روشنی خارج کرنے والے ڈائیوڈس: ایک پرائمر

سیمی کنڈکٹرز جنہیں روشنی سے خارج کرنے والے ڈائیوڈز (ایل ای ڈی) کہتے ہیں برقی توانائی کو ہلکی توانائی میں تبدیل کرتے ہیں۔ سیمی کنڈکٹر مواد اور ساخت آؤٹ پٹ لائٹ کے رنگ کا تعین کرتی ہے، جس میں ایل ای ڈی کو اکثر تین طول موجوں میں درجہ بندی کیا جاتا ہے: الٹرا وایلیٹ، مرئی اور اورکت۔

کم از کم 5 میگاواٹ کی واحد عنصر کی پیداواری طاقت کے ساتھ تجارتی طور پر دستیاب ایل ای ڈیز کی طول موج کی حد 275 سے 950 این ایم ہے۔ مینوفیکچرر سے قطع نظر، ہر طول موج کی حد کے لیے ایک خاص سیمی کنڈکٹر میٹریل فیملی کا استعمال کیا جاتا ہے۔ ایل ای ڈی کے کام کاج کا ایک جائزہ اور اس شعبے پر ایک سرسری نظر اس مضمون میں فراہم کی گئی ہے۔ ایل ای ڈی کی مختلف اقسام، مناسب طول موج، ان کی تعمیر میں استعمال ہونے والے مواد، اور مخصوص لائٹس کے کچھ استعمالات پر بھی بحث ہوگی۔

UV LEDs (الٹرا وایلیٹ LEDs): 240 سے 360 nm

خاص طور پر پانی کی جراثیم کشی، طبی/بائیو میڈیکل ایپلی کیشنز، اور صنعتی علاج کے لیے، UV LEDs کا استعمال کیا جاتا ہے۔ طول موج 280 nm سے کم پر، 100 میگاواٹ سے زیادہ پاور آؤٹ پٹ لیولز کو پورا کیا گیا ہے۔ Gallium nitride/aluminium gallium nitride (GaN/AlGaN) 360 nm یا اس سے زیادہ طول موج کے ساتھ UV LEDs کے لیے اکثر استعمال ہونے والا مواد ہے۔ چھوٹی طول موج خصوصی مواد کا استعمال کرتی ہے۔ چھوٹی طول موج صرف چند فراہم کنندگان کے ذریعہ تیار کی جاتی ہے، اور باقی ایل ای ڈی مصنوعات کی پیشکشوں کے مقابلے میں ان ایل ای ڈیز کی قیمتیں اب بھی کافی زیادہ ہیں، یہاں تک کہ اگر 360 این ایم اور اس سے زیادہ طول موج کی مارکیٹ قیمتوں میں کمی کی وجہ سے مستحکم ہو رہی ہے۔ فراہمی

سبز LEDs کی حد قریب UV سے 530 nm تک ہوتی ہے۔

انڈیم گیلیم نائٹرائڈ (InGaN) وہ مواد ہے جو اس طول موج کی حد میں سامان کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ اگرچہ 395 اور 530 nm کے درمیان کسی بھی قدر کی طول موج کے ساتھ LED تیار کرنا تکنیکی طور پر ممکن ہے، لیکن بڑے سپلائرز کی اکثریت فاسفر پر مبنی سفید روشنی اور سبز LEDs کے لیے نیلی ایل ای ڈی (450 سے 475 nm) پیدا کرنے پر توجہ مرکوز کرتی ہے۔ ٹریفک سگنل گرین لائٹنگ کے لیے 530 nm رینج۔ زیادہ تر لوگ ان ایل ای ڈی کے پیچھے موجود ٹیکنالوجی کو جدید سمجھتے ہیں۔ پچھلے کچھ سالوں میں، آپٹیکل کارکردگی میں بہتری سست یا بند ہو گئی ہے۔

