उत्सर्जन दक्षता के साथ-साथ फोटोवोल्टिक कोशिकाओं की प्रकाश अवशोषण दक्षता दोनों को प्रभावित करती है। सिलिकॉन का अपवर्तनांक 3.96 (590 nm पर) है,[1] जबकि वायु का अपवर्तनांक 1.0002926 है। संदर्भ>अपवर्तन — स्नेल का नियम। Interactagram.com। 16 मार्च 2012 को पुनःप्राप्त।</ref>
सामान्यतः, सामान्य रूप से, एक सपाट-सतह अनकोटेड एलईडी अर्धचालक चिप केवल प्रकाश का उत्सर्जन करता है जो अर्धचालक की सतह के लगभग लंबवत आता है, एक शंकु आकार में जिसे प्रकाश शंकु, प्रकाश का शंकु, या एस्केप शंकु के रूप में संदर्भित किया जाता है।) इंस्ट्रूमेंट इंजीनियर्स हैंडबुक: प्रोसेस कंट्रोल एंड ऑप्टिमाइज़ेशन, सीआरसी प्रेस, ISBN 0-8493-1081-4 पी। 537, ऑप्टिकल फाइबर के संदर्भ में प्रकाश का कोन</ref> या एस्केप कोन। रेफरी नाम = क्रिटिकल> मुलर, गर्ड (2000) इलेक्ट्रोल्यूमिनिसेंस I, अकादमिक प्रेस, ISBN 0-12-752173-9, पी। 67, सेमीकंडक्टर से निकलने वाले प्रकाश के शंकु, पी पर प्रकाश शंकु के चित्र। 69</ref> सतह पर आने वाले फोटोन, महत्वपूर्ण कोण से अधिक घटना कोण के साथ, कुल आंतरिक प्रतिबिंब से गुजरते हैं, और अर्धचालक क्रिस्टल के अंदर लौटते हैं मानो इसकी सतह एक दर्पण हो।
आंतरिक प्रतिबिंब अन्य क्रिस्टलीय चेहरों के माध्यम से बच सकते हैं यदि घटना कोण पर्याप्त कम है और फोटॉन उत्सर्जन को फिर से अवशोषित नहीं करने के लिए क्रिस्टल पर्याप्त रूप से पारदर्शी है। लेकिन सभी तरफ 90 डिग्री के कोण वाली सतहों के साथ साधारण वर्ग एलईडी के लिए, सभी भाग समान कोण वाले दर्पण के रूप में कार्य करते हैं। इस स्थिति में, अधिकांश प्रकाश बच नहीं सकता है और क्रिस्टल में अपशिष्ट गर्मी के रूप में खो जाता है।
गहना या फ्रेसनेल लेंस के समान कोण वाले पहलुओं के साथ एक जटिल चिप सतह, चिप की सतह पर लंबवत प्रकाश वितरित करके और फोटॉन उत्सर्जन बिंदु के किनारों तक प्रकाश उत्पादन बढ़ा सकती है।[2]
अधिकतम प्रकाश उत्पादन के साथ एक अर्धचालक का आदर्श आकार सटीक केंद्र में होने वाले फोटॉन उत्सर्जन के साथ एक माइक्रोस्फीयर होगा, जिसमें उत्सर्जन बिंदु पर संपर्क करने के लिए केंद्र में प्रवेश करने वाले इलेक्ट्रोड होंगे। केंद्र से निकलने वाली सभी प्रकाश किरणें गोले की पूरी सतह के लंबवत होंगी, जिसके परिणामस्वरूप कोई आंतरिक प्रतिबिंब नहीं होगा। एक गोलार्द्ध अर्धचालक भी काम करेगा, जिसमें फ्लैट बैक-सतह बैक-बिखरे फोटॉनों के लिए दर्पण के रूप में कार्य करता है।[3]
परिवर्ती विलेपन
वेफर (इलेक्ट्रॉनिक्स) के डोपिंग के बाद, इसे सामान्यतः अलग-अलग डाई (एकीकृत सर्किट) में काट दिया जाता है। प्रत्येक डाई को सामान्यतः चिप कहा जाता है।
कई एलईडी अर्धचालक चिप्स स्पष्ट या रंगीन मोल्डेड ठोस प्लास्टिक में चिपकाया या पॉटिंग (इलेक्ट्रॉनिक्स) जाता हैं। प्लास्टिक संपुटीकरण के तीन उद्देश्य हैं:
- उपकरणों में अर्धचालक चिप को स्थापित करना आसान है।
