لائٹ ایمیٹنگ ڈائیوڈس (ایل ای ڈی) کی وضاحت کی گئی۔

LED کی مکمل شکل Light Emitting Diode ہے۔ ایل ای ڈی خاص قسم کے سیمی کنڈکٹر ڈایڈس ہیں جو اپنے ٹرمینلز پر لگائے گئے ممکنہ فرق کے جواب میں روشنی خارج کرتے ہیں، اس لیے اس کا نام روشنی خارج کرنے والا ڈایڈڈ ہے۔ بالکل اسی طرح جیسے ایک عام ڈائیوڈ ایل ای ڈی میں بھی قطبیت کے ساتھ دو ٹرمینل ہوتے ہیں، یعنی اینوڈ اور کیتھوڈ۔ ایل ای ڈی کو روشن کرنے کے لیے اس کے انوڈ اور کیتھوڈ ٹرمینلز پر ممکنہ فرق یا وولٹیج لگایا جاتا ہے۔

آج، LEDs کو بڑے پیمانے پر اعلیٰ ترین روشن جدید ترین LED لیمپ بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ یہ آرائشی ایل ای ڈی سٹرنگ لائٹس اور ایل ای ڈی اشارے بنانے کے لیے بھی مقبول ہیں۔

مختصر تاریخ

اس حقیقت کے باوجود کہ ایل ای ڈی کو آج ہائی ٹیک سیمی کنڈکٹر انڈسٹری کی پیداوار سمجھا جاتا ہے، ان کی روشن خصوصیات کی ابتدائی طور پر کئی سال پہلے شناخت کی گئی تھی۔ ایل ای ڈی لائٹ اثر کو دیکھنے والا پہلا شخص مارکونی کے انجینئروں میں سے ایک تھا، ایچ جے راؤنڈ، جو کئی ویکیوم ٹیوب اور ریڈیو ایجادات کے لیے بھی مشہور ہے۔ اسے 1907 میں مارکونی کے ساتھ پوائنٹ کانٹیکٹ کرسٹل ڈیٹیکٹر پر تحقیق کے دوران یہ دریافت ہوا۔

1907 میں، الیکٹریکل ورلڈ میگزین ان کامیابیوں پر رپورٹ کرنے والا پہلا تھا. ایل ای ڈی کا تصور کئی سالوں تک غیر فعال رہا جب تک کہ 1922 میں روسی سائنسدان O.V. لاسوف۔

لوسوف لینن گراڈ میں مقیم تھا، جہاں وہ دوسری جنگ عظیم میں المناک طور پر مارا گیا تھا۔ ممکن ہے کہ اس کے زیادہ تر ڈیزائن جنگ میں ضائع ہو جائیں۔ اگرچہ اس نے 1927 اور 1942 کے درمیان کل چار پیٹنٹ دائر کیے، لیکن ان کی تحقیق کو ان کی موت کے بعد تک تسلیم نہیں کیا گیا۔

LED کا تصور 1951 میں دوبارہ ظاہر ہوا، جب K. Lehovec کے ماتحت سائنسدانوں کے ایک گروپ نے اثر کی تحقیقات شروع کی۔ تفتیش دیگر تنظیموں اور محققین کی شرکت کے ساتھ آگے بڑھی، بشمول W. Shockley (ٹرانزسٹر کا موجد)۔ آخر کار، ایل ای ڈی کے تصور میں نمایاں بہتری آئی اور 1960 کی دہائی کے آخر میں اس کا تجارتی ہونا شروع ہوا۔

ایل ای ڈی جنکشن میں کون سا سیمی کنڈکٹر مواد استعمال ہوتا ہے؟

جوہر میں، روشنی خارج کرنے والے ڈایڈس ایک خاص PN جنکشن ہیں جو ایک کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹر کا استعمال کرتے ہوئے بنایا گیا ہے۔

سلیکون اور جرمینیم دو سب سے زیادہ استعمال ہونے والے سیمی کنڈکٹر ہیں، تاہم چونکہ یہ صرف عناصر ہیں، اس لیے ان سے ایل ای ڈی نہیں بن سکتے۔

اس کے برعکس، گیلیم آرسنائیڈ، گیلیم فاسفائیڈ، اور انڈیم فاسفائیڈ جو دو یا دو سے زیادہ عناصر کو یکجا کرتے ہیں اکثر ایل ای ڈی بنانے کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ مثال کے طور پر، گیلیم آرسنائیڈ کی ویلینسی تین ہے اور آرسینک کی ویلینسی پانچ ہے، اور اس لیے دونوں کو گروپ III -V سیمی کنڈکٹرز کے طور پر درجہ بندی کیا گیا ہے۔