ایل ای ڈی پیلے سبز سے سرخ تک: 565 سے 645 این ایم

اس طول موج کی حد کے لیے استعمال ہونے والا سیمی کنڈکٹر مادہ ایلومینیم انڈیم گیلیم فاسفائیڈ (AlInGaP) ہے۔ یہ زیادہ تر ٹریفک سگنل پیلے (590 nm) اور سرخ (625 nm) طول موج میں پیدا ہوتا ہے۔ اگرچہ یہ کم عام ہیں، اس ٹیکنالوجی میں لائم گرین (یا زرد سبز 565 nm) اور نارنجی (605 nm) بھی پیش کیے جاتے ہیں۔

یہ نوٹ کرنا قابل ذکر ہے کہ خالص سبز (555 nm) ایمیٹر InGaN یا AlInGaP ٹیکنالوجیز میں سے کسی ایک کی خصوصیت نہیں ہے۔ خالص سبز رنگ کے اس علاقے میں پرانی، کم موثر ٹیکنالوجیز موجود ہیں، لیکن انہیں موثر یا شاندار نہیں سمجھا جاتا ہے۔ یہ زیادہ تر اس طول موج کی حد کے لیے متبادل مادی ٹیکنالوجیز کی ترقی کے لیے فنانسنگ کی کمی کے ساتھ ساتھ تجارتی دلچسپی یا مانگ کی کمی کی وجہ سے ہوتا ہے۔

660 سے 900 nm: گہرا سرخ سے قریب اورکت (IRLEDs)

اس علاقے میں آلات کی تعمیر بہت سے مختلف شکلیں لے سکتی ہے، لیکن وہ ہمیشہ ایلومینیم گیلیم آرسنائیڈ (AlGaAs) یا گیلیم آرسنائیڈ (GaAs) عناصر استعمال کرتے ہیں۔ متعدد طبی استعمالات (660–680 nm پر) نیز انفراریڈ ریموٹ کنٹرول اور نائٹ ویژن لائٹس ایپلی کیشنز میں شامل ہیں۔

ایل ای ڈی آپریشن تھیوری

ایک برقی وولٹیج جو الیکٹرانوں کے لیے کافی ہے کہ وہ کمی کے علاقے میں منتقل ہو جائے اور دوسری طرف ایک سوراخ کے ساتھ مل کر ایک الیکٹران ہول جوڑا بنائے، ایل ای ڈی کے لیے، جو کہ سیمی کنڈکٹر ڈائیوڈ ہیں، روشنی خارج کرنے کے لیے لاگو کیا جانا چاہیے۔ کرنٹ ڈیوائس کی اگلی سمت میں لگایا جاتا ہے۔ اس کی وجہ سے الیکٹران ایک فوٹوون کا اخراج کرتا ہے کیونکہ یہ روشنی کی شکل میں اپنی توانائی جاری کرتا ہے۔

خارج ہونے والی روشنی کی طول موج سیمی کنڈکٹر کے بینڈ گیپ پر منحصر ہے۔ اعلی بینڈ گیپ مواد کم طول موج خارج کرتے ہیں کیونکہ چھوٹی طول موج میں زیادہ توانائی ہوتی ہے۔ زیادہ وولٹیج زیادہ بینڈ گیپ والے مواد میں ترسیل کے لیے بھی ضروری ہیں۔ جب کہ قریب IR LEDs کا فارورڈ وولٹیج 1.5 سے 2 ہوتا ہے۔

طول موج کے لیے دستیابی اور کارکردگی کے عوامل

مارکیٹ کی صلاحیت، صارفین کی طلب، اور صنعت کی معیاری طول موج اس بات کا بنیادی تعین کرنے والے ہیں کہ آیا کوئی مخصوص طول موج تجارتی طور پر قابل عمل ہے یا نہیں۔ یہ 420–460 nm، 480–520 nm، اور 680–800 nm طول موج کی حدود میں سب سے زیادہ نمایاں ہے۔ ان طول موج کی حدود کے لیے کوئی ہائی والیوم مینوفیکچررز نہیں ہیں جو ایل ای ڈی ڈیوائسز تیار کر رہے ہیں کیونکہ ان کے لیے کوئی ہائی والیوم استعمال نہیں ہے۔ اس کے باوجود، چھوٹے یا درمیانے درجے کے دکانداروں کو تلاش کرنا ممکن ہے جو ان مخصوص طول موجوں کو ایک مخصوص بنیاد پر بھرنے کے لیے سامان فراہم کرتے ہیں۔

