प्रकाश उतसर्जक डायोड

Light Emitting Diode

प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) एक अर्धचालक उपकरण है जो विद्युत प्रवाह प्रवाहित होने पर प्रकाश उत्सर्जित करता है। एलईडी का व्यापक रूप से प्रकाश व्यवस्था, डिस्प्ले और दूरसंचार सहित विभिन्न अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।

कार्य सिद्धांत

जब एक एलईडी के माध्यम से विद्युत धारा प्रवाहित होती है, तो इलेक्ट्रॉन और छिद्र पी-एन जंक्शन पर पुनः संयोजित हो जाते हैं। यह पुनर्संयोजन फोटॉन के रूप में ऊर्जा जारी करता है, जो प्रकाश के रूप में उत्सर्जित होता है।

उत्सर्जित प्रकाश का रंग अर्धचालक पदार्थ के निषिद्ध ऊर्जा अंतराल पर निर्भर करता है। छोटे निषिद्ध ऊर्जा अंतराल वाली सामग्री लंबी तरंग दैर्ध्य प्रकाश (लाल, नारंगी और पीला) उत्सर्जित करती है। बड़े निषिद्ध ऊर्जा अंतराल वाली सामग्री कम तरंग दैर्ध्य प्रकाश (हरा, नीला और बैंगनी) उत्सर्जित करती है।

गणितीय समीकरण

उत्सर्जित प्रकाश का तरंग दैर्ध्य

निम्नलिखित गणितीय समीकरण उत्सर्जित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य और निषिद्ध ऊर्जा अंतराल के बीच संबंध का वर्णन करता है:

$\lambda ={\frac {h\cdot c}{E_{g}}},$

जहाँ:

   $\lambda$ मीटर में उत्सर्जित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य है,

   $h$ प्लैंक स्थिरांक है,

   $c$ निर्वात में प्रकाश की गति है,

$E_{g},eV$ में निषिद्ध ऊर्जा अंतर है

समीकरण रूप में उत्सर्जित प्रकाश

निम्नलिखित समीकरण उत्सर्जित प्रकाश की तीव्रता का वर्णन करता है:

$I=I_{0}*(1-exp(-\alpha L)),$

जहाँ:

$I$ उत्सर्जित प्रकाश की तीव्रता है

$I_{0}$उत्सर्जित प्रकाश की आंतरिक तीव्रता है

 $\alpha$ अर्धचालक पदार्थ का अवशोषण गुणांक है

 $L$ अर्धचालक सामग्री की मोटाई है

रेखांकन

निम्नलिखित ग्राफ़ उत्सर्जित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य और सामान्य अर्धचालक सामग्रियों के लिए निषिद्ध ऊर्जा अंतर के बीच संबंध दिखाता है:

बड़ी संख्या में कार्बन परमाणुओं के एक साथ आकर हीरे की क्रिस्टल जाली बनाने के काल्पनिक उदाहरण से यह दर्शाने वाला आरेख कि किसी ठोस की इलेक्ट्रॉनिक बैंड संरचना कैसे बनती है। ग्राफ़ (दाएं) परमाणुओं के बीच की दूरी के आधार पर परमाणुओं के ऊर्जा स्तर को दर्शाता है। जब परमाणु एक-दूसरे से बहुत दूर होते हैं (ग्राफ़ के दाईं ओर) तो प्रत्येक परमाणु में संयोजकता परमाणु कक्षक p और s होते हैं जिनकी ऊर्जा समान होती है। हालाँकि जब परमाणु एक-दूसरे के करीब आते हैं तो उनकी कक्षाएँ ओवरलैप होने लगती हैं। पाउली बहिष्करण सिद्धांत यह निर्देश देता है कि एक अणु में किसी भी दो परमाणुओं में समान क्वांटम संख्या वाले इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते हैं, इसलिए प्रत्येक परमाणु कक्षक एक अलग ऊर्जा के साथ एन आणविक कक्षकों में विभाजित हो जाता है, जहां एन क्रिस्टल में परमाणुओं की संख्या है। चूँकि N इतनी बड़ी संख्या (~1022) है, निकटवर्ती कक्षाएँ ऊर्जा (~10-22 eV) में एक साथ बेहद करीब हैं, इसलिए कक्षाओं को एक सतत ऊर्जा बैंड माना जा सकता है।