گروپ III-V سے تعلق رکھنے والے مواد کو دوسرے کمپاؤنڈ سیمی کنڈکٹرز بنانے کے لیے بھی استعمال کیا جا سکتا ہے۔

جب ایک سیمی کنڈکٹر جنکشن آگے کی طرف متعصب ہوتا ہے، تو P-قسم کے علاقے سے سوراخ اور N-قسم کے علاقے سے الیکٹران جنکشن میں داخل ہوتے ہیں اور یکجا ہوتے ہیں، بالکل اسی طرح جیسے وہ عام ڈایڈڈ میں ہوتے ہیں۔

اس انداز میں جنکشن کے ذریعے موجودہ حرکت۔

اس کے نتیجے میں توانائی خارج ہوتی ہے، جن میں سے کچھ فوٹان (روشنی) کی طرح خارج ہوتی ہیں۔ اس بات کی ضمانت دینے کے لیے کہ فوٹان (روشنی) کی کم سے کم مقدار ساخت کے ذریعے جذب ہوتی ہے، جنکشن کا P-سائیڈ، جو زیادہ تر صورتوں میں روشنی کی اکثریت پیدا کرتا ہے، آلہ کی سطح کے قریب ترین مقام پر رکھا جاتا ہے۔

جنکشن کو مکمل طور پر بہتر بنانے کی ضرورت ہے اور مرئی روشنی بنانے کے لیے صحیح مواد استعمال کرنے کی ضرورت ہے۔ سپیکٹرم کا انفراریڈ علاقہ ہے جہاں خالص گیلیم آرسنائیڈ اپنی توانائی خارج کرتا ہے۔

ایل ای ڈی اپنے رنگ کیسے حاصل کرتے ہیں۔

ایلومینیم گیلیم آرسنائیڈ پیدا کرنے کے لیے سیمی کنڈکٹر میں ایلومینیم متعارف کرایا جاتا ہے، جو ایل ای ڈی لائٹ کو سپیکٹرم (AIGaAs) کے روشن سرخ سرے میں منتقل کرتا ہے۔

فاسفورس ڈال کر بھی سرخ روشنی پیدا کی جا سکتی ہے۔

دیگر ایل ای ڈی رنگوں کے لیے مختلف مواد استعمال کیے جاتے ہیں۔ مثال کے طور پر، گیلیم فاسفائیڈ سبز روشنی خارج کرتا ہے، جبکہ پیلی اور نارنجی روشنی ایلومینیم انڈیم گیلیم فاسفائیڈ سے پیدا ہوتی ہے۔ ایل ای ڈی کی اکثریت گیلیم سیمی کنڈکٹرز سے بنی ہے۔

ایل ای ڈی دو ڈھانچے کے ساتھ تیار کی جاتی ہیں۔

سطح سے خارج ہونے والا ڈایڈڈ اور کنارے سے خارج کرنے والا ڈایڈڈ، جو انجیر میں دیکھا گیا ہے۔ 1 A اور B، بالترتیب، ایل ای ڈی کے لیے استعمال ہونے والے دو بنیادی فن تعمیر ہیں۔ سطح سے خارج ہونے والا ڈایڈڈ ان میں سب سے زیادہ مقبول ہے کیونکہ یہ ایک وسیع زاویہ پر روشنی پیدا کرتا ہے۔

مینوفیکچرنگ کے بعد، ایل ای ڈی کے ڈھانچے کو اس طرح سے بند کرنے کی ضرورت ہے کہ اسے ایل ای ڈی کو بغیر کسی نقصان کے محفوظ طریقے سے استعمال کیا جا سکے۔

چھوٹے ایل ای ڈی اشارے کی اکثریت ایپوکسی گوند میں ایک ریفریکٹیو انڈیکس کے ساتھ لپٹی ہوئی ہے جو سیمی کنڈکٹر اور ارد گرد کی ہوا کے درمیان کہیں واقع ہے (ذیل میں تصویر 2 دیکھیں)۔ اس طرح ڈایڈڈ مکمل طور پر محفوظ ہے، اور روشنی کو انتہائی مؤثر طریقے سے بیرونی دنیا میں منتقل کیا جاتا ہے۔

ایل ای ڈی فارورڈ وولٹیج (VF) تفصیلات

چونکہ ایل ای ڈی موجودہ حساس ڈیوائسز ہیں، اس لیے لاگو وولٹیج کو کبھی بھی ایل ای ڈی کے کم از کم فارورڈ وولٹیج سے زیادہ نہیں ہونا چاہیے۔ ایل ای ڈی (VF) کی فارورڈ وولٹیج کی تفصیلات صرف بہترین وولٹیج کی سطح ہے جس کا استعمال ایل ای ڈی کو محفوظ اور چمکدار طریقے سے روشن کرنے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ اگر کرنٹ ایل ای ڈی کے فارورڈ وولٹیج سے زیادہ ہو جائے تو ایل ای ڈی جل جائے گی اور مستقل طور پر خراب ہو جائے گی۔

