एलईडी

लाल, हिरवा आणि निळ्या रंगाचे ५ मिमी मापाचे एलईडी

एलईडीचे शास्त्रीय चिन्ह

एलईडीचे विविध भाग

एलईडीच्या अंतर्भागातले कार्य

एलईडी (LED : Light Emitting Diode) अर्थात लाईट एमिटिंग डायोड हे सेमिकंडक्टर उपकरण आहे. याची रचना पारंपारिक डायोड प्रमाणे असली तरी यातला मुलभुत फरक म्हणजे एलईडी मध्ये इलेक्ट्रॉनच्या विद्युत पातळीतला फरक वापरुन प्रकाशकिरणांची निर्मिती होते. हे प्रकाशकिरण आपल्याला विविध कारणांसाठी वापरता येतात. एलईडीचा वापर आता सर्वव्यापी झाला असुन विविध उपकरणांत प्रकाशाने संदेश देण्यासाठी अथवा काही दर्शविण्यासाठी यांचा वापर केला जातो. सध्या एलईडी चा वापर करुन विद्युत दिवे तसेच दुरचित्रवाणी संच ही निर्माण होत आहेत. लहान आकार व विजेचा कमी वापर ही एलईडी ची जमेची बाजु आहे.

६० च्या दशकात सुरवातीला केवळ हलक्या लाल रंगाचे एलईडी उपलब्ध होते, पण नंतर दृश्य प्रकाशासोबतच अतिनील किरणे (ultra voilet) आणि अतिरक्त ( infrared rays ) किरणे बाहेर टाकणारे एलईडीही वापरात आले. इन्फ्रारेड एलईडींचा रिमोट मध्ये होणारा वापर सर्वांच्या ओळखीचा आहे.

डायोडची संकल्पना

अर्धवाहक ( सेमीकंडक्टर semi conductor) पदार्थाच्या गुणधर्मांचा वापर करुन डायोड हे सर्वात सोपे व पायाभुत असे उपकरण बनवण्यात आले. सध्या वापरात असलेले सर्व इलेक्ट्रॉनिक उपकरण , चिप्स ( IC ), संगणकाचे प्रोसेसर हे सर्व मुलतः विविध डायोडच्या विशिष्ट रचनांतुनच बनवले असतात. डायोड बनवण्यासाठी शुध्द स्वरुपाचे अर्धवाहक पदार्थ उपयोगाचे नसतात. त्यामुळे त्यांचे गुणधर्मांचा योग्य तो उपयोग करुन घेण्याच्या दृष्टीने त्यात जाणुन बुजुन काही विशिष्ट घटक अशुद्धता (impurity) म्हणुन मिसळावे लागतात. याप्रक्रियेला डोपिंग (Doping)असे म्हणतात. डोपिंगच्या प्रकारानुसार २ प्रकारचे अशुध्द अर्धवाहक पदार्थ निर्माण होतात १> धनप्रभार असणारे P-type २> ऋणप्रभार असणारे N-type.

P-type अर्धवाहक पदार्थात धनप्रभार असणारे होल (Hole)(होल म्हण्जे शब्दश: इलेक्ट्रॉन च्या अनुपस्थितीने निर्माण झालेली रिकामी जागा) जास्त प्रमाणात असतात तर N-type अर्धवाहक पदार्थात ऋणप्रभार वाहुन नेणारे इलेक्ट्रॉन (electron) जास्त प्रमाणात असतात. संक्षिप्त स्वरुपात त्यांचा उल्लेख केवळ P आणि N असाच अनुक्रमे केला जातो. जेव्हा एक धनप्रभारित आणि एक ऋणप्रभारित अर्धवाहक पदार्थ एकमेकांस चिटकवले जातात ( रासायनिक प्रक्रियेने ) त्यातुन डायोड निर्माण होतो. विद्दुत उपकरणांत वापरतांना P ला अ‍ॅनोड तर N ला कॅथोड म्हटले जाते. जेव्हा बॅटरीचे धन टोक अ‍ॅनोड व ऋण टोक कॅथोडला जोडले जाते तेव्हाच डायोड मधुन विद्युत प्रवाह जातो तर याउलट जोडणी केली तर मात्र डायोड विरोधकाचे (insulator) चे काम करतो. हाच याचा सर्वात मुलभुत उपयोग आहे.

