লাইট-এমিটিং ডায়োডস: একটি প্রাইমার

আলো-নিঃসরণকারী ডায়োড (এলইডি) নামক অর্ধপরিবাহী বৈদ্যুতিক শক্তিকে আলোক শক্তিতে রূপান্তরিত করে। সেমিকন্ডাক্টর উপাদান এবং রচনা আউটপুট আলোর রঙ নির্ধারণ করে, LED গুলিকে প্রায়শই তিনটি তরঙ্গদৈর্ঘ্যে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়: অতিবেগুনী, দৃশ্যমান এবং ইনফ্রারেড।

কমপক্ষে 5 মেগাওয়াটের একক-উপাদানের আউটপুট শক্তি সহ বাণিজ্যিকভাবে উপলব্ধ এলইডিগুলির তরঙ্গদৈর্ঘ্য 275 থেকে 950 এনএম। নির্মাতা নির্বিশেষে, প্রতিটি তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিসীমার জন্য একটি নির্দিষ্ট অর্ধপরিবাহী উপাদান পরিবার ব্যবহার করা হয়। LED কার্যকারিতার একটি ওভারভিউ এবং সেক্টরে একটি দ্রুত নজর এই নিবন্ধে প্রদান করা হয়েছে। এছাড়াও বিভিন্ন ধরনের LED, উপযুক্ত তরঙ্গদৈর্ঘ্য, তাদের নির্মাণে ব্যবহৃত উপকরণ এবং নির্দিষ্ট আলোর জন্য কিছু ব্যবহার নিয়ে আলোচনা হবে।

UV LEDs (আল্ট্রাভায়োলেট LEDs): 240 থেকে 360 nm

বিশেষ করে জল জীবাণুমুক্তকরণ, চিকিৎসা/বায়োমেডিকাল অ্যাপ্লিকেশন এবং শিল্প নিরাময়ের জন্য, UV LEDs নিযুক্ত করা হয়। 280 এনএমের মতো ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্যে, 100 মেগাওয়াটের বেশি পাওয়ার আউটপুট মাত্রা সম্পন্ন করা হয়েছে। 360 এনএম বা তার বেশি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের গ্যালিয়াম নাইট্রাইড/অ্যালুমিনিয়াম গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (GaN/AlGaN) হল UV LED-এর জন্য সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত উপাদান। ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্য একচেটিয়া উপকরণ ব্যবহার করে। ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্য শুধুমাত্র কয়েকটি প্রদানকারী দ্বারা উত্পাদিত হয়, এবং LED পণ্যের বাকি অফারগুলির তুলনায় এই এলইডিগুলির জন্য খরচ এখনও অনেক বেশি, এমনকি যদি 360 এনএম এবং তার বেশি তরঙ্গদৈর্ঘ্যের বাজার মূল্য হ্রাসের কারণে স্থিতিশীল হয় এবং একটি বড় সরবরাহ

সবুজ LED-এর রেঞ্জ কাছাকাছি-UV থেকে 530 nm পর্যন্ত

ইন্ডিয়াম গ্যালিয়াম নাইট্রাইড (InGaN) হল এই তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিসরে পণ্যের জন্য ব্যবহৃত উপাদান। যদিও প্রযুক্তিগতভাবে 395 এবং 530 এনএম এর মধ্যে যেকোনো মানের তরঙ্গদৈর্ঘ্যের একটি এলইডি তৈরি করা সম্ভব, তবে বেশিরভাগ প্রধান সরবরাহকারীরা ফসফর-ভিত্তিক সাদা আলোকসজ্জার জন্য নীল এলইডি (450 থেকে 475 এনএম) তৈরি করার দিকে মনোনিবেশ করে এবং 520-তে সবুজ এলইডি তৈরি করে। ট্রাফিক সিগন্যাল সবুজ আলোর জন্য 530 এনএম পরিসর। অধিকাংশ মানুষ এই LEDs এর পিছনের প্রযুক্তিকে উন্নত বলে মনে করে। গত কয়েক বছরে, অপটিক্যাল দক্ষতার উন্নতি ধীর বা বন্ধ হয়ে গেছে।

হলুদ-সবুজ থেকে লাল পর্যন্ত এলইডি: 565 থেকে 645 এনএম

এই তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিসীমার জন্য ব্যবহৃত অর্ধপরিবাহী পদার্থ হল অ্যালুমিনিয়াম ইন্ডিয়াম গ্যালিয়াম ফসফাইড (AlInGaP)। এটি বেশিরভাগ ট্রাফিক সিগন্যাল হলুদ (590 এনএম) এবং লাল (625 এনএম) তরঙ্গদৈর্ঘ্যে উত্পাদিত হয়। যদিও তারা কম সাধারণ, চুন-সবুজ (বা হলুদ-সবুজ 565 nm) এবং কমলা (605 nm) এই প্রযুক্তিতেও দেওয়া হয়।