- छोटे कमज़ोर विद्युत तारों को भौतिक रूप से सहारा दिया जाता है और क्षति से बचाया जाता है।
- प्लास्टिक अपेक्षाकृत उच्च-सूचकांक अर्धचालक और निम्न-सूचकांक खुली हवा के बीच एक अपवर्तक मध्यस्थ के रूप में कार्य करता है।[4]
तीसरी विशेषता प्रकाश शंकु के भीतर फोटॉनों के फ्रेस्नेल प्रतिबिंबो को कम करके अर्धचालक से प्रकाश उत्सर्जन को बढ़ावा देने में मदद करती है। अर्धचालक में एक सपाट विलेपन सीधे प्रकाश शंकु के आकार को नहीं बढ़ाती है; यह विलेपन में मध्यवर्ती व्यापक शंकु कोण प्रदान करता है, लेकिन अर्धचालक में किरणों के बीच और कोटिंग से परे हवा में महत्वपूर्ण कोण नहीं बदलता है। एक घुमावदार कोटिंग या एनकैप्सुलेशन के साथ, यद्यपि, दक्षता को और बढ़ाया जा सकता है।
दक्षता और परिचालन पैरामीटर
विशिष्ट संकेतक एलईडी को 30-60 मिलीवाट (mW) से अधिक विद्युत शक्ति के साथ संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। 1999 के आसपास, फिलिप्स लुमिलेड्स ने एक वाट पर निरंतर उपयोग करने में सक्षम बिजली एलईडी पेश किया था। इन एलईडी ने बड़े अर्धचालक डाई आकारों का उपयोग बड़े बिजली के इनपुट को संभालने के लिए किया था। इसके अतिरिक्त, एलईडी मरने से अधिक गर्मी अपव्यय की अनुमति देने के लिए सेमीकंडक्टर मर धातु स्लग पर लगाए गए थे।
एलईडी-आधारित प्रकाश स्रोतों के प्रमुख लाभों में से एक उच्च प्रकाश प्रभावकारिता है। सफेद एलईडी समतुल्य होतेे है और मानक गरमागरम प्रकाश प्रणालियों की प्रभावकारिता से आगे निकल जाते हैं। 22002 में, लुमिलेड्स ने 18-22 लुमेन प्रति वाट (एलएम/डब्ल्यू) की प्रकाश प्रभावकारिता के साथ पांच वाट एलईडी उपलब्ध कराया था। तुलना के लिए, 60–100 वाट का एक सांकेतिक तापदीप्त प्रकाश बल्ब लगभग 15 एलएम/डब्ल्यू उत्सर्जित करता है, और मानक प्रतिदीप्त प्रकाश 100 एलएम/डब्ल्यू तक उत्सर्जित करती है।
As of 2012[update], फिलिप्स ने प्रत्येक रंग के लिए निम्नलिखित प्रभावोत्पादकता उपलब्ध कराये थे।[5] दक्षता मान भौतिकी - प्रकाश शक्ति को प्रति विद्युत शक्ति दिखाता है। लुमेन-प्रति-वाट प्रभावकारिता मूल्य में मानव आंख की विशेषताएं सम्मिलित हैं और यह ज्योतिफलन का उपयोग करके प्राप्त की जाती है।
| रंग | तरंग दैर्ध्य रेंज (एनएम) | विशिष्ट दक्षता गुणांक | विशिष्ट प्रभावकारिता (एलएम/डब्ल्यू) | |
|---|---|---|---|---|
| लाल | 620 < λ < 645 | 0.39 | 72 | |
| लाल नारंगी | 610 < λ < 620 | 0.29 | 98 | |
| हरा | 520 < λ < 550 | 0.15 | 93 | |
| स्यान | 490 < λ < 520 | 0.26 | 75 | |
| नीला | 460 < λ < 490 | 0.35 | 37 | |