اگر سپلائی وولٹیج ایل ای ڈی کے فارورڈ وولٹیج سے زیادہ ہے، تو کرنٹ کو ایل ای ڈی تک محدود کرنے کے لیے سپلائی کے ساتھ سیریز میں ایک حسابی ریزسٹر استعمال کیا جاتا ہے۔ یہ یقینی بناتا ہے کہ ایل ای ڈی زیادہ سے زیادہ چمک کے ساتھ محفوظ طریقے سے روشن کرنے کے قابل ہے۔

آج زیادہ تر LEDs کی فارورڈ وولٹیج کی قدر تقریباً 3.3 V ہے۔ چاہے وہ سرخ، سبز یا پیلے رنگ کی LED ہو، سبھی کو عام طور پر ان کے انوڈ اور کیتھوڈ ٹرمینلز پر 3.3 V لگا کر روشن کیا جا سکتا ہے۔

ایل ای ڈی کو سپلائی وولٹیج ڈی سی ہونا چاہیے۔ اے سی بھی استعمال کیا جا سکتا ہے لیکن پھر ایل ای ڈی کے ساتھ ریکٹیفائر ڈائیوڈ منسلک ہونا چاہیے۔ یہ یقینی بناتا ہے کہ AC وولٹیج کی polarity کی تبدیلی LED کو کوئی نقصان نہیں پہنچاتی ہے۔

موجودہ کو محدود کرنا

ایل ای ڈی، بالکل عام ڈایڈس کی طرح، کوئی موروثی کرنٹ محدود نہیں ہے۔ نتیجے کے طور پر، اگر یہ براہ راست ایک بیٹری سے منسلک ہے، تو یہ جل جائے گی۔

اگر سپلائی DC 3.3 V کے قریب ہے تو LED کو محدود ریزسٹر کی ضرورت نہیں ہوگی۔ تاہم اگر سپلائی وولٹیج 3.3 V سے زیادہ ہے، تو LED ٹرمینل کے ساتھ سیریز میں ایک ریزسٹر کی ضرورت ہوگی۔

ریزسٹر کو یا تو ایل ای ڈی کے اینوڈ ٹرمینل کے ساتھ سیریز میں یا ایل ای ڈی کے کیتھوڈ ٹرمینل کے ساتھ جوڑا جا سکتا ہے۔

نقصان سے بچنے کے لیے، کرنٹ کو کنٹرول کرنے کے لیے ایک ریزسٹر کو سرکٹ سے جوڑا جانا چاہیے۔ عمومی اشارے ایل ای ڈی کی زیادہ سے زیادہ موجودہ تفصیلات تقریباً 20 ایم اے ہوتی ہیں۔ اگر کرنٹ اس سے نیچے محدود ہے تو LED کی روشنی کی پیداوار متناسب طور پر کم ہو جائے گی۔

جیسا کہ اوپر والی تصویر 3 میں دکھایا گیا ہے، استعمال شدہ کرنٹ کی مقدار کا تخمینہ لگاتے ہوئے خود LED میں وولٹیج پر غور کرنے کی ضرورت پڑ سکتی ہے۔ کیونکہ اگر وولٹیج بڑھے گا تو موجودہ کھپت بھی تناسب سے بڑھے گی۔

محدود ریزسٹر کا حساب لگانے کا فارمولہ ذیل میں دیا گیا ہے۔

R = V - LED FWD V / LED کرنٹ

• یہاں V ان پٹ DC سپلائی کی نمائندگی کرتا ہے۔
• LED FWD V LED کی فارورڈ وولٹیج کی تفصیلات ہے۔
• ایل ای ڈی کرنٹ ایل ای ڈی کی زیادہ سے زیادہ موجودہ ہینڈلنگ کی صلاحیت کو ظاہر کرتا ہے۔

آئیے فرض کریں V = 12 V، LED FWD V = 3.3 V، اور LED کرنٹ = 20 mA، پھر R کی قدر کو درج ذیل طریقے سے حل کیا جا سکتا ہے:

R = 12 - 3.3 / 0.02 = 435 Ohms، قریب ترین معیاری قدر 470 Ohms ہے۔

واٹج = 12 - 3.3 x 0.02 = 0.174 واٹ یا صرف 1/4 واٹ ہوگا۔