एलईडी

लाल, हिरवा आणि निळ्या रंगाचे ५ मिमी मापाचे एलईडी

एलईडीचे शास्त्रीय चिन्ह

एलईडीचे विविध भाग

एलईडीच्या अंतर्भागातले कार्य

एल्‌ईडी (LED : Light Emitting Diode) अर्थात लाइट एमिटिंग डायोड हा एक सेमीकंडक्टर आहे. याची रचना पारंपरिक डायोडसारखी असली तरी, एल्‌ईडीमध्ये इलेक्ट्रॉनच्या विद्युत पातळीतला फरक वापरून जशी प्रकाशकिरणांची निर्मिती होते, तसे साध्या डायोडमध्ये होत नाही. हे प्रकाशकिरण आपल्याला विविध कारणांसाठी वापरता येतात. एल्‌ईडीचा वापर आता सर्वत्र झाला असून विविध उपकरणांत दिव्यांच्या साह्याने करून सूचना देण्यासाठी एल्‌ईडीचा वापर केला जातो. सध्या एल्‌ईडीचे प्रकाश देणारे विद्युत दिवे आणि दूरचित्रवाणीचे पडदे वापरात आले आहेत. लहान आकार व विजेचा कमी वापर ही एल्‌ईडीची जमेची बाजू आहे.

१९६० च्या दशकात सुरुवातीला केवळ लाल रंगाचे एल्‌ईडी मिळत. पण नंतर दृश्य प्रकाशासोबतच अतिनील किरणे (ultra voilet) आणि अतिरक्त ( infrared rays ) किरणे बाहेर टाकणारे एल्‌ईडीही वापरात आले. इन्फ्रारेड एल्‌ईडडींचा दूरदचित्रवाणी संचाच्या रिमोटमध्ये होणारा वापर सर्वांच्या ओळखीचा आहे.

डायोडची संकल्पना

क्वार्ट्झसारख्या अर्धवाहक ( सेमीकंडक्टर semi conductor) पदार्थांच्या गुणधर्मांचा वापर करुन डायोड(दोनटोकी झडप) हे सर्वात सोपे व पायाभूत असे उपकरण बनवण्यात आले. डायोडमधून वाहणारा विद्युतप्रवाह फक्त एकतर्फी असतो. सध्या वापरात असलेली सर्व इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, इंटिग्रेटेड सर्किटे(आय्‌सी) असलेल्या चिप्स, संगणकाचे प्रोसेसर हे सर्व डायोड-ट्रायोडांच्या विशिष्ट रचनांतून बनवले असतात. डायोड बनवण्यासाठी शुद्ध स्वरूपाचे अर्धवाहक पदार्थ चालत नाहीत. त्यांच्या गुणधर्मांचा योग्य तो उपयोग करुन घेण्याच्या दृष्टीने त्यांत जाणूनबुजून काही विशिष्ट प्रकारची अशुद्धता (impurity) मिसळावी लागते. याप्रक्रियेला डोपिंग (Doping)असे म्हणतात. डोपिंगच्या प्रकारानुसार २ प्रकारचे अशुद्ध अर्धवाहक पदार्थ निर्माण होतात १> धनप्रभार असणारे P-type २> ऋणप्रभार असणारे N-type.

P-type अर्धवाहक पदार्थात धनप्रभार असणारे होल (Hole)(होल्स म्हणजे शब्दश: इलेक्ट्रॉन च्या अनुपस्थितीने निर्माण झालेल्या रिकाम्या जागा) जास्त प्रमाणात असतात तर N-type अर्धवाहक पदार्थात ऋणप्रभार वाहून नेणारे इलेक्ट्रॉन (electron) जास्त प्रमाणात असतात. संक्षिप्त स्वरूपात त्यांचा उल्लेख अनुक्रमे P आणि N (पी म्हणजे पॉझिटिव्ह आणि एन् म्हणजे नेगेटिव्ह)असाच केला जातो. जेव्हा एक धनप्रभारित आणि एक ऋणप्रभारित अर्धवाहक पदार्थ एकमेकांस रासायनिक प्रक्रियेने चिटकवले जातात तेव्हा डायोड निर्माण होतो. विद्युत उपकरणांत वापरतांना P ला अ‍ॅनोड तर N ला कॅथोड म्हटले जाते. जेव्हा बॅटरीचे धन टोक अ‍ॅनोड व ऋण टोक कॅथोडला जोडले जाते, तेव्हाच डायोड मधून विद्युत प्रवाह जातो तर याउलट जोडणी केली तर मात्र डायोड विरोधकाचे (insulator) चे काम करतो. म्हणजे डायोड हा झडपेसारखे काम करतो. याच मूलभूत गुणाचा उपयोग इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये होतो.