सितंबर 2003 में, क्री द्वारा एक नए प्रकार के नीले एलईडी का प्रदर्शन किया गया था। यह व्यावसायिक रूप से पैक किए गए सफेद प्रकाश का उत्पादन करता है जो 20 mA पर 65 एलएम/डब्ल्यू प्रदान करता है, जो उस समय व्यावसायिक रूप से उपलब्ध चमकदार सफेद एलईडी बन जाता है, और मानक तापदीप्त के रूप में चार गुना से अधिक कुशल है। 2006 में, उन्होंने 20 एमए पर 131 एलएम/डब्ल्यू की रिकॉर्ड सफेद एलईडी चमक के साथ एक प्रोटोटाइप का प्रदर्शन किया था। एनआईसीएचआई कॉरपोरेशन ने 20 एमए की आगे की धारा में 150 एलएम/डब्ल्यू की चमक के साथ एक सफेद एलईडी विकसित किया है।[6] 2011 में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध लेक एक्सएम-एलईडी, 10 डब्ल्यू की पूरी ऊर्जा पर 100 एलएम/डब्ल्यू और लगभग 2 डब्ल्यू इनपुट बिजली पर 160 एलएम/डब्ल्यू का उत्पादन करते हैं। 2012 में, क्री ने मार्च 2014 में सफेद एलईडी की घोषणा की, जिसमें 254 एलएम/डब्ल्यू,[7] 10 और 303 एलएम/डब्ल्यू दिए गए।[8] प्रैक्टिकल सामान्य प्रकाश व्यवस्था के लिए एक वाट या अधिक के उच्च-शक्ति एलईडी की आवश्यकता होती है। ऐसे उपकरणों के लिए सामान्य परिचालन धाराएं 350 mA से प्रारंभ होती हैं।
ये दक्षताएँ केवल प्रकाश उत्सर्जक डायोड के लिए हैं, जिन्हें प्रयोगशाला में कम तापमान पर रखा जाता है। क्योंकि वास्तविक जुड़नार में स्थापित एलईडी उच्च तापमान पर काम करते हैं और चालक के नुकसान के साथ, वास्तविक दुनिया की क्षमता बहुत कम होती है। संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग (डीओई) ने कॉम्पैक्ट फ्लोरोसेंट लैंप या सीएफएल के स्थान पर डिजाइन किए गए वाणिज्यिक एलईडी लैंपों के परीक्षण से पता चलता है कि औसत प्रभावकारिता अभी भी 2009 में लगभग 46 एलएम/डब्ल्यू थी (परीक्षित प्रदर्शन 17 एलएम/डब्ल्यू से 79 एलएम/डब्ल्यू तक था)।[9]
दक्षता में गिरावट
बिजली का करंट बढ़ने पर एलईडी की चमकदार प्रभावकारिता में कमी दक्षता ड्रॉप है।
इस प्रभाव को प्रारंभ में ऊंचे तापमान से संबंधित माना गया था। वैज्ञानिकों ने साबित कर दिया है कि विपरीत सच है: यद्यपि एक एलईडी का जीवन छोटा होता है, उच्च तापमान पर दक्षता में गिरावट कम गंभीर होती है।[10] 2007 में बरमा पुनर्संयोजन के रूप में कार्यकुशलता को कम करने वाले तंत्र की पहचान की गई थी।[11][12]
कम कुशल होने के अतिरिक्त, उच्च विद्युत धाराओं पर संचालित एलईडी अधिक गर्मी पैदा करते हैं, जो आपस में मिलकर समाधान कर सकते हैं। उच्च अधिकार प्रायः 350 mA पर संचालित होता है, जो प्रकाश उत्पादन, दक्षता और लंबी उम्र के बीच एक समाधान है।[11]
वर्तमान स्तरों को बढ़ाने के अतिरिक्त, सामान्यतः बल्ब में कई एलईडी के संयोजन से चमक बढ़ जाती है। दक्षता में गिरावट की समस्या को हल करने का मतलब होगा कि घरेलू एलईडी लाइट बल्बों को कम एलईडी की आवश्यकता होगी, जिससे लागत में काफी कमी आएगी।
यूएस नेवल रिसर्च लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने दक्षता ड्रॉप को कम करने का एक तरीका खोजा है। उन्होंने पाया कि इंजेक्शन के वाहकों के गैर-विकिरण पुनर्संयोजन से ड्रॉप उत्पन्न होता है। उन्होंने गैर-विकिरणकारी बरमा प्रक्रियाओं को कम करने के लिए नरम कारावास क्षमता वाले क्वांटम कुओं का निर्माण किया था।[13]
