info@panadisplay.com
ہلکی اتسرجیک ڈایڈڈ (ایل ای ڈی)، روشنی کو جب بجلی برقی طور پر پیدا کرنے کا الزام لگایا جاتا ہے

ہلکی اتسرجیک ڈایڈڈ (ایل ای ڈی)، روشنی کو جب بجلی برقی طور پر پیدا کرنے کا الزام لگایا جاتا ہے

Apr 21, 2017

ہلکا جذباتی ڈایڈڈ

روشنی خارج کرنے والا دو برقیرہ
RBG-LED.jpg 5 ملی میٹر مختلف کیس میں بلیو، سبز اور سرخ ایل ای ڈی
کام کرنے والے اصول الیکٹرولومینسینس
انوینٹ H._J.Round (1907) [1]
اولگل لسیف (1927) [2]
جیمز آر بیرارڈ (1961) [3]
نک ہلیونیک (1962) [4]
پہلی پیداوار اکتوبر 1 9 62
پن ترتیب انوڈ اور کیتھڈو
الیکٹرانک علامت
ایل ای ڈی علامت


ایک روایتی ایل ای ڈی کے حصے. ایڈویل اور ایپوکسی کے اندر اندر داخل ہونے والے پوسٹ کے فلیٹ نیچے کی سطح لنگر کے طور پر کام کرتا ہے، میکانی کشیدگی یا کمپن کے ذریعہ طاقتور طور پر نکالا جا سکتا ہے.











بیس میں E27 پیچ کے ساتھ جدید ایل ای ڈی ریٹروف


بلب کے سائز کا جدید ریٹروف ایل ای ڈی ایلومینیم گرمی سنک ، ایک ہلکا ہوا ڈومین اور E27 سکرو بیس کے ساتھ ایل ای ڈی چراغ ، مینز وولٹیج پر کام کرنے والے بلٹ میں بجلی کی فراہمی کا استعمال کرتے ہوئے.




ایک سطح کی سطح کو بند کریں پہاڑ پہاڑ





ایک ہلکا جذباتی ڈایڈڈ ( ایل ای ڈی ) ایک دو لیڈ سیمکولیڈٹر لائٹ ذریعہ ہے . یہ پی پی این جنکشن ڈایڈڈ ہے ، جس میں چالو ہوجاتا ہے جب چالو ہوجاتا ہے. [5] جب ایک مناسب وولٹیج کی طرف جاتا ہے تو، الیکٹرانس کے اندر اندر الیکٹران سوراخ کے ساتھ دوبارہ کام کرنے کے قابل ہوتے ہیں، فوٹو گرافی کی شکل میں توانائی کو جاری رکھے جاتے ہیں. یہ اثر electroluminescence کہا جاتا ہے ، اور روشنی کا رنگ (فوٹو گرافی کی توانائی کے مطابق) سیمکولیٹر کے توانائی کے بینڈ فرق کی طرف سے مقرر کیا جاتا ہے. ایل ای ڈی عام طور پر چھوٹے ہیں (1 ملی میٹر سے کم) اور تابکاری کے پیٹرن کو تشکیل دینے کے لئے انضمام آپٹیکل اجزاء استعمال کیا جا سکتا ہے. [6]

1 9 62 میں عملی الیکٹرانک اجزاء کے طور پر ظاہر کرتے ہوئے، [7] ابتدائی ترین ایل ای ڈی نے کم شدت اورکت اورکت کی روشنی کو سراہا. اورکت ایل ای ڈی اب بھی اکثر دور دراز کنٹرول سرکٹس میں منتقل کرنے کے عناصر کے طور پر استعمال ہوتے ہیں، جیسے صارفین کی الیکٹرانکس کی وسیع اقسام کے ریموٹ کنٹرول میں. پہلی واضح روشنی ایل ای ڈی کم شدت کی بھی تھی اور سرخ تک محدود تھی. جدید ایل ای ڈی بہت زیادہ چمک کے ساتھ نظر آتا ہے ، الٹرایوریٹ ، اور اورکت لہروں میں دستیاب ہیں.

ابتدائی ایل ای ڈی اکثر الیکٹرانک آلات کے لئے اشارے لیمپ کے طور پر استعمال کیے گئے تھے، چھوٹے تاپدیپت بلبوں کی جگہ لے لیتے تھے. انہیں جلد ہی 7 سیکشن ڈسپلے کی شکل میں عددی پڑھنے میں پیک کیا گیا تھا اور عام طور پر ڈیجیٹل گھڑیوں میں دیکھا جاتا تھا. ایل ای ڈی میں حالیہ پیش رفت انہیں ماحولیاتی اور کام کے نظم روشنی میں استعمال ہونے کی اجازت دیتا ہے. ایل ای ڈی نے نئے ڈسپلے اور سینسر تیار کیے جانے کی اجازت دی ہے، جبکہ ان کی اعلی سوئچنگ کی شرح بھی اعلی درجے کی مواصلاتی ٹیکنالوجی میں استعمال کی جاتی ہے.

ایل ای ڈی میں تاپدیپت روشنی کے وسائل پر بہت سے فوائد ہیں جن میں کم توانائی کی کھپت، طویل زندگی، بہتر جسمانی مضبوطی، چھوٹے سائز اور تیز سوئچنگ شامل ہیں. ہلکا جذباتی ڈایڈس اب ایپلی کیشن روشنی ، آٹوموٹو ہیڈلپیمپ ، اشتہارات، عام نظم روشنی ، ٹریفک سگنل ، کیمرے کی چمک، اور روشنی والے وال پیپر کے طور پر متعدد ایپلی کیشنز میں استعمال ہوتے ہیں. 2017 تک، ایل ای ڈی روشنی گھر گھر کے نظم روشنی موازنہ پیداوار کے کمپیکٹ فلوروسینٹ چراغ کے ذرائع کے مقابلے میں سستے یا سستی کے طور پر ہیں. [8] وہ نمایاں طور پر زیادہ توانائی سے زیادہ مؤثر ہیں اور، بے شک، ان کے ضائع ہونے سے منسلک ماحولیاتی خدشات کم ہیں. [9] [10]


فہرست

[ چھپائیں ]


تاریخ [ ترمیم ]

دریافتیاں اور ابتدائی آلات [ ترمیم ]

سی سی سی کے کرسٹل پر ایک نقطہ رابطے سے گرین الیکٹرولومینسینس گول کے اصل تجربے کو 1907 سے تیار کرتا ہے.

ایک رجحان کے طور پر الیکٹولومینیسنس 1907 میں مارکوسی لیبز کے برطانوی تجربہ کار ایچ جی گول نے دریافت کیا، جس میں سلکان کاربائڈ اور ایک بلی کیسائزر ڈٹریکٹر کا کرسٹل استعمال کیا گیا تھا. [11] [12] روسی موجد اولگل لیوف نے 1 9 27 میں پہلی ایل ای ڈی کی تخلیق کی. [13] ان کی تحقیق سوویت، جرمن اور برطانوی سائنسی صحابہ میں تقسیم کیا گیا تھا، لیکن کئی دہائیوں کے لئے دریافت سے کوئی عملی استعمال نہیں کیا گیا تھا. [14] [15] کٹ لیہوووک ، کارل اکارارڈو اور ایڈورڈ جامگوچین نے 1 9 51 ء میں یہ پہلا روشنی ہلانے والی ڈایڈس کی وضاحت کی جو بیٹری یا پلس جنریٹر کے موجودہ ذریعہ کے ساتھ سی سی سی کرسٹل ملازمت کا استعمال کرتے ہوئے اور ایک مختلف قسم کے خالص، کرسٹل 1953 میں. [16] [17]

ریڈیو کارپوریشن آف امریکہ کے روبین برونسٹن [18] نے 1955 میں گیلیلیم آرسنڈائڈ (GaAs) اور دیگر سیمی کنڈکٹر مرکبوں سے انفرادی اخراجات کی اطلاع کی. [1 9] برونسٹین نے گیلیلیم اینٹی وائیڈ (GaSb)، GaAs، انڈیم کا استعمال کرتے ہوئے سادہ ڈائیڈ ڈھانچے کی طرف سے پیدا اورکت اخراج دیکھا. فاسفائڈ (انسپ)، اور سلکان-جرمنیمیمیم (سی جی جی) مرکب کے کمرے میں درجہ حرارت اور 77 کیلوئن پر.