طول موج کا خطہ جہاں ہر مادی ٹیکنالوجی سب سے زیادہ مؤثر ہے ہر رینج کے مرکز میں تقریباً پایا جا سکتا ہے۔ سیمی کنڈکٹر کی ڈوپنگ کی سطح بڑھنے یا مثالی سطح سے نیچے گرنے سے کارکردگی کم ہوتی جاتی ہے۔ اس وجہ سے، نیلی ایل ای ڈی سبز یا قریب الٹرا ایل ای ڈی سے کہیں زیادہ روشنی پیدا کرتی ہے، امبر پیلے سبز ایل ای ڈی سے زیادہ روشنی پیدا کرتا ہے، اور قریب IR 660 nm سے زیادہ روشنی پیدا کرتا ہے۔ کناروں کے بجائے سپیکٹرم کے وسط کے لیے ڈیزائن کرنا ہمیشہ ایک بہتر آپشن ہوتا ہے۔ مزید برآں، ایسی اشیاء کو حاصل کرنا آسان ہے جو مادی ٹیکنالوجی کی سرحدوں کو نہیں پھیلاتے۔

کرنٹ اور وولٹیج کے ساتھ ایل ای ڈی کی فراہمی

ایل ای ڈی ڈائیوڈز ہیں اور انہیں موجودہ موڈ میں چلایا جانا چاہیے حالانکہ وہ سیمی کنڈکٹر ہیں اور کام کرنے کے لیے کم از کم وولٹیج کی ضرورت ہوتی ہے۔ ڈی سی موڈ میں ایل ای ڈی استعمال کرتے وقت، دو بنیادی طریقے ہیں: کرنٹ کو محدود کرنے والے ریزسٹر کا استعمال سب سے آسان اور مقبول ہے۔ ریزسٹر میں کافی گرمی اور بجلی کی کھپت اس ٹیکنالوجی کی خرابی ہے۔ سپلائی وولٹیج ایل ای ڈی کے فارورڈ وولٹیج سے کافی زیادہ ہونے کی ضرورت ہے تاکہ کرنٹ درجہ حرارت کی تبدیلیوں اور ایک ڈیوائس سے دوسرے ڈیوائس تک مستحکم رہے۔

کمرشل آف دی شیلف ایل ای ڈی ڈرائیور مختلف سپلائرز کے ذریعہ پیش کیے جاتے ہیں۔ چمک کو کنٹرول کرنے کے لیے، وہ عام طور پر نبض کی چوڑائی کے ماڈیولیشن اصولوں کو استعمال کرتے ہوئے کام کرتے ہیں۔

سیریز اور متوازی طور پر منسلک صفوں کے لیے ہائی کرنٹ اور/یا ہائی وولٹیج موڈ میں ایل ای ڈی پلس کرتے وقت مسائل کا ایک الگ سیٹ پیدا ہوتا ہے۔ ایک ابتدائی ڈیزائنر کے لیے کرنٹ کنٹرول والی پلس ڈرائیو بنانا قابل عمل نہیں ہے جو 5 A اور 20 V فراہم کر سکے۔

ایپلی کیشنز میں ایل ای ڈی جو لوگ دیکھ سکتے ہیں۔

عین مطابق رنگ ان حالات میں نمایاں طور پر زیادہ اہمیت رکھتا ہے جہاں LEDs کو براہ راست دیکھا جاتا ہے یا lumens یا candela میں عین مطابق آؤٹ پٹ کے مقابلے luminators کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ دماغ روشنی کی شدت میں کسی بھی تغیر کے لیے بہترین ایڈجسٹمنٹ کرتا ہے جبکہ انسانی آنکھ ان سے نسبتاً لاتعلق ہے۔ مثال کے طور پر عمارت پر ایل ای ڈی ویڈیو اسکرین دیکھنے والا اوسطاً فرد اس کی شدت میں 20 فیصد کمی محسوس نہیں کرے گا کیونکہ اسکرین کے حصوں کو براہ راست آن ایکسس والے حصے کے مقابلے میں 10 ڈگری سے 20 ڈگری آف ایکسس پر دیکھا جاتا ہے کیونکہ یہ ایک بتدریج تبدیلی ہے جو بصارت کے کنارے کی طرف بڑھتے ہوئے محسوس نہیں ہوتی۔ اس کے برعکس، انسانی آنکھ رنگ کی تبدیلی کو محسوس کرے گی اور اسے پریشان کن محسوس کرے گی اگر کسی علاقے کے ایل ای ڈی میں دوسرے علاقوں کی طول موج سے 10 این ایم طول موج کا فرق ہو۔