एल्ईडी बनवतांना p type , n type अर्धवाहक असे निवडले जातात की त्यांच्या इलेक्ट्रॉनच्या विद्युतप्रभारांच्या पातळींत पुरेसा फरक आहे. एल्ईडी मध्ये जेव्हा बॅटरीचे धन टोक अ‍ॅनोड व ऋण टोक कॅथोडला जोडले जाते तेव्हा इलेक्ट्रॉन N भागातून P भागात जातात. P भागात इलेक्ट्रॉन येताच ते तेथील होल्स (Holes) मध्ये सामावले जातात. (होल्स हे इलेक्ट्रॉन च्या अनुपस्थितीने निर्माण झालेले असतात). येथे P भागातल्या इलेक्ट्रॉनची विद्दुतप्रभार पातळी N भागातल्या इलेक्ट्रॉन्सपेक्षा कमी असल्याने ते इलेक्ट्रॉन होल मध्य्रे सामावण्यापूर्वी आपली अतिरिक्त ठरलेली उर्जा फोटॉन्सच्या (photons) स्वरूपात बाहेर टाकतात. अशा प्रकारे एल्ईडीतून प्रकाशनिर्मिती होते.

३८ एल्ईडी एकत्र करुन बनवलेला दिवा हा सर्वसाधारण घरातल्या विद्युत प्रवाहावर चालतो.

तंत्रज्ञान

एल्ईडी बनवतांना निर्माण होणार्‍या प्रकाशाचे रंग हे त्याच्या तरंगलांबीवर अवलंबून असतात. तेव्हा अपेक्षित तरंगलांबीचे फोटोन्स मिळवण्यासाठी P आणि N भागातल्या अर्धवाहक पदार्थाच्या इलेक्ट्रॉन्सच्या पातळीत आवश्यक तो फरक असावा लागतो. त्यानुसार वेगवेगळे अर्धवाहक पदार्थ निवडावे लागतात. एल्ईडी हा जर हवेत मोकळा ठेवला व त्यास विद्युत पुरवठा केला तर आपणास प्रकाश मिळू शकणार नाही. याचे कारण म्हणजे प्रकाशाचा *रिफ्रॅक्टिव इंडेक्स (वक्रीभवनांक) (refractive index) हा गुणधर्म. जेव्हा प्रकाश एका माध्यमातून दुसर्‍या माध्यमात प्रवेश करतो तेव्हा तो काही कोनात आपला मार्ग बदलतो. दोन माध्यमांच्या प्रकाशवहनाच्या वेगांतील फरक जेवढा मोठा, तेवढा प्रकाशाचा मार्ग बदलण्याचा कोन मोठा. जेव्हा इलेक्ट्रॉन हे फोटॉन्स निर्माण करतात तेव्हा ते एल्ईडीच्या अंतर्भागात संचार करत असतात. म्हणजे त्यावेळी त्यांचे संचारमाध्यम असते अर्धवाहक पदार्थाचे. या पदार्थांमध्ये प्रकाशाचा वेग त्याच्या हवेतील वेगाच्या तुलनेने कमी म्हणजे सुमारे पावपट असतो. त्यामुळे प्रकाश अर्धवाहक पदार्थाच्या पृष्ठभागातून बाहेर हवेत न येता आतल्या आत परावर्तित होतो. हे टाळण्यासाठी अर्धवाहक पदार्थावर पुरेसा वक्रीभवनांक असणार्‍या प्लास्टिकचे आवरण करण्यात येते. "अर्धवाहक पदार्थ व प्लास्टिक" आणि "प्लास्टिक व हवा" यांच्या वक्रीभवनांकांमधील फरक हा "अर्धवाहक पदार्थ व हवा" यांच्या वक्रीभवनांकांच्या फरकाच्या तुलनेत कमी असल्याने प्रकाश प्रथम अर्धवाहक पदार्थातून प्लास्टिक व त्यातून हवेत मिसळतो.

• पारदर्शक पदार्थाचा वक्रीभवनांक=प्रकाशाचा निर्वात प्रदेशातील वेग भागिले प्रकाशाचा त्या पारदर्शक पदार्थामधून जाण्याचा वेग. हवेचा वक्रीभवनांक जवळजवळ १ आहे, म्हणजे प्रकाशाचा हवेतील वेग आणि निर्वातातील वेग जवळजवळ सारखा आहे. क्वार्ट्झसारख्या सेमीकंडक्टरांमधून प्रकाश हळू जात असल्याने त्याचा वक्रीभवनांक सुमारे ४ आहे.

बाह्य दुवे

विकिमीडिया कॉमन्सवर खालील विषयाशी संबंधित संचिका आहेत: एलईडी

• सामान्य माहिती