1 9 57 ء میں، برونسٹین نے مزید کہا کہ غیر معمولی ریڈیو مواصلاتی مواقع کے لئے مناسب آلات استعمال کیے جا سکتے ہیں. کررومر نے کہا کہ [20] برونسٹین "نے ... نے ایک سادہ آپٹیکل مواصلات کا لنک قائم کیا تھا: ریکارڈر پلیئر سے ابھر کر سامنے آنے والے موسیقی کو مناسب الیکٹرانکس کے ذریعہ GaAs ڈایڈڈ کے آگے موجودہ کرنے کے لئے استعمال کیا جاتا تھا. فاصلہ دور. یہ سگنل ایک آڈیو یمپلیفائر میں کھلایا گیا تھا اور ایک لاؤڈسپیکر کے ذریعہ واپس چلایا گیا تھا. بیم نے منسلک کرتے ہوئے موسیقی کو روک دیا. ہم اس سیٹ اپ کے ساتھ بہت اچھا مزہ کھیلتے ہیں. " اس سیٹ اپ نے آپٹیکل مواصلاتی ایپلی کیشنز کے لئے ایل ای ڈی کے استعمال کا آغاز کیا.

ایک ٹیکساس کے سازوسامان SNX-100 GaAs ایل ای ڈی ٹو ٹو 18 ٹرانجسٹر دھات کیس میں موجود تھے.

ستمبر 1 9 61 میں، ڈلاس ، ٹیکساس میں ٹیکساس کے سازوسامان میں کام کرتے ہوئے، جیمز آر بیرارڈ اور گیری پٹمن نے دریا اورکت (900 ملی میٹر) کی روشنی ٹنل کو سرنگ ڈایڈڈ سے تلاش کیا تھا جس نے انہیں GaAs سبسیٹیٹ پر تعمیر کیا تھا. [7] اکتوبر 1 9 61 تک، انہوں نے GaAs PN junction روشنی emitter کے درمیان موثر روشنی اخراج اور سگنل جوڑی کا مظاہرہ کیا تھا اور ایک الیکشن الگ تھلگ سیمی کنڈکٹر فوٹوڈیٹریکٹر. [21] 8 اگست، 1 962 کو، بایرڈ اور پٹ مین نے ان کے نتائج کے مطابق "سیمکولیڈٹر ریڈینٹ ڈایڈڈ" کے عنوان سے ایک پیٹنٹ درج کیا، جس نے انڈرائڈ لائٹ کے موثر اخراج کے لئے اجازت دینے کے لئے ایک فاصلہ کیتھڈو رابطے کے ساتھ ایک زنک مختلف پی این این جنکشن ایل ای ڈی کی وضاحت کی. آگے تعصب جی ای لیبز، آرسیی ریسرچ لیبز، آئی بی ایم ریسرچ لیبز، بل لیبز اور ایم آئی ٹی کے لنکن لیب سے پیش گوئی کی پیشکش انجینئرنگ نوک بکس پر مبنی ان کے کام کی ترجیحات کے بعد، امریکی پیٹنٹ آفس نے دو آڈیٹروں کو GaAs اورکت (آئی آر اے) کے لئے پیٹنٹ جاری کیا. ) ہلکا جذباتی ڈایڈڈ (امریکی پیٹنٹ US3293513 )، پہلا عملی ایل ای ڈی. [7] پیٹنٹ دائر کرنے کے فورا بعد، ٹیکساس آلات (ٹی آئی) نے اورکت اورکت ڈائرڈز تیار کرنے کے لئے ایک منصوبے شروع کردیے. اکتوبر 1 9 62 میں، ٹی آئی نے پہلے تجارتی ایل ای ڈی کی مصنوعات (SNX-100) کا اعلان کیا، جس نے ایک 890 این ایم لائٹ آؤٹ پٹ کو صاف کرنے کے لئے ایک خالص GaAs کرسٹل ملازم کیا. [7] اکتوبر 1 9 63 میں، ٹی آئی نے پہلی تجارتی ہیمپوفریکل ایل ای ڈی، SNX-110 کا اعلان کیا. [22]

1 9 62 میں پہلی ہالی ووڈ (سرخ) ایل ای ڈی کو تیار کیا گیا تھا جبکہ نیک ہونیونیک، جرنل . جنرل الیکٹرک میں کام کرتے ہوئے. Holonyak سب سے پہلے ان کی ایل ای ڈی نے جرنل ایپلائڈ فزکس خطوں میں دسمبر 1، 1 962 کو رپورٹ کیا. [23] [24] ایم جارج کریفورڈ ، [25] ہولونیک کے سابق گریجویٹ طالب علم نے پہلی پیلے رنگ کی ایل ای ڈی کا ایجاد کیا اور سرخ کی چمک کو بہتر بنایا. 1972 میں دس کے ایک عنصر کی طرف سے ریڈ سنتری ایل ای ڈی. [26] 1976 میں، ٹی پی پیئرال نے نئی سیمی کنڈکٹر مواد کو خاص طور پر اپٹیکل ریشہ ٹرانسمیشن لہروں کے مطابق اپنی مرضی کے مطابق اپٹیکل فائبر ٹیلی کمیونیکیشن کے لئے اعلی کارکردگی کا مظاہرہ کیا. [27]

ابتدائی تجارتی ترقی [ ترمیم ]

پہلی تجارتی ایل ای ڈی عام طور پر تاپدیپت اور نیین اشارے لیمپ اور سات سیکشن ڈسپلے میں ، [28] سب سے پہلے مہنگی سازوسامان جیسے لیبارٹری اور الیکٹرانکس امتحان کے سامان میں، جیسے ٹی ویز، ریڈیو، ٹیلی فون، کیلکولیٹر، ساتھ ساتھ گھڑیاں ( سگنل کے استعمال کی فہرست دیکھیں). 1 9 68 تک، ظاہر اور اورکت ایل ای ڈی ہر یونٹ میں 200 ڈالر فی یونٹ کے حکم میں انتہائی مہنگا تھے، اور اس کے نتیجے میں بہت عملی عمل تھا. [2 9] اشارے کے لئے مناسب سرخ ایل ای ڈی پیدا کرنے کے لئے 1 968 میں گالیم آرسنڈائڈ فاسفائڈ (GaAsP) کا استعمال کرتے ہوئے، مونونسوٹو کمپنی نے پہلی ایل ای ڈی بڑے پیمانے پر پیدا کرنے کا پہلا تنظیم تھا. [2 9] ہیلوٹ پیکارڈ (ایچ پی) نے 1 968 میں ایل ای ڈی متعارف کرایا، ابتدائی طور پر مونسسوٹو نے فراہم کردہ GaAsP کا استعمال کرتے ہوئے. یہ سرخ ایل ای ڈی صرف اشارے کے طور پر استعمال کے لئے کافی روشن تھے، کیونکہ روشنی پیداوار کسی علاقے کو روشن کرنے کے لئے کافی نہیں تھا. کیلکولیٹروں میں پڑھنے کے بہت چھوٹے تھے کہ ہر عددی پر پلاسٹک لینس بنائے گئے تھے تاکہ وہ جائز بن سکے. بعد میں، دوسرے رنگوں کو وسیع پیمانے پر دستیاب ہو گیا اور آلات اور سامان میں شائع ہوا. 1970 ء میں تجارتی طور پر کامیابی سے ایل ای ڈی آلات پانچ سینٹس سے بھی کم ہیں جن میں سے ہر ایک کو Fairchild Optoelectronics کی طرف سے تیار کیا گیا تھا. ان آلات نے ملازمت کے سیمکولیڈور چپس کو ملازمین کے ساتھ جنریٹر پروسیسنگ میں ڈاکٹر جین ہورنئی کا انعقاد کر دیا ہے. [30] [31] چپ بنانے اور جدید پیکیجنگ کے طریقوں کے لئے طیاروں کی پروسیسنگ کا مجموعہ میلے کو فیچرچلڈ میں چالو کرنے کی ضرورت تھی. [32] یہ طریقہ کار ایل ای ڈی کے پروڈیوسرز کے ذریعہ استعمال کرتے رہیں گے. [33]