آج کل استعمال ہونے والی زیادہ تر سفید ایل ای ڈی نیلی ایل ای ڈی کے ساتھ لمبی طول موج کے نظر آنے والے فاسفر کو ملا کر بنائی گئی ہیں۔ سورج کی روشنی سے سپیکٹرل مشابہت کو کلر رینڈرنگ انڈیکس (CRI) سے ماپا جاتا ہے۔ آج کل عام روشنی میں استعمال ہونے والی زیادہ تر LEDs کا CRI 80 سے بہتر ہے، 100 کو سورج کی روشنی کے برابر سمجھا جاتا ہے۔ سی آر آئی کی ترقی اور بہتر آپٹیکل کارکردگی کی وجہ سے وائٹ ایل ای ڈی زیادہ تر لائٹنگ ایپلی کیشنز کے لیے سب سے زیادہ مطلوب پروڈکٹ بن رہے ہیں۔

ایل ای ڈی کے فوائد اور استعمال

فلٹرڈ لائٹس کے مقابلے میں، ایل ای ڈی ایک رنگی ایپلی کیشنز کے لیے بہت سے فوائد رکھتے ہیں کیونکہ ان کی طول موج کا سپیکٹرا زیادہ واضح طور پر بیان کیا گیا ہے۔ عام الیومینیشن ایپلی کیشنز کے لیے فلٹر شدہ تاپدیپت بلب استعمال کرنے سے توانائی کی بچت ممکنہ طور پر 100 گنا زیادہ ہو سکتی ہے۔ ٹریفک سگنلز اور آرکیٹیکچرل لائٹس جیسی ایپلی کیشنز اس سے بہت فائدہ اٹھاتی ہیں۔ ایک چھوٹا سا سولر پینل ایک بڑے جنریٹر کی جگہ کم طاقت والے پورٹیبل ہائی وے LED نشانات کو آسانی سے پاور کر سکتا ہے، جو ایک واضح فائدہ ہے۔

عام طور پر، ایل ای ڈی کم مہنگی، زیادہ قابل اعتماد، اور لیزر کے مقابلے میں سستی الیکٹرانکس کے ذریعے چلائی جا سکتی ہیں۔ ایل ای ڈی اب امریکہ اور یورپی یونین دونوں کی طرف سے الگ الگ درجہ بندی کر رہے ہیں. خوش قسمتی سے، لیزر اور لیزر ڈائیوڈس کے برعکس، ایل ای ڈی آنکھوں کی حفاظت کے ایک جیسے مسائل یا انتباہات کے ساتھ نہیں آتے ہیں۔ دوسری طرف، LEDs کے ساتھ آپٹیکل طور پر گھنے، بہت چھوٹے، اور انتہائی ہم آہنگ مقامات بنانا ناممکن ہے۔ ایسی ایپلی کیشنز میں تقریباً ہمیشہ لیزر کی ضرورت ہوتی ہے جو کمپیکٹ ریجن میں غیر معمولی طور پر زیادہ پاور ڈینسٹی کا مطالبہ کرتی ہیں۔

آج، ایل ای ڈی کا استعمال مختلف شعبوں اور ایپلی کیشنز میں کیا جاتا ہے (ٹیبل 1)۔ یہ آلات انتہائی کفایتی اور صارفین اور صنعتی دونوں بازاروں کے لیے پرکشش ہیں جس کی بدولت لیزر اور لیمپ کے مقابلے میں ان کی زبردست انحصاری، اعلی کارکردگی، اور نظام کی کل لاگت میں کمی ہے۔ ہر منفرد ایل ای ڈی ٹیکنالوجی اور/یا رنگ کسی خاص استعمال کی ضروریات کو پورا کرنے کے لیے بنایا گیا ہے۔