ताइवान नेशनल सेंट्रल यूनिवर्सिटी और एपिस्टार कॉर्प के शोधकर्ता सिरेमिक एल्यूमीनियम नाइट्राइड (AlN) सबस्ट्रेट्स का उपयोग करके दक्षता ड्रॉप को कम करने का एक तरीका विकसित कर रहे हैं, जो व्यावसायिक रूप से उपयोग किए जाने वाले नीलम की तुलना में अधिक तापीय चालकता है। उच्च तापीय चालकता स्व-ताप प्रभाव को कम करती है।[14]
आजीवन और असफलता
एलईडी जैसे सॉलिड-स्टेट उपकरण कम धाराओं और कम तापमान पर संचालित होने पर बहुत सीमित टूट-फूट के अधीन हैं। उद्धृत विशिष्ट जीवनकाल 25,000 से 100,000 घंटे हैं, लेकिन गर्मी और वर्तमान सेटिंग्स इस समय को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ा या छोटा कर सकती हैं।[15] यह नोट करना महत्वपूर्ण है कि ये अनुमान एक मानक परीक्षण पर आधारित हैं जो एलईडी में विफलताओं को प्रेरित करने वाले सभी संभावित तंत्रों को तेज नहीं कर सकते हैं।[16]
एलईडी विफलता का सबसे सामान्य लक्षण प्रकाश उत्पादन का धीरे-धीरे कम होना है। अचानक विफलता, यद्यपि दुर्लभ, भी हो सकती है। प्रारंभिक लाल एलईडी उनके लघु सेवा जीवन के लिए उल्लेखनीय थे। उच्च-शक्ति एलईडी के विकास के साथ, उपकरणों को पारंपरिक उपकरणों की तुलना में उच्च संयोजन तापमान और उच्च वर्तमान घनत्व के अधीन किया जाता है। यह सामग्री पर तनाव का कारण बनता है और शुरुआती प्रकाश-उत्पादन में गिरावट का कारण बन सकता है। एक एलईडी का जीवनकाल 70% या 50% प्रारंभिक आउटपुट के चलने के समय के रूप में दिया जा सकता है।[17]
दहन या गरमागरम लैंप के विपरीत, एलईडी केवल तभी काम करते हैं जब उन्हें पर्याप्त ठंडा रखा जाता है। निर्माता सामान्यतः अधिकतम संयोजन तापमान 125 या 150 °C निर्दिष्ट करता है, और लंबे जीवन के हित में कम तापमान की सलाह दी जाती है। इन तापमानों पर, अपेक्षाकृत कम ऊष्मा विकिरण द्वारा खोई जाती है, जिसका अर्थ है कि एलईडी द्वारा उत्पन्न प्रकाश किरण ठंडी होती है।
एक उच्च-शक्ति एलईडी में अपशिष्ट गर्मी को उपकरण के माध्यम से ताप सिंक में ले जाया जाता है, जो गर्मी को आसपास की हवा में फैला देता है। क्योंकि एलईडी का अधिकतम ऑपरेटिंग तापमान सीमित है, पैकेज के ऊष्मीय प्रतिरोध, हीट सिंक और इंटरफ़ेस की गणना की जानी चाहिए। मध्यम-शक्ति एलईडी को प्रायः एक मुद्रित सर्किट बोर्ड में सीधे सोल्डर करने के लिए डिज़ाइन किया जाता है जिसमें तापीय प्रवाहकीय धातु परत होती है। उच्च-शक्ति एलईडी बड़े क्षेत्र के सिरेमिक पैकेज में पैक किए जाते हैं जो गर्मी का संचालन करने के लिए ऊष्मीय ग्रीस या अन्य सामग्री का उपयोग करके धातु गर्मी सिंक से जुड़ते हैं।
यदि एलईडी लैंप में मुफ्त हवा का संचलन नहीं होता है, तो एलईडी के ज़्यादा गरम होने की संभावना होती है, जिसके परिणामस्वरूप जीवन कम हो जाता है या जल्दी खराब हो जाता है। सिस्टम के ऊष्मीय डिजाइन को दीपक के आसपास के परिवेश के तापमान के लिए अनुमति देनी चाहिए; धूप वाले वातावरण में बिलबोर्ड में एक दीपक की तुलना में एक फ्रीजर में एक दीपक कम परिवेश का अनुभव करता है।[18]