ٹائی 30 کی سائنسی کیلکولیٹر (ایل ای ڈی) کے ایل ای ڈی ڈسپلے، جس میں دکھائی دینے والی آڈیٹ سائز میں اضافہ کرنے کے لئے پلاسٹک کے لینس کا استعمال ہوتا ہے

زیادہ سے زیادہ ایل ای ڈی بہت عام 5 ملی میٹر T1¾ اور 3 ملی میٹر T1 پیکجوں میں بنایا گیا تھا، لیکن بڑھتی ہوئی بجلی کی پیداوار کے ساتھ، یہ زیادہ سے زیادہ ضروری ہے کہ وشوسنییتا کو برقرار رکھنے کے لئے تیزی سے ضروری ہو، [34] تو زیادہ پیچیدہ پیکجوں کو موثر گرمی کی کھپت کے لئے بہتر بنایا گیا ہے . ریاستی جدید ترین پاور ایل ای ڈی کے لئے پیکجوں کو ابتدائی ایل ای ڈی کے لئے تھوڑا سا جھکنا لگتا ہے.

بلیو یلئڈی [ ترمیم ]

نیلے ایل ای ڈی پہلے ہی 1972 میں آرسیی میں ہربرٹ پال پولسکا نے نیلمین سبٹیٹ پر گیلیل نائٹائڈ (گے) کا استعمال کرتے ہوئے تیار کیا. [35] [36] سی سی کی نوعیت پہلی بار تجارتی طور پر 1989 میں کری کی طرف سے امریکہ میں فروخت کیا گیا تھا. [37] تاہم، ان ابتدائی بلیو ایل ای ڈی بہت روشن تھے.

نیلے رنگ کارپوریشن کے شاجی نیکماورا نے 1994 میں پہلی اعلی چمک نیلے رنگ کا مظاہرہ کیا تھا اور ان میں این جی اے کی بنیاد پر تھا. [38] [3 3] متوازی طور پر، ناامیا میں اسامو اکاسکی اور هروشی اموان نے نیلمین سبسیٹس پر اہم گی این نیوکلریشن اور گی این کے پی قسم کے ڈوپنگ کا مظاہرہ کرنے پر کام کر رہے تھے. نیکومورا، اکاسکی اور امانو کو ان کے کام کے لئے طبیعیات میں 2014 نوبل انعام دیا گیا . [40] 1995 میں، کارڈف یونیورسٹی لیبارٹری (جے پی) میں البرٹو Barbieri اعلی چمک یلئڈی کی کارکردگی اور وشوسنییتا کی جانچ پڑتال کی اور انڈیم ٹن آکسائڈ (آئی ٹی او) کا استعمال کرتے ہوئے یلئڈی ٹن آکسائڈ (آئی ٹی او) کا استعمال کرتے ہوئے "شفاف رابطہ" کا مظاہرہ کیا.

2001 میں [41] اور 2002، [42] سلیکن پر بڑھتی ہوئی گلیش نائٹائڈ (گان) ایل ای ڈی کے لئے عمل کامیابی سے مظاہرہ کیا گیا. جنوری 2012 میں، عثمانی نے تجارتی طور پر سلکان کو سبسیٹیٹ پر بڑھایا گیا. [43]

وائٹ ایل ای ڈی اور الیومینیشن کی کامیابی [ ترمیم ]

نیلے رنگ کے ایل ای ڈی میں اعلی کارکردگی کا حصول فوری طور پر پہلی سفید یلئڈی کی ترقی کے بعد ہوا تھا. اس آلہ میں ایک Y
3 ال
5 اے
12 : سی (جسے " YAG " کہا جاتا ہے) emitter پر فاسفر کی کوٹنگ نیلے اخراج میں سے کچھ جذب کرتا ہے اور فلوریسنس کے ذریعے پیلے رنگ کی روشنی پیدا کرتی ہے. باقی نیلے رنگ کے ساتھ اس پیلے رنگ کا مجموعہ آنکھ پر سفید ہوتا ہے. تاہم، مختلف فاسفرز (فلوروسینٹ مواد) کا استعمال کرتے ہوئے یہ بھی ممکن ہو گیا تھا کہ اس کی بجائے مائع فطرت کے ذریعے سبز اور سرخ روشنی پیدا ہو. سرخ، سبز اور نیلے رنگ کے نتیجے میں مرکب صرف انسانوں کو سفید روشنی کے طور پر نہیں سمجھا جاتا ہے بلکہ رنگ کی رینجنگ کے لحاظ سے الیومینیشن کے لئے بہتر ہے، لیکن اس کے بغیر پیلے رنگ (اور باقی نیلے رنگ) یگ فاسفور سے طول و عرض.

ہیٹز کے قانون کی وضاحت ، عمودی محور پر ایک منطقی پیمانے کے ساتھ، وقت کے ساتھ ایل ای ڈی روشنی کی پیداوار میں بہتری دکھاتا ہے.

پہلی سفید ایل ای ڈی مہنگا اور ناکافی تھے. تاہم، ایل ای ڈی کی روشنی کی پیداوار میں تیزی سے اضافہ ہوا ہے ، جس سے دو سو پچیس سال ( مور کے قانون کی طرح ) تقریبا دو ماہ قبل دوگنا ہونے لگے. یہ رجحان عام طور پر دیگر سیمی کنڈکٹر ٹیکنالوجیوں کے متوازی ترقی اور نظریات میں پیش رفت [ حوالہ درکار ] اور مواد سائنس میں منسوب ہوتا ہے اور ڈاکٹر رولینڈ ہیٹز کے بعد ہیٹز کے قانون کو بلایا جاتا ہے. [44]

نیلے رنگ اور قریب الٹراسیوٹ ایل ای ڈی کی روشنی کی آؤٹ پٹ اور کارکردگی قابل اعتماد آلات کی لاگت کے طور پر گر گئی: یہ روشنی کے مقاصد کے لئے (نسبتا) اعلی طاقت سفید روشنی ایل ای ڈی کا استعمال کرتا ہے جو تاپدیپت اور فلوریسنٹ روشنی کی جگہ لے رہی ہے. [45] [46]

