एलईडी
लाइट एमिटिंग डायोड (इंग्लिश: light-emitting diode), लघुनाम एल्ईडी (रोमन लिपीतील लघुलेखन: LED ;) हा एक अर्धवाहक आहे. याची रचना पारंपरिक डायोडप्रमाणे 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.
इ.स. १९६० च्या दशकात सुरुवातीला केवळ लाल रंगाचे एल्ईडी मिळत. पण नंतर दृश्य प्रकाशासोबतच अतिनील किरण आणि अवरक्त किरण बाहेर टाकणारे एल्‌ईडीही वापरात आले. अवरक्त एल्‌ईडींचा दूरदचित्रवाणी संचाच्या रिमोट कंट्रोलरमध्ये होणारा वापर सुपरिचित आहे.
इतिहास
डायोडची संकल्पना
क्वार्ट्‌झसारख्या अर्धवाहक पदार्थांच्या गुणधर्मांचा वापर करून डायोड (दोनटोकी झडप) हे सर्वांत सोपे व पायाभूत असे उपकरण बनवण्यात आले. डायोडमधून वाहणारा विद्युतप्रवाह फक्त एकतर्फी असतो. सध्या वापरात असलेली सर्व इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, इंटिग्रेटेड सर्किटे असलेल्या चिप, संगणकांचे प्रोसेसर हे सर्व डायोड-ट्रायोडांच्या विशिष्ट रचनांतून बनवले असतात. डायोड बनवण्यासाठी शुद्ध स्वरूपाचे अर्धवाहक पदार्थ चालत नाहीत. त्यांच्या गुणधर्मांचा इप्सित उपयोग करून घेण्याच्या दृष्टीने त्यांत मुद्दामहून काही विशिष्ट प्रकारची अशुद्धता मिसळावी लागते. या प्रक्रियेला डोपिंग असे म्हणतात. डोपिंग प्रक्रियेच्या प्रकारानुसार २ प्रकारचे अशुद्ध अर्धवाहक पदार्थ निर्माण होतात:
- धनप्रभार असणारे अर्धवाहक (पी-टाइप)
- ऋणप्रभार असणारे अर्धवाहक (एन-टाइप).
पी-टाइप अर्धवाहक पदार्थात धनप्रभार असणारी छिद्रे (इंग्लिश: Hole, होल ; अर्थ: इलेक्ट्रॉनांच्या अनुपस्थितीने निर्माण झालेल्या रिकाम्या जागा) जास्त प्रमाणात असतात तर एन-टाइप अर्धवाहक पदार्थात ऋणप्रभार वाहून नेणारे इलेक्ट्रॉन जास्त प्रमाणात असतात. संक्षिप्त स्वरूपात त्यांचा उल्लेख अनुक्रमे पी आणि एन (पी म्हणजे पॉझिटिव्ह आणि एन 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 'पी'ला धनाग्र अर्थात अ‍ॅनोड तर 'एन'ला ऋणाग्र अर्थात कॅथोड, असे म्हणले जाते. जेव्हा बॅटरीचे धन टोक धनाग्राला व ऋण टोक ऋणाग्राला जोडले जाते, तेव्हाच डायोडमधून विद्युत प्रवाह जातो. याउलट जोडणी केली, तर मात्र डायोड विद्युतरोधकाप्रमाणे काम करतो. म्हणजे डायोड हा झडपेप्रमाणे काम करतो. त्याच्या याच मूलभूत गुणाचा उपयोग इलेक्ट्रॉनिकीमध्ये मोठ्या प्रमाणात केला जातो.
एल्ईडी बनवतांना पी-टाइप व एन-टाइप अर्धवाहक असे निवडले जातात, जेणेकरून त्यांच्या इलेक्ट्रॉनच्या विद्युतप्रभारांच्या पातळ्यांत पुरेसा फरक आहे. एल्ईडीमध्ये जेव्हा बॅटरीचे धन टोक धनाग्राला व ऋण टोक ऋणाग्राला जोडले जाते, तेव्हा इलेक्ट्रॉन 'एन' भागातून 'पी' भागात जातात. 'पी' भागात इलेक्ट्रॉन येताच ते तेथील छिद्रांमध्ये सामावले जातात. ही छिद्रे इलेक्ट्रॉनांच्या अनुपस्थितीने निर्माण झालेली असतात. येथे 'पी' भागातल्या इलेक्ट्रॉनची विद्दुतप्रभार पातळी 'एन' भागातल्या इलेक्ट्रॉनांपेक्षा कमी असल्याने ते इलेक्ट्रॉन छिद्रामध्य्रे सामावण्यापूर्वी आपली अतिरिक्त ठरलेली ऊर्जा फोटॉनांच्या स्वरूपात बाहेर टाकतात. अशा प्रकारे एल्ईडीतून प्रकाशनिर्मिती होते.
तंत्रज्ञान
एल्ईडी बनवतांना निर्माण होणाऱ्या प्रकाशाचे रंग हे त्याच्या तरंगलांबीवर अवलंबून असतात. तेव्हा अपेक्षित तरंगलांबीचे फोटॉन मिळवण्यासाठी 'पी' आणि 'एन' भागातल्या अर्धवाहक पदार्थाच्या इलेक्ट्रॉनांच्या पातळ्यांत आवश्यक तो फरक असावा लागतो. त्यानुसार वेगवेगळे अर्धवाहक पदार्थ निवडावे लागतात. जर एल्ईडी हवेत मोकळा ठेवला व त्यास विद्युत पुरवठा केला, तर त्यातून प्रकाश मिळू शकणार नाही. प्रकाशाचा वक्रीभवनांक[१], अर्थात रिफ्रॅक्टिव इंडेक्स हा गुणधर्म यास कारणीभूत ठरतो. जेव्हा प्रकाश एका माध्यमातून दुसऱ्या माध्यमात प्रवेश करतो, तेव्हा तो काही कोनात आपला मार्ग बदलतो. दोन माध्यमांतील प्रकाशवहनाच्या वेगांतील फरक जेवढा मोठा, तेवढा प्रकाशाचा मार्ग बदलण्याचा कोन मोठा. इलेक्ट्रॉन जेव्हा फोटॉन निर्माण करतात, तेव्हा ते एल्ईडीच्या अंतर्भागात संचार करत असतात. म्हणजेच त्यावेळी एलईडीमधील अर्धवाहक पदार्थ हे त्यांचे संचारमाध्यम असते. 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 असणाऱ्या 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.
संदर्भ व नोंदी
- ^ 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
- "एलईडीविषयक सामान्य माहिती" (इंग्लिश भाषेत).CS1 maint: unrecognized language (link)