सामग्री
एलईडी विभिन्न प्रकार के अकार्बनिक अर्धचालक पदार्थों से बने होते हैं। निम्न तालिका उपलब्ध रंगों को तरंग दैर्ध्य रेंज, वोल्टेज ड्रॉप और सामग्री के साथ दिखाती है:
| रंग | दैर्ध्य तरंग [nm] | वोल्टेज ड्रॉप [ΔV] | सेमीकंडक्टर सामग्री | |
|---|---|---|---|---|
| अवरक्त | λ > 760 | ΔV < 1.63 | गैलियम आर्सेनाइड (GaAs) एल्यूमीनियम गैलियम आर्सेनाइड (AlGaAs) | |
| लाल | 610 < λ < 760 | 1.63 < ΔV < 2.03 | एल्यूमीनियम गैलियम आर्सेनाइड (AlGaAs) गैलियम आर्सेनाइड फॉस्फाइड (GaAsP) एल्यूमीनियम गैलियम इंडियम फॉस्फाइड (AlGaInP) गैलियम (III) फॉस्फाइड (GaP) | |
| नारंगी | 590 < λ < 610 | 2.03 < ΔV < 2.10 | गैलियम आर्सेनाइड फॉस्फाइड (GaAsP) एल्यूमीनियम गैलियम इंडियम फॉस्फाइड (AlGaInP) गैलियम (III) फॉस्फाइड (GaP) | |
| पीला | 570 < λ < 590 | 2.10 < ΔV < 2.18 | Gallium arsenide phosphide (GaAsP) एल्यूमीनियम गैलियम इंडियम फॉस्फाइड (AlGaInP) गैलियम (III) फॉस्फाइड (GaP) | |
| हरा | 500 < λ < 570 | 1.9[19] < ΔV < 4.0 | पारंपरिक हरा: गैलियम (III) फॉस्फाइड (GaP) एल्यूमीनियम गैलियम इंडियम फॉस्फाइड (AlGaInP) एल्यूमीनियम गैलियम फास्फाइड (AlGaP) शुद्ध हरा: इंडियम गैलियम नाइट्राइडस्फाइड (InGaN) / Gallium(III) nitride (GaN) | |
| नीला | 450 < λ < 500 | 2.48 < ΔV < 3.7 | जिंक सेलेनाइड (ZnSe) इंडियम गैलियम नाइट्राइडस्फाइड (InGaN) सिंथेटिक नीलम, सिलिकॉन कार्बाइड (SiC), एपिटाक्सी के साथ या बिना सब्सट्रेट के रूप में, सिलिकॉन (Si) सब्सट्रेट के रूप में - विकास के तहत (सिलिकॉन पर एपिटाक्सी को नियंत्रित करना मुश्किल है) | |
| बैंगनी | 400 < λ < 450 | 2.76 < ΔV < 4.0 | इंडियम गैलियम नाइट्राइडस्फाइड (InGaN) | |
| पराबैंगनी | λ < 400 | 3 < ΔV < 4.1 | इंडियम गैलियम नाइट्राइडस्फाइड (InGaN) (385-400 nm)
हीरा (235 nm)[20] | |
| गुलाबी | एकाधिक प्रकार | ΔV ≈3.3[25] | एक या दो फॉस्फोर परतों के साथ नीला,
लाल, नारंगी या गुलाबी फॉस्फोर के साथ पीला बाद में जोड़ा गया, गुलाबी प्लास्टिक के साथ सफेद, या शीर्ष पर गुलाबी वर्णक या डाई के साथ सफेद फास्फोरस[26] | |
| बैंगनी | एकाधिक प्रकार | 2.48 < ΔV < 3.7 | दोहरी नीली/लाल एलईडी,
लाल भास्वर के साथ नीला, या बैंगनी प्लास्टिक के साथ सफेद | |
| सफ़ेद | व्यापक स्पेक्ट्रम | 2.8 < ΔV < 4.2 | कूल / शुद्ध व्हाइट: पीला फॉस्फोर के साथ नीला / यूवी डायोड
गर्म सफेद: नारंगी भास्वर के साथ नीला डायोड | |
क्वांटम-डॉट एलईडी