تجرباتی سفید ایل ای ڈی بجلی کی 300 میگاواٹ فی واٹ بجلی پیدا کرنے کا مظاہرہ کر رہے ہیں؛ کچھ 100،000 گھنٹے تک ختم ہوسکتا ہے. [47] تاپدیپت بلب کے مقابلے میں، یہ صرف بجلی کی کارکردگی میں بہت زیادہ اضافہ نہیں ہے بلکہ - وقت کے ساتھ - فی بلب کی اسی طرح یا کم لاگت. [48]

ورکنگ اصول [ ترمیم ]

ایک ایل ای ڈی کی اندرونی کام کرنا، سرکٹ دکھاتا ہے (اوپر) اور بینڈ ڈایاگرام (نیچے)

A PN جنکشن جذباتی روشنی توانائی کو متناسب برقی موجودہ میں بدل سکتا ہے. اسی عمل کو یہاں تبدیل کر دیا جاتا ہے (مثلا بجلی کی توانائی پر لاگو جب PN جنکشن اخراجات). یہ رجحان عام طور پر الیکٹرولومینسینس کہا جاتا ہے ، جس کو ایک بجلی کے میدان کے اثرات کے تحت ایک نیم کمڈور سے روشنی کی اخراج کے طور پر بیان کیا جاسکتا ہے. انچارج کیریئرز مستقبل میں باضابطہ پی این جنکشن میں دوبارہ کام کرتے ہیں جیسے پی این کے علاقے میں موجودہ سوراخوں کے ساتھ ن زون سے الیکٹرانکس کراس ہوتے ہیں. مفت برقی انرجی کی سطح کے انچارج بینڈ میں ہیں، جبکہ سوراخ توانائی کے بینڈ میں سوراخ ہیں. اس طرح سوراخ کی توانائی کی سطح الیکٹرانوں کی توانائی کی سطحوں سے کم ہو جائے گی. برقیوں اور سوراخوں کو دوبارہ تعمیر کرنے کے لئے توانائی کے کچھ حصے کو چھٹکارا ہونا ضروری ہے. یہ توانائی گرمی اور روشنی کی شکل میں ہے.

سلیکن اور جرمنییمیم ڈیوڈس کے لئے گرمی کی شکل میں الیکٹرانوں کو توانائی سے محروم ہوجاتا ہے لیکن گیلیلیم آسنسنڈ فاسفائڈ (GaAsP) اور گیلیلیم فاسفائڈ (GaP) سیمی کنڈیٹرز میں، الیکٹرانوں کو توانائی کی طرف سے توانائی سے محروم کرتے ہوئے توانائی سے محروم ہوتے ہیں. اگر سیمکولیڈٹر پارابلی ہے تو، جنکشن روشنی کا ذریعہ بن جاتا ہے جیسا کہ اس کا جذب ہوتا ہے، اس طرح ایک ہلکا جذباتی ڈایاڈ بن جاتا ہے، لیکن جب جھاڑو ریورس ہو جاتا ہے تو کوئی روشنی ایل ای ڈی کی طرف سے تیار نہیں ہوگی اور اگر ممکن ہو تو کافی ہوسکتا ہے، آلہ خراب ہو جائے گا.

ٹیکنالوجی [ ترمیم ]

ڈائیڈ کے لئے چہارم آریھگرام . جب ایل ای ڈی 2 یا 3 وولٹ اس پر لاگو ہوتا ہے تو ایک ایل ای ڈی لائٹ شروع ہوجائے گی. ریورس تعصب کا علاقہ مستقبل کے تعصب سے مختلف عمودی پیمانے پر استعمال کرتا ہے، تاکہ یہ ظاہر کرنے کے لۓ کہ خرابی موجودہ وقت تک وولٹیج کے ساتھ مسلسل ہے. آگے تعصب میں، موجودہ ہے، لیکن وولٹیج کے ساتھ تیزی سے بڑھتی ہوئی ہے.

طبیعیات [ ترمیم ]

ایل ای ڈی این جنکشن بنانے کے لئے عدم مساوات کے ساتھ ڈومپ سیمکولیشن مواد کا ایک چپ پر مشتمل ہوتا ہے. دیگر ڈیوڈس کے طور پر، موجودہ پی پی، یا اینوڈ ، ن-طرف یا کیتھڈ کو آسانی سے بہاؤ، لیکن ریورس سمت میں نہیں. چارجز کیریئرز - برقی اور سوراخ - الیکٹروڈ سے مختلف وولٹیجز کے ساتھ جنکشن میں بہاؤ. جب ایک الیکٹران ایک سوراخ سے ملتا ہے، تو یہ کم توانائی کی سطح میں آتا ہے اور اس کی توانائی کو فوٹو گرافی کے طور پر جاری کرتی ہے.

روشنی کی طول موج کی لہر ، اور اس طرح اس کا رنگ، PN junction بنانے کے مواد کی بینڈ گیپ توانائی پر منحصر ہے. سلکان یا جرمنیم ڈائیڈس میں، الیکٹرانوں اور سوراخ عام طور پر غیر غیر تابکاری منتقلی کی طرف سے دوبارہ کام کرتے ہیں، جو کوئی نظری اخراج پیدا نہیں کرتے ہیں، کیونکہ یہ غیر مستقیم بینڈ خلا ہیں. ایل ای ڈی کے لئے استعمال ہونے والے مواد کے قریب قریب اورکت، نظر آنے والے، یا قریب الٹرایوٹک روشنی سے متعلق توانائی کے ساتھ ایک براہ راست بینڈ خلا ہے.

ایل ای ڈی کی ترقی گالیم آئرسنائڈ کے ساتھ بنایا اورکت اور سرخ آلات کے ساتھ شروع ہوا. مواد سائنس میں بڑھاو نے مختلف قسم کے رنگوں میں روشنی کا مظاہرہ کرتے ہوئے کبھی بھی چھوٹا سا طول و عرض کے ساتھ آلات بنانے میں مدد کی ہے.

ایل ای ڈی عام طور پر ایک این قسم کے ذائقہ پر تعمیر کیے جاتے ہیں، اس کی سطح پر جمع پی قسم کی پرت سے منسلک ایک الیکٹروڈ کے ساتھ. P-type substrates، جبکہ کم عام، بھی ساتھ آتا ہے. بہت سے تجارتی ایل ای ڈی، خاص طور پر گی این / انجن، بھی نیلمین سبسیٹیٹ استعمال کرتے ہیں.

فریکوئنسی انڈیکس [ ترمیم ]

واحد مربع ذریعہ اخراج زون کے لئے ایک سادہ مربع سیمکولیڈٹر میں روشنی اخراج شنوں کا مثالی مثال. بائیں مثال ایک مترجم وفر کے لئے ہے، جبکہ صحیح مثال سے ظاہر ہوتا ہے کہ جب نیچے کی پرت غیر متوقع ہے. روشنی اصل میں نقطۂٔ منبع کے تمام سمتوں میں برابر ہوتا ہے، لیکن مائکروڈڈکٹر کی سطح اور کچھ درختوں کو پہچان سے صرف اس سے بچ سکتا ہے، جو شنک کے سائز کی طرف اشارہ کرتا ہے. جب اہم زاویہ سے تجاوز ہو جاتی ہے تو، فوٹو گرافی اندرونی طور پر عکاسی ہوتی ہے. شنک کے درمیان علاقوں پھنسے ہوئے روشنی توانائی کی نمائندگی کرتا ہے جو گرمی کے طور پر ضائع ہوجاتی ہیں. [49] ایل ای ڈی کی پیداوار کے لئے استعمال ہونے والی سب سے زیادہ مواد بہت زیادہ تشویشناک اشارے ہیں . اس کا مطلب یہ ہے کہ روشنی کی زیادہ مقدار میں مواد / ہوائی سطح کے انٹرفیس میں واپس آ جائے گی. اس طرح، ایل ای ڈی میں روشنی نکالنے ایل ای ڈی کی پیداوار کا ایک اہم پہلو ہے، زیادہ تحقیق اور ترقی کے تابع ہے. ایک حقیقی یلئڈی ویرٹ کی روشنی اخراج شنک واحد نقطہ نظر روشنی اخراج سے زیادہ پیچیدہ ہیں. روشنی اخراج زون عام طور پر وائی فائی کے درمیان ایک دو جہتی جہاز ہے. اس ہوائی جہاز کے ہر ایٹم میں اخراج شنوں کا ایک فرد مقرر ہے. اربوں اوورلوپنگ شنکیں ڈرائنگ ناممکن ہے، لہذا یہ ایک آسان ڈایاگرام ہے جس میں مل کر تمام اخراج شنوں کی موجودگی دکھاتی ہے. بڑے کنارے شنک داخلی خصوصیات کو ظاہر کرنے اور تصویر کی پیچیدگی کو کم کرنے کے لئے پٹھے جاتے ہیں؛ وہ دو جہتی اخراج جہاز کے مخالف کناروں میں توسیع کریں گی.