एलईडी बनवतांना p type , n type अर्धवाहक असे निवडले जातात की त्यांच्या इलेक्ट्रॉनच्या विद्दुतप्रभारच्या पातळींत पुरेसा फरक असतो. एलईडी मध्ये जेव्हा बॅटरीचे धन टोक अ‍ॅनोड व ऋण टोक कॅथोडला जोडले जाते तेव्हा विद्युत प्रवाह वहनासाठी इलेक्ट्रॉन N भागातुन 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 इलेक्ट्रॉन पेक्षा कमी असल्याने इलेक्ट्रॉन होल मध्य्रे सामावण्यापूर्वी आपली अतिरिक्त ठरलेली उर्जा फोटॉन्सच्या (photons) स्वरुपात बाहेर टाकतात. याच प्रकारे एलईडी तुन प्रकाशनिर्मिती होते.

३८ एलईडी एकत्र करुन बनवलेला दिवा हा सर्वसाधारण घरातल्या विद्दुत प्रवाहावर चालतो.

तंत्रज्ञान

एलईडी बनवतांना निर्माण होणारा प्रकाशाचे रंग हे त्याच्या तरंगलांबी वर अवलंबुन असतात. तेव्हा अपेक्षित तरंगलांबी चे फोटोन्स मिळवण्यासाठी P आणि N भागातल्या अर्धवाहक पदार्थाच्या इलेक्ट्रॉन्स च्या पातळीत पुरेसा फरक असावा लागतो. त्यानुसार वेगवेगळे अर्धवाहक पदार्थ निवडावे लागतात. एलईडी हा जर मुक्त पणे हवेत ठेवला व त्यास विद्दुत पुरवठा केला तर आपणास प्रकाश मिळु शकणार नाही. याचे कारण म्हणजे प्रकाशाचा रिफ्रेक्टिव इंडेक्स ( निर्देशांक) (refractive index) हा गुणधर्म. जेव्हा प्रकाश एका माध्यमातुन दुसर्‍या माध्यमात प्रवेश करतो तेव्हा तो काही अंशानी आपला मार्ग बदलतो. दोन माध्यमांच्या रिफ्रेक्टिव इंडेक्स मधील फरक जेवढा मोठा तेवढा प्रकाशाचा मार्ग बदल्याण्याचा कोन मोठा. जेव्हा इलेक्ट्रॉन फोटॉन्स निर्माण करतात तेव्हा ते एलईडी च्या अंतर्भागात संचार करत असतात. म्हणजे त्यावेळी त्यांचे संचारमाध्यम असते अर्धवाहक पदार्थचे. यांचा रिफ्रेक्टिव इंडेक्स हवेच्या तुलनेत फार मोठा असतो. हवेचा रिफ्रेक्टिव इंडेक्स साधारण १ आहे. त्यामुळे प्रकाश अर्धवाहक पदार्थातुन म्हणजे त्याच्या पृष्ठभागातुन बाहेर हवेत न येता आतल्या आत परावर्तित होतो. हे टाळण्यासाठी अर्धवाहक पदार्थावर पुरेसा रिफ्रेक्टिव इंडेक्स असणार्‍या प्लास्टिकचे आवरण करण्यात येते. "अर्धवाहक पदार्थ व प्लास्टिक" आणि "प्लास्टिक व हवा" यांच्या रिफ्रेक्टिव इंडेक्स मधील फरक हा "अर्धवाहक पदार्थ व हवा" यांच्या रिफ्रेक्टिव इंडेक्सच्या फरकाच्या तुलनेत कमी असल्याने प्रकाश प्रथम अर्धवाहक पदार्थातुन प्लास्टिक व त्यातुन हवेत मिसळतो.

बाह्य दुवे

विकिमीडिया कॉमन्सवर खालील विषयाशी संबंधित संचिका आहेत: एलईडी

• सामान्य माहिती