এটি লক্ষণীয় যে বিশুদ্ধ সবুজ (555 এনএম) বিকিরণকারী InGaN বা AlInGaP প্রযুক্তিগুলির একটি বৈশিষ্ট্য নয়। খাঁটি সবুজের এই অঞ্চলে পুরানো, কম কার্যকর প্রযুক্তি রয়েছে, তবে সেগুলিকে দক্ষ বা উজ্জ্বল বলে মনে করা হয় না। এটি বেশিরভাগই এই তরঙ্গদৈর্ঘ্য পরিসরের জন্য বিকল্প উপাদান প্রযুক্তির বিকাশের জন্য অর্থায়নের অভাবের পাশাপাশি বাণিজ্যিক আগ্রহ বা চাহিদার অভাবের কারণে ঘটে।

660 থেকে 900 এনএম: গভীর লাল থেকে কাছাকাছি-ইনফ্রারেড (IRLEDs)

এই এলাকায় ডিভাইসের নির্মাণ বিভিন্ন রূপ নিতে পারে, কিন্তু তারা সবসময় অ্যালুমিনিয়াম গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (AlGaAs) বা গ্যালিয়াম আর্সেনাইড (GaAs) উপাদান ব্যবহার করে। অসংখ্য চিকিৎসা ব্যবহার (660-680 এনএম এ) সেইসাথে ইনফ্রারেড রিমোট কন্ট্রোল এবং নাইট-ভিশন লাইট অ্যাপ্লিকেশনগুলির মধ্যে রয়েছে।

LED অপারেশন তত্ত্ব

একটি বৈদ্যুতিক ভোল্টেজ যা ইলেকট্রনগুলির হ্রাস অঞ্চল জুড়ে যাওয়ার জন্য এবং অন্য দিকের একটি ছিদ্রের সাথে একত্রিত হয়ে একটি ইলেকট্রন-হোল জোড়া তৈরি করার জন্য যথেষ্ট, তা অবশ্যই LED-এর জন্য প্রয়োগ করতে হবে, যা সেমিকন্ডাক্টর ডায়োড, আলো নির্গত করার জন্য যন্ত্রের সামনের দিকে কারেন্ট প্রয়োগ করা হয়। এটি আলোর আকারে তার শক্তি প্রকাশ করার সাথে সাথে ইলেকট্রন একটি ফোটন নির্গত করে।

নির্গত আলোর তরঙ্গদৈর্ঘ্য সেমিকন্ডাক্টরের ব্যান্ডগ্যাপের উপর নির্ভর করে। উচ্চ-ব্যান্ডগ্যাপ উপাদানগুলি ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্গত করে কারণ ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্যের শক্তি বেশি থাকে। বৃহত্তর ব্যান্ডগ্যাপ সহ পদার্থে পরিবাহিত হওয়ার জন্য বৃহত্তর ভোল্টেজগুলিও প্রয়োজনীয়। কাছাকাছি-আইআর এলইডিগুলির একটি ফরোয়ার্ড ভোল্টেজ 1.5 থেকে 2৷{5}} V, স্বল্প-তরঙ্গদৈর্ঘ্য UV-নীল এলইডিগুলির একটি ফরোয়ার্ড ভোল্টেজ 3.5 V থাকে৷

তরঙ্গদৈর্ঘ্যের জন্য প্রাপ্যতা এবং দক্ষতার কারণ

বাজারের সম্ভাবনা, ভোক্তা চাহিদা, এবং শিল্প-মান তরঙ্গদৈর্ঘ্য হল একটি নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্য বাণিজ্যিকভাবে কার্যকর কি না তার প্রধান নির্ধারক। এটি 420–460 এনএম, 480–520 এনএম এবং 680–800 এনএম তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ব্যাপ্তিতে সবচেয়ে বেশি লক্ষণীয়। এই তরঙ্গদৈর্ঘ্য রেঞ্জের জন্য কোন উচ্চ-ভলিউম নির্মাতারা LED ডিভাইস তৈরি করে না কারণ তাদের জন্য উচ্চ-ভলিউম ব্যবহার নেই। তবুও, ছোট- বা মাঝারি আকারের বিক্রেতাদের সনাক্ত করা সম্ভবপর যারা এই নির্দিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্যগুলিকে বেসপোক ভিত্তিতে পূরণ করার জন্য পণ্য সরবরাহ করে।