سلکان کے طور پر ننگی uncoated سیمی کنڈکٹروں کو کھلا ہوا سے متعلق بہت زیادہ تشہیر انڈیکس ہے ، جس میں کل اندرونی عکاسی کی وجہ سے سیمی کنڈکٹر کی ہوا سے رابطہ کرنے والی سطح سے متعلق تیز زاویہ میں آنے والے فوٹو گرافیوں کی منتقلی کو روکتا ہے. یہ جائیداد ایل ای ڈی کی روشنی میں اخراج کارکردگی اور فوٹو وولٹک خلیوں کی روشنی جذب کی کارکردگی دونوں پر اثر انداز کرتی ہے . سلکان کے ابھرتی ہوئی انڈیکس 3.96 (590 ملی میٹر) ہے، [50] جبکہ ہوا 1.0002926 ہے. [51]

عام طور پر، ایک فلیٹ سطح uncoated ایل ای ڈی سیمکولیٹر چپ چپ سیمیڈڈکٹر کی سطح پر صرف ہلکا پھلکا جذب کرے گا، اور کچھ دریں طرف، شنک شکل میں روشنی شنک ، روشنی کی شنک ، [52] یا فرار سے شنک . [49] واقعات کی زیادہ سے زیادہ زاویہ کو زاویہ زاویہ کہا جاتا ہے. جب یہ زاویہ زیادہ ہو گیا ہے تو، فوٹو گراؤنڈ اب سیمکولیڈور سے فرار نہیں ہوتے بلکہ اس کے بجائے اندرونی طور پر سیمکولیڈور کرسٹل کے اندر اندر ظاہر ہوتا ہے جیسے کہ یہ ایک آئینے تھا . [49]

اندرونی عکاسی دیگر کرسٹل چہرہ کے ذریعے فرار ہو سکتے ہیں اگر واقعہ زاویہ کافی کم ہے اور کرسٹل کو مناسب طریقے سے فوٹو گرافی سے دوبارہ جذب کرنے کے لئے کافی شفاف نہیں ہے. لیکن ہر طرف پر 90 ڈگری زاویہ سطحوں کے ساتھ ایک سادہ مربع یلئڈی کے لئے، چہرے سب برابر زاویہ آئینے کے طور پر کام کرتے ہیں. اس صورت میں، زیادہ تر روشنی سے فرار نہیں ہوسکتا ہے اور کرسٹل میں فضلہ گرمی کے طور پر کھو جاتا ہے. [49]

گہرا یا فرشیل لینس کی طرح زاویہ پہلوؤں کے ساتھ ایک قوی چپ سطح کی سطح کو روشنی کی پیداوار میں اضافہ ہوسکتا ہے جب تک کہ فلن اخراج پوائنٹس کے اطراف چپ سطح کی سطح پر روشنی کی اجازت دیتا ہے. [53]

زیادہ سے زیادہ روشنی کی پیداوار کے ساتھ ایک سیمی کنڈکٹر کا مثالی شکل سمندری مرکز میں واقع ہونے والی فوٹو گرافی کے ساتھ مائکروسافٹ ہو گا، جس کے ذریعہ اختیاری نقطہ سے رابطہ کرنے کے لئے مرکز میں داخل ہونے والی الیکٹروڈیں. مرکز سے نکلنے والی تمام روشنی کی کرن اس علاقے کی پوری سطح پر منحصر ہو گی جس کے نتیجے میں اندرونی عکاسی نہیں ہوتی. ایک ہیمپوسرکلک سیمکولیڈٹر بھی بیک اپ بکھرے گئے فوٹووں کے آئینہ کے طور پر فلیٹ بیک اپ کی خدمت کے ساتھ کام کرے گا. [54]

منتقلی کوٹنگز [ ترمیم ]

ویر کے ڈوپنگ کے بعد، انفرادی مردہ میں الگ ہوجاتا ہے. ہر مردہ عام طور پر چپ کہا جاتا ہے.

بہت سے یلئڈی سیمکولیڈر چپس کو صاف یا رنگ کی پلاسٹک پلاسٹک کے گولوں میں الگ کر دیا جاتا ہے. پلاسٹک کے شیل تین مقاصد ہیں:

  1. آلات میں سیمی کنڈکٹر چپ بڑھ کر آسان ہونے کے لئے آسان ہے.

  2. چھوٹے نازک برقی وائرنگ جسمانی طور پر حمایت اور نقصان سے محفوظ ہے.

  3. پلاسٹک کام کرنے والے نسبتا اعلی انڈیکس سیمی کنڈکٹر اور کم انڈیکس کھولنے ہوا کے درمیان ایک کنکریٹک مداخلت کے طور پر کام کرتا ہے. [55]

تیسری خصوصیت سیمی کنڈکٹر سے ہلکا اخراج کو فروغ دینے میں مدد ملتی ہے، جس کی وجہ سے متنوع لینس کی طرح کام کرتا ہے، نچلے چپ سے ہلکا شنک سے حادثات کی ایک بہت زیادہ زاویہ پر روشنی ڈالنے کی اجازت دیتا ہے.

کارکردگی اور آپریشنل پیرامیٹرز [ ترمیم ]

عام اشارے ایل ای ڈی بجلی کی بجلی کی 30-60 ملییوٹٹ (میگاواٹ) سے زائد کام کرنے کے لئے ڈیزائن کیا گیا ہے. 1999 کے ارد گرد، فلپس Lumileds ایک واٹ پر مسلسل استعمال کے قابل طاقتور ایل ای ڈی متعارف کرایا. یہ ایل ای ڈی بڑے پیمانے پر بجلی کے آدانوں کو سنبھالنے کے لئے بہت بڑا سیمکولیڈٹر مرتے سائز کا استعمال کرتے تھے. اس کے علاوہ، ایل ای ڈی مرنے سے گرمی ہٹانے کی اجازت دینے کے لئے دھاتی سلگ پر سیمکولیڈٹر مر گیا.

ایل ای ڈی کی بنیاد پر روشنی کے ذرائع کے اہم فوائد میں سے ایک اعلی برائٹ افادیت ہے . سفید ایل ای ڈی معیاری تاپدیپت روشنی کے نظام کے مؤثر طریقے سے مماثلت کو ختم کردیتے ہیں. 2002 میں، Lumileds 18-22 lumens فی واٹ (ایل ایم / ڈبلیو) کے برائٹ افادیت کے ساتھ دستیاب پانچ واٹ ایل ای ڈی بنا دیا. مقابلے کے لئے، روایتی تاپدیپت روشنی بلب 60-100 واٹ کے ارد گرد 15 لاکھ / ڈبلیو، اور معیاری فلوروسینٹ لائٹس 100 لاکھ / ڈبلیو تک پہنچ جاتا ہے.