क्वांटम डॉट्स (क्यूडी) ऑप्टिकल गुणों वाले सेमीकंडक्टर नेनो क्रिस्टल हैं जो उनके उत्सर्जन के रंग को दृश्यमान से इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम में देखते हैं।[27][28] यह क्वांटम डॉट एलईडी को रोशनी आरेख पर अंतर्राष्ट्रीय आयोग पर लगभग कोई भी रंग बनाने की अनुमति देता है। यह सफेद एलईडी की तुलना में अधिक रंग विकल्प और बेहतर रंग प्रतिपादन प्रदान करता है क्योंकि उत्सर्जन स्पेक्ट्रम बहुत संकीर्ण है, क्वांटम सीमित राज्यों की विशेषता है।
क्यूडी उत्तेजना के लिए दो प्रकार की योजनाएँ हैं। एक प्राथमिक प्रकाश स्रोत एलईडी (सामान्यतः नीले या यूवी एलईडी का उपयोग किया जाता है) के साथ फोटो उत्तेजना का उपयोग करता है। अन्य प्रत्यक्ष विद्युत उत्तेजना है जिसे पहले अलीविसाटोस एट अल द्वारा प्रदर्शित किया गया था।[29]
फोटो-उत्तेजना योजना का एक उदाहरण नैशविले में वेंडरबिल्ट विश्वविद्यालय में माइकल बोवर्स द्वारा विकसित एक विधि है, जिसमें क्वांटम डॉट्स के साथ एक नीली एलईडी कोटिंग सम्मिलित है जो एलईडी से नीली रोशनी के जवाब में सफेद चमकती है। यह विधि गरमागरम प्रकाश बल्बों द्वारा बनाई गई गर्म, पीली-सफेद रोशनी का उत्सर्जन करती है।[30] लिक्विड क्रिस्टल डिस्प्ले (एलसीडी) टेलीविजन में सफेद प्रकाश उत्सर्जक डायोड में उपयोग के लिए क्वांटम डॉट्स पर भी विचार किया जा रहा है।[31]
फरवरी 2011 में प्लाज़्माकेम जीएमबीएच के वैज्ञानिक एलईडी अनुप्रयोगों के लिए क्वांटम डॉट्स को संश्लेषित करने और उनके आधार पर प्रकाश कनवर्टर बनाने में सक्षम थे, जो कई सौ घंटों तक प्रकाश को नीले से किसी अन्य रंग में कुशलतापूर्वक परिवर्तित करने में सक्षम था।[32] इस तरह के क्यूडीएस का उपयोग किसी भी तरंग दैर्ध्य के दृश्य या निकट अवरक्त प्रकाश को कम तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश द्वारा उत्तेजित करने के लिए किया जा सकता है।
विद्युत-उत्तेजना योजना के लिए प्रयुक्त क्यूडी-एलईडीs की संरचना ओएलईडी के मूल डिज़ाइन के समान है। इलेक्ट्रॉन-परिवहन और छेद-परिवहन सामग्री की परतों के बीच क्वांटम डॉट्स की एक परत सैंडविच होती है। एक लागू विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों और छेदों को क्वांटम डॉट परत में स्थानांतरित करने का कारण बनता है और एक क्यूडी को उत्तेजित करने वाले एक्सिटॉन का निर्माण करता है। क्वांटम डॉट डिस्प्ले के लिए सामान्यतः इस योजना का अध्ययन किया जाता है। प्रतिदीप्ति इमेजिंग के लिए उत्तेजना स्रोतों के रूप में उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य और संकीर्ण बैंडविड्थ की ट्यूनेबिलिटी भी लाभप्रद है। प्रतिदीप्ति निकट-क्षेत्र स्कैनिंग ऑप्टिकल माइक्रोस्कोपी(एनएसओएम) एक एकीकृत क्यूडी-एलईडी का उपयोग करके प्रदर्शित किया गया है।[33]
फरवरी 2008 में, नैनोक्रिस्टल का उपयोग करके 300 लुमेन (यूनिट) दृश्य प्रकाश प्रति वाट दीप्तिमान प्रवाह (प्रति विद्युत वाट नहीं) और गर्म-प्रकाश उत्सर्जन की चमकदार प्रभावकारिता प्राप्त की गई थी।[34]
संदर्भ
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बाहरी संबंध