তরঙ্গদৈর্ঘ্যের অঞ্চল যেখানে প্রতিটি উপাদান প্রযুক্তি সবচেয়ে কার্যকর তা প্রায় প্রতিটি পরিসরের কেন্দ্রে পাওয়া যেতে পারে। সেমিকন্ডাক্টরের ডোপিং লেভেল আদর্শ মাত্রার চেয়ে বাড়লে বা নিচে নেমে যাওয়ার কারণে দক্ষতা কমে যায়। এই কারণে, একটি নীল LED একটি সবুজ বা কাছাকাছি-UV LED থেকে অনেক বেশি আলো উৎপন্ন করে, অ্যাম্বার একটি হলুদ-সবুজ LED থেকে বেশি আলো উৎপন্ন করে এবং কাছাকাছি-IR 660 এনএম-এর চেয়ে বেশি আলো তৈরি করে। প্রান্তের পরিবর্তে বর্ণালীর মাঝখানের জন্য ডিজাইন করা সর্বদা একটি ভাল বিকল্প। উপরন্তু, বস্তুগত প্রযুক্তির সীমারেখায় বিদ্ধ হয় না এমন পণ্য পাওয়া সহজ।

কারেন্ট এবং ভোল্টেজ সহ LED সরবরাহ করা

এলইডিগুলি ডায়োড এবং সেমিকন্ডাক্টর হওয়া সত্ত্বেও একটি বর্তমান মোডে পরিচালনা করা আবশ্যক এবং কাজ করার জন্য একটি ন্যূনতম ভোল্টেজ প্রয়োজন। ডিসি মোডে এলইডি ব্যবহার করার সময়, দুটি প্রাথমিক পদ্ধতি রয়েছে: একটি বর্তমান-সীমাবদ্ধ প্রতিরোধকের ব্যবহার সবচেয়ে সহজ এবং জনপ্রিয়। প্রতিরোধকের মধ্যে উল্লেখযোগ্য তাপ এবং শক্তি অপচয় এই প্রযুক্তির একটি ত্রুটি। তাপমাত্রা পরিবর্তন এবং এক ডিভাইস থেকে অন্য ডিভাইসে কারেন্ট স্থির থাকার জন্য সরবরাহের ভোল্টেজ LED এর ফরোয়ার্ড ভোল্টেজের তুলনায় যথেষ্ট বেশি হওয়া দরকার।

বাণিজ্যিক অফ-দ্য-শেল্ফ LED ড্রাইভারগুলি বিভিন্ন সরবরাহকারী দ্বারা অফার করা হয়। উজ্জ্বলতা নিয়ন্ত্রণের জন্য, তারা সাধারণত পালস প্রস্থ মড্যুলেশন নীতিগুলি ব্যবহার করে কাজ করে।

সিরিজ এবং সমান্তরালভাবে সংযুক্ত অ্যারেগুলির জন্য উচ্চ-কারেন্ট এবং/অথবা উচ্চ-ভোল্টেজ মোডে LED স্পন্দন করার সময় সমস্যাগুলির একটি স্বতন্ত্র সেট দেখা দেয়। 5 A এবং 20 V প্রদান করতে পারে এমন একটি বর্তমান-নিয়ন্ত্রিত পালস ড্রাইভ তৈরি করা একজন প্রারম্ভিক ডিজাইনারের পক্ষে বাস্তবসম্মত নয়। কয়েকটি কোম্পানি LED এর জন্য বিশেষ সরঞ্জাম তৈরি করে যা পালস করে।

অ্যাপ্লিকেশানগুলিতে এলইডি যা লোকেরা দেখতে পারে

সঠিক রঙ এমন পরিস্থিতিতে উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি গুরুত্বপূর্ণ যেখানে LED গুলিকে লুমেন বা ক্যান্ডেলায় সুনির্দিষ্ট আউটপুট থেকে সরাসরি দেখা বা ব্যবহার করা হয়। মস্তিষ্ক আলোর তীব্রতার যেকোনো পরিবর্তনের জন্য চমৎকার সমন্বয় করে যখন মানুষের চোখ তুলনামূলকভাবে উদাসীন থাকে। একটি বিল্ডিংয়ে একটি LED ভিডিও স্ক্রীন দেখার গড় ব্যক্তি, উদাহরণস্বরূপ, তীব্রতার 20 শতাংশ হ্রাস লক্ষ্য করবেন না কারণ স্ক্রিনের অংশগুলি সরাসরি অন-অক্ষের অংশের তুলনায় 10 ডিগ্রি থেকে 20 ডিগ্রি অফ-অক্ষে দেখা হয় কারণ এটি একটি ধীরে ধীরে পরিবর্তন যা দৃষ্টির প্রান্তের দিকে যাওয়ার সময় অনুভূত হয় না। বিপরীতে, মানুষের চোখ একটি রঙের বৈচিত্র লক্ষ্য করবে এবং এটি বিরক্তিকর বলে মনে করবে যদি কোনো এলাকার LED-এর তরঙ্গদৈর্ঘ্য অন্যান্য এলাকার থেকে 10 nm তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পার্থক্য থাকে।