2012 تک، فلپس نے ہر رنگ کے لئے مندرجہ ذیل اثرات حاصل کیے ہیں. [56] کارکردگی کی افادیت فی طبیعیات - ہر برقی توانائی سے ہلکی طاقت ظاہر کرتی ہے. لیمن فی واٹ افادیت کی قیمت انسانی آنکھوں کی خصوصیات میں شامل ہوتی ہے اور برائٹائیت کی تقریب کے ذریعے حاصل کیا جاتا ہے .


رنگ طول و عرض کی حد (این ایم) عام کارکردگی کی گنجائش عام افادیت ( ایل ایم / ڈبلیو )

لال 620 <>λ <> 0.39 72

ریڈ سنتری 610 <>λ <> 0.29 98

سبز 520 <>λ <> 0.15 93

سنان 490 <>λ <> 0.26 75

بلیو 460 <>λ <> 0.35 37

ستمبر 2003 میں، 20 ملی میٹر (ایم اے) میں 24 میگاواٹ کیبل کو کری کی طرف سے ایک نئی قسم کی بلیو یلئڈی کا مظاہرہ کیا گیا. اس نے تجارتی طور پر پیکیج کردہ سفید روشنی کو 65 ایم ایم پر 20 ایم اے دے کر، اس وقت تجارتی سفید ایل ای ڈی تجارتی طور پر دستیاب ہو، اور معیاری برتنوں کے طور پر مؤثر طریقے سے چار گنا زیادہ سے زیادہ. 2006 میں، انہوں نے 20 ایم اے 131 131 / ایم ڈبلیو کے ریکارڈ سفید سفید برائٹ افادیت کے ساتھ ایک پروٹوٹائپ کا مظاہرہ کیا. نیچیا کارپوریشن نے 20 ایم اے کے آگے موجودہ پیش رفت میں 150 لاکھ / ڈبلیو کے برائٹ افادیت کے ساتھ ایک سفید ایل ای ڈی تیار کیا ہے. [57] کری کے XLamp XM-L ایل ای ڈی، جو 2011 میں تجارتی طور پر دستیاب ہیں، 10 لاکھ ان پٹ پاور پر 10 لاکھ، اور 160 LM / W تک 100 لاکھ / ڈبلیو پیداوار کرتے ہیں. 2012 میں، کری نے مارچ 2014 میں ایک سفید یلئڈی دینے والی 254 ایل ایم / ڈبلیو، [58] اور 303 ایل ایم / ڈبلیو کا اعلان کیا. [5 5] عملی طور پر عام روشنی کے علاوہ عام روشنی کے علاوہ ایک واٹ یا اس سے زیادہ اعلی طاقتور ایل ای ڈی کی ضرورت ہوتی ہے. اس طرح کے آلات کے لئے عام آپریٹنگ واٹس 350 میگاواٹ پر شروع ہوتے ہیں.

یہ صلاحیت صرف ہلکی جذباتی ڈایڈڈ کے لئے ہیں، لیبارٹری میں کم درجہ حرارت پر. چونکہ اصلی تنصیبات میں نصب ایل ای ڈی اعلی درجہ حرارت اور ڈرائیور کے نقصان کے ساتھ کام کرتی ہیں، دنیا کی حقیقی صلاحیت بہت کم ہے. تاپدیپت لیمپ یا سی ایل ایل کی جگہ لینے کے لئے ڈیزائن کردہ تجارتی ایل ای ڈی لیمپ کے ریاستی محکمہ توانائی (DOE) ٹیسٹنگ سے پتہ چلتا ہے کہ 2009 میں اوسط اثر و رسوخ اب بھی 46 لاکھ / و تھا. (17 لاکھ / W سے 79 لاکھ / ڈبلیو تک کی کارکردگی کی جانچ کی گئی). [60]

کارکردگی droop [ ترمیم ]

ایل ای ڈی کے برائٹ کارکردگی میں کارکردگی کمی کمی ہے کیونکہ ملی میٹر سے زائد بجلی کی موجودہ اضافہ میں اضافہ ہوتا ہے.

یہ اثر ابتدائی طور پر بلند درجہ حرارت سے متعلق ہونے کا نظریہ تھا. سائنسدانوں نے سچ ثابت ہونے کے برعکس ثابت کیا: اگرچہ ایل ای ڈی کی زندگی مختصر ہوجائے گی، کارکردگی کا خاتمہ بلند درجہ حرارت پر کم شدید ہے. [61] 2007 ء میں ایورر رییکرنشن کے طور پر کارکردگی میں کمی کے باعث میکانیزم کی شناخت کی گئی، جو مخلوط ردعمل کے ساتھ لیا گیا تھا. [62] 2013 میں، ایک مطالعہ نے اینڈرر کو دوبارہ کارکردگی کا مظاہرہ کرنے کی صلاحیت کی کمی کی وجہ سے. [63]

کم موثر ہونے کے علاوہ، اعلی برقی اجزاء پر آپریٹنگ ایل ای ڈی اعلی گرمی کی سطح پیدا کرتی ہے جو ایل ای ڈی کی زندگی میں سمجھوتے ہیں. اعلی واعظوں میں یہ بڑھتی ہوئی گرمی کی وجہ سے، اعلی چمک ایل ای ڈی میں صرف 350 ایم اے پر انڈسٹری کے معیاری کام ہے، جو روشنی پیداوار، کارکردگی اور لمبی عمر کے درمیان ایک معاہدہ ہے. [62] [64] [65] [66]

ممکنہ حل [ ترمیم ]

موجودہ سطحوں میں اضافہ کرنے کے بجائے، luminance عام طور پر ایک بلب میں ایک سے زیادہ ایل ای ڈی کے ساتھ مل کر اضافہ ہوتا ہے. کارکردگی کی کمی کے حل کو حل کرنے کا مطلب یہ ہوگا کہ گھریلو روشنی کے بلبوں کو کم ایل ای ڈی کی ضرورت ہو گی، جس میں قیمتوں میں نمایاں طور پر کمی ہوگی.

امریکی نیویارک ریسرچ لیبارٹری کے محققین نے کارکردگی کا خاتمہ کم کرنے کا ایک طریقہ پایا ہے. انھوں نے محسوس کیا کہ انجکشن انجکشن کیریئروں کے غیر تابکاری ایوارڈ سے متعلق پیدا ہوتا ہے. انہوں نے غیر تابکاری Auger کے عمل کو کم کرنے کے لئے نرم الجھن کی صلاحیت کے ساتھ مقدار میں کنوئیں پیدا کی ہیں. [67]

تائیوان نیشنل سینٹرل یونیورسٹی اور ایسٹسٹری کارپ کے محققین سیرامک الیمینیم نائٹائڈ (ایل این) سبسیٹس کا استعمال کرتے ہوئے کی طرف سے کارکردگی کی کمی کو کم کرنے کا ایک راستہ تیار کر رہے ہیں، جو تجارتی طورپر استعمال شدہ نیلمین سے کہیں زیادہ حرارتی عملدرآمد ہیں. اعلی تھرمل چالکتا خود حرارتی اثرات کو کم کرتا ہے. [68]

زندگی بھر اور ناکامی [ ترمیم ]

اہم مضمون: ایل ای ڈی کی ناکامی کے طریقوں کی فہرست

ایل ای ڈی جیسے ٹھوس ریاست کے آلات بہت محدود لباس کے تابع ہوتے ہیں اور اگر کم واعظوں اور کم درجہ حرارت پر کام کرتے ہیں تو اس سے آنسو . عام زندگیوں کا حوالہ دیا گیا ہے 25،000 سے 100،000 گھنٹے، لیکن گرمی اور موجودہ ترتیبات اس وقت نمایاں طور پر توسیع یا قارئین کرسکتے ہیں. [69]

ایل ای ڈی (اور ڈایڈڈ لیزر ) کی ناکامی کا سب سے عام علامہ روشنی کی پیداوار اور کارکردگی کا نقصان آہستہ آہستہ کم ہے. اچانک ناکامی، اگرچہ نایاب بھی ہوسکتا ہے. ابتدائی سرخ ایل ای ڈی ان کی مختصر سروس کی زندگی کے لئے قابل ذکر تھے. ہائی پاور ایل ای ڈی کی ترقی کے ساتھ، آلات اعلی درجہ حرارت درجہ حرارت اور روایتی آلات کے مقابلے میں موجودہ موجودہ کثرت سے منسلک ہوتے ہیں. یہ مواد پر کشیدگی کا سبب بنتا ہے اور اس کی وجہ سے روشنی کی پیداوار کی خرابی کا باعث بن سکتا ہے. معیاری انداز میں مفید زندگی بھر میں مفید طور پر درجہ بندی کرنے کے لئے یہ L70 یا L50 استعمال کرنے کا مشورہ دیا گیا ہے، جس میں رن ٹائم (عام طور پر ہزاروں گھنٹے میں) ہیں، جس میں دیئے گئے ایل ای ڈی ابتدائی روشنی کی پیداوار میں 70٪ اور 50٪ تک پہنچ جاتے ہیں. [70]

جبکہ روشنی کے زیادہ سے زیادہ پچھلے ذرائع (تاپدیپت لیمپ، خارج ہونے والی لیمپ، اور جنہوں نے آٹوموبائل ایندھن جلا دیا ہے، مثال کے طور پر موم بتیوں اور تیل کی لیمپ) روشنی کی روشنی گرمی کے نتیجے میں، صرف ایل ای ڈی کام کرتے ہیں اگر وہ کافی ٹھنڈا رہیں. کارخانہ دار عام طور پر 125 یا 150 ° C کی زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت کا درجہ، اور لمبی زندگی کے مفادات میں کم درجہ حرارت کی مشورہ دیتے ہیں. ان درجہ حرارت پر، نسبتا کم گرمی تابکاری سے کھو جاتا ہے، جس کا مطلب یہ ہے کہ ایل ای ڈی کی طرف سے پیدا ہونے والی روشنی بیم ٹھنڈی ہے.

ایل ای ڈی کی ایک اعلی طاقت میں فضلہ گرمی (جس میں 2015 کی نصف توانائی سے کم ہوسکتی ہے) ایندھن کی سب سیزٹ اور پیکیج کے ذریعہ اس کی نشاندہی کی جاتی ہے، جو گرمی کو گرمی دیتا ہے. شنک کی طرف سے ہوا. لہذا، احتیاطی تدریجی ڈیزائن، ضروری ہے، ایل ای ڈی کے پیکیج کے تھرمل ریزورٹس، گرمی سنک اور دونوں کے درمیان انٹرفیس اکاؤنٹ میں لے جا رہے ہیں. میڈیم پاور ایل ای ڈی اکثر اکثر براہ راست ایک چھپی ہوئی سرکٹ بورڈ میں سولڈرڈ کرنے کے لئے ڈیزائن کیا جاتا ہے، جس میں تھرمل طور پر conductive دھاتی پرت شامل ہے. ہائی پاور ایل ای ڈی بڑے پیمانے پر سیرامک پیکجوں میں پیک کیا جاتا ہے جو دھاتی گرمی سنک کے ساتھ منسلک ہونے کے لئے تیار ہوتے ہیں ، انٹرفیس اعلی تھرمل چالکتا ( تھرمل چکنائی ، مرحلے کی تبدیلی کا مواد ، حرارتی چالکائی پیڈ یا تھرمل چپکنے والی ) کے ساتھ مواد بناتا ہے .

اگر ایل ای ڈی کی بنیاد پر چراغ کسی غیر منحصر لیمینائر میں نصب کیا جاتا ہے، یا ایک ماحول میں واقع لومینائر واقع ہے جو مفت ہوا گردش نہیں ہے تو، ایل ای ڈی زیادہ سے زیادہ ہے، جس سے نتیجے میں زندگی یا ابتدائی تباہی ناکام ہو جاتی ہے. حرارتی ڈیزائن اکثر 25 ° C (77 ° F) کے ایک وسیع درجہ حرارت پر مبنی ہے. بیرونی ایپلی کیشنز میں استعمال ہونے والی ایل ای ڈی جیسے ٹریفک سگنل یا انفکریٹ سگنل لائٹس، اور موسمیات میں جہاں روشنی کی حقیقت کے اندر درجہ حرارت بہت زیادہ ہو جاتا ہے، پیداوار میں کمی یا اس سے بھی ناکام ہو سکتا ہے. [71]

چونکہ کم درجہ حرارت پر ایل ای ڈی کی افادیت زیادہ ہے، ایل ای ڈی ٹیکنالوجی سپر مارکیٹ فریزر لائٹنگ کے لئے مناسب ہے. [72] [73] [74] کیونکہ ایل ای ڈی تاپدیپت لیمپ کے مقابلے میں کم فضلہ گرمی پیدا کرتی ہیں، فریزر میں ان کا استعمال بھی ریفریجریشن کے اخراجات کو بھی بچاتا ہے. تاہم، وہ تاپدیپت لیمپ کے مقابلے میں ٹھنڈ اور برف کی تعمیر کے لئے زیادہ حساس ہوسکتے ہیں [71] لہذا کچھ ایل ای ڈی کے نظم روشنی کے نظام کو اضافی حرارتی سرکٹ کے ساتھ ڈیزائن کیا گیا ہے. اس کے علاوہ، تحقیق نے گرمی سنک کی تکنیک تیار کی ہے جس میں روشنی کی حقیقت کے مناسب علاقوں میں جنکشن کے اندر پیدا ہونے والی گرمی کی منتقلی ہوگی. [75]

رنگ اور مواد [ ترمیم ]

روایتی ایل ای ڈی مختلف قسم کے غیر نامکمل سیمکولیڈٹر مواد سے بنا رہے ہیں. مندرجہ ذیل ٹیبل دستیاب رنگوں کو وولٹیج کی حد، وولٹیج ڈراپ اور مواد کے ساتھ دکھاتی ہے.