বর্তমানে ব্যবহৃত বেশিরভাগ সাদা এলইডি একটি নীল এলইডি দিয়ে দীর্ঘতর তরঙ্গদৈর্ঘ্যের দৃশ্যমান ফসফর ঢেলে তৈরি করা হয়। রোদের সাথে বর্ণালী সাদৃশ্য কালার রেন্ডারিং ইনডেক্স (CRI) দ্বারা পরিমাপ করা হয়। আজকাল সাধারণ আলোতে ব্যবহৃত বেশিরভাগ এলইডির একটি সিআরআই 80-এর চেয়ে ভাল, 100টিকে সূর্যের আলোর সমতুল্য হিসাবে বিবেচনা করা হয়। সিআরআই অগ্রগতি এবং উন্নত অপটিক্যাল দক্ষতার কারণে বেশিরভাগ আলোক অ্যাপ্লিকেশনের জন্য সাদা LEDগুলি সবচেয়ে বেশি চাওয়া পণ্য হয়ে উঠছে।

LED এর সুবিধা এবং ব্যবহার

ফিল্টার করা আলোর তুলনায়, এলইডির একরঙা অ্যাপ্লিকেশনের জন্য বেশ কিছু সুবিধা রয়েছে কারণ তাদের তরঙ্গদৈর্ঘ্য বর্ণালী আরও সুনির্দিষ্টভাবে নির্দিষ্ট করা হয়েছে। সাধারণ আলোকসজ্জার অ্যাপ্লিকেশনের জন্য একটি ফিল্টার করা ভাস্বর বাল্ব ব্যবহার করে শক্তি সঞ্চয় সম্ভবত 100 গুণ বেশি হতে পারে। ট্রাফিক সিগন্যাল এবং আর্কিটেকচারাল লাইটের মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলি এটি থেকে ব্যাপকভাবে উপকৃত হয়। একটি ছোট সোলার প্যানেল একটি বড় জেনারেটরের জায়গায় স্বল্প-শক্তি বহনযোগ্য হাইওয়ে LED চিহ্নগুলিকে সহজেই শক্তি দিতে পারে, যা একটি সুস্পষ্ট সুবিধা।

সাধারণভাবে, এলইডি কম ব্যয়বহুল, বেশি নির্ভরযোগ্য এবং লেজারের তুলনায় সস্তা ইলেকট্রনিক্স দ্বারা চালিত হতে পারে। LEDs এখন মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র এবং ইউরোপীয় ইউনিয়ন উভয় দ্বারা পৃথকভাবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়. সৌভাগ্যবশত, লেজার এবং লেজার ডায়োডের বিপরীতে, এলইডি একই চোখের নিরাপত্তা সমস্যা বা সতর্কতা নিয়ে আসে না। অন্যদিকে, LED-এর সাহায্যে অপটিক্যালি ঘন, খুব ছোট এবং অত্যন্ত সংমিশ্রিত দাগ তৈরি করা অসম্ভব। একটি কমপ্যাক্ট অঞ্চলে ব্যতিক্রমী উচ্চ শক্তি ঘনত্বের জন্য আহ্বানকারী অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে একটি লেজার প্রায় সবসময় প্রয়োজন হয়।

আজ, এলইডিগুলি বিস্তৃত সেক্টর এবং অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ব্যবহার করা হয় (সারণী 1)। লেজার এবং ল্যাম্পের তুলনায় তাদের মহান নির্ভরযোগ্যতা, উচ্চ দক্ষতা এবং কম সিস্টেম খরচের জন্য এই ডিভাইসগুলি অত্যন্ত লাভজনক এবং ভোক্তা এবং শিল্প বাজার উভয়ের কাছেই আকর্ষণীয়। প্রতিটি অনন্য LED প্রযুক্তি এবং/অথবা রঙ একটি নির্দিষ্ট ব্যবহারের প্রয়োজন মেটাতে তৈরি করা হয়েছে।