رنگ طول و عرض [این ایم] وولٹیج ڈراپ [ΔV] سیمکولیٹر مواد

اورکت λ > 760 Δ وی <> گیلیمیم آسنسنڈ (گے)
ایلومینیم گیلیلیم آرسنڈائڈ (ایل جی اے اے)

لال 610 <>λ <> 1.63 <δ>وی <> ایلومینیم گیلیلیم آرسنڈائڈ (ایل جی اے اے)
گیلیمیم آئرسنڈ فاسفائڈ (GaAsP)
ایلومینیم گیلیلیم انڈیم فاسفائڈ (AlGaInP)
گیلیمیم (III) فاسفائڈ (گیپ)

مالٹا 590 <>λ <> 2.03 <δ>V <> گیلیمیم آئرسنڈ فاسفائڈ (GaAsP)
ایلومینیم گیلیلیم انڈیم فاسفائڈ (AlGaInP)
گیلیمیم (III) فاسفائڈ (گیپ)

پیلا 570 <>λ <> 2.10 <δ>V <> گیلیمیم آئرسنڈ فاسفائڈ (GaAsP)
ایلومینیم گیلیلیم انڈیم فاسفائڈ (AlGaInP)
گیلیمیم (III) فاسفائڈ (گیپ)

سبز 500 <>λ <> 1.9 [76] <δ>وی <> روایتی سبز:
گیلیمیم (III) فاسفائڈ (گیپ)
ایلومینیم گیلیلیم انڈیم فاسفائڈ (AlGaInP)
ایلومینیم گیلیلیم فاسفائڈ (ایل جی اے پی)
خالص سبز:
انڈیمیم گیلیلیم نائٹائڈ (انجن) / گیلیم (III) نائٹائڈ (گان)

بلیو 450 <>λ <> 2.48 <δ>وی <> زنک سیلینڈ (ZnSe)
انڈیمیم گیلیل نائٹائڈ (انجن)
سلیکن کاربائڈ (سی سی سی) سبسیٹیٹ کے طور پر
سلیکن (س) ترقی کے تحت سبسویٹٹ کے تحت

وایلیٹ 400 <>λ <> 2.76 <δ>وی <> انڈیمیم گیلیل نائٹائڈ (انجن)

جامنی ایک سے زیادہ اقسام 2.48 <δ>وی <> دوہری نیلے / سرخ ایل ای ڈی،
سرخ فاسفر کے ساتھ نیلے رنگ،
یا جامنی رنگ کے پلاسٹک کے ساتھ سفید

الٹراویلیٹ λ <> 3 <δ>وی <> Indium gallium nitride (InGaN) (385-400 nm)

Diamond (235 nm) [77]
Boron nitride (215 nm) [78] [79]
Aluminium nitride (AlN) (210 nm) [80]
Aluminium gallium nitride (AlGaN)
Aluminium gallium indium nitride (AlGaInN)—down to 210 nm [81]


Pink Multiple types Δ V ~ 3.3 [82] Blue with one or two phosphor layers,
yellow with red, orange or pink phosphor added afterwards,

white with pink plastic,
or white phosphors with pink pigment or dye over top. [83]


وائٹ Broad spectrum 2.8 < δ="">V <> Cool / Pure White: Blue/UV diode with yellow phosphor
Warm White: Blue diode with orange phosphor

Blue and ultraviolet [ edit ]

Blue LEDs

External video
Herb Maruska original blue LED College of New Jersey Sarnoff Collection.png
“The Original Blue LED” , Chemical Heritage Foundation

The first blue-violet LED using magnesium-doped gallium nitride was made at Stanford University in 1972 by Herb Maruska and Wally Rhines, doctoral students in materials science and engineering. [84] [85] At the time Maruska was on leave from RCA Laboratories , where he collaborated with Jacques Pankove on related work. In 1971, the year after Maruska left for Stanford, his RCA colleagues Pankove and Ed Miller demonstrated the first blue electroluminescence from zinc-doped gallium nitride, though the subsequent device Pankove and Miller built, the first actual gallium nitride light-emitting diode, emitted green light. [86] [87] In 1974 the US Patent Office awarded Maruska, Rhines and Stanford professor David Stevenson a patent for their work in 1972 (US Patent US3819974 A ) and today magnesium-doping of gallium nitride continues to be the basis for all commercial blue LEDs and laser diodes. These devices built in the early 1970s had too little light output to be of practical use and research into gallium nitride devices slowed. In August 1989, Cree introduced the first commercially available blue LED based on the indirect bandgap semiconductor, silicon carbide (SiC). [88] SiC LEDs had very low efficiency, no more than about 0.03%, but did emit in the blue portion of the visible light spectrum. [ citation needed ]

In the late 1980s, key breakthroughs in GaN epitaxial growth and p-type doping [89] ushered in the modern era of GaN-based optoelectronic devices. Building upon this foundation, Theodore Moustakas at Boston University patented a method for producing high-brightness blue LEDs using a new two-step process. [90] Two years later, in 1993, high-brightness blue LEDs were demonstrated again by Shuji Nakamura of Nichia Corporation using a gallium nitride growth process similar to Moustakas's. [91] Both Moustakas and Nakamura were issued separate patents, which confused the issue of who was the original inventor (partly because although Moustakas invented his first, Nakamura filed first). [ citation needed ] This new development revolutionized LED lighting, making high-power blue light sources practical, leading to the development of technologies like Blu-ray , as well as allowing the bright high-resolution screens of modern tablets and phones. [ citation needed ]

Nakamura was awarded the 2006 Millennium Technology Prize for his invention. [92] Nakamura, Hiroshi Amano and Isamu Akasaki were awarded the Nobel Prize in Physics in 2014 for the invention of the blue LED. [93] [94] [95] In 2015, a US court ruled that three companies (ie the litigants who had not previously settled out of court) that had licensed Nakamura's patents for production in the United States had infringed Moustakas's prior patent, and ordered them to pay licensing fees of not less than 13 million USD. [96]

By the late 1990s, blue LEDs became widely available. They have an active region consisting of one or more InGaN quantum wells sandwiched between thicker layers of GaN, called cladding layers. By varying the relative In/Ga fraction in the InGaN quantum wells, the light emission can in theory be varied from violet to amber. Aluminium gallium nitride (AlGaN) of varying Al/Ga fraction can be used to manufacture the cladding and quantum well layers for ultraviolet LEDs, but these devices have not yet reached the level of efficiency and technological maturity of InGaN/GaN blue/green devices. If un-alloyed GaN is used in this case to form the active quantum well layers, the device will emit near-ultraviolet light with a peak wavelength centred around 365 nm. Green LEDs manufactured from the InGaN/GaN system are far more efficient and brighter than green LEDs produced with non-nitride material systems, but practical devices still exhibit efficiency too low for high-brightness applications. [ citation needed ]

With nitrides containing aluminium, most often AlGaN and AlGaInN , even shorter wavelengths are achievable. Ultraviolet LEDs in a range of wavelengths are becoming available on the market. Near-UV emitters at wavelengths around 375–395 nm are already cheap and often encountered, for example, as black light lamp replacements for inspection of anti- counterfeiting UV watermarks in some documents and paper currencies. Shorter-wavelength diodes, while substantially more expensive, are commercially available for wavelengths down to 240 nm. [97] As the photosensitivity of microorganisms approximately matches the absorption spectrum of DNA , with a peak at about 260 nm, UV LED emitting at 250–270 nm are to be expected in prospective disinfection and sterilization devices. Recent research has shown that commercially available UVA LEDs (365 nm) are already effective disinfection and sterilization devices. [98] UV-C wavelengths were obtained in laboratories using aluminium nitride (210 nm), [80] boron nitride (215 nm) [78] [79] and diamond (235 nm). [77]

RGB [ edit ]

RGB-SMD-LED

RGB LEDs consist of one red, one green, and one blue LED. By independently adjusting each of the three, RGB LEDs are capable of producing a wide color gamut . Unlike dedicated-color LEDs, however, these obviously do not produce pure wavelengths. Moreover, such modules as commercially available are often not optimized for smooth color mixing.

White [ edit ]

There are two primary ways of producing white light-emitting diodes (WLEDs), LEDs that generate high-intensity white light. One is to use individual LEDs that emit three primary colors [99] —red, green, and blue—and then mix all the colors to form white light. The other is to use a phosphor material to convert monochromatic light from a blue or UV LED to broad-spectrum white light, much in the same way a fluorescent light bulb works. It is important to note that the 'whiteness' of the light produced is essentially engineered to suit the human eye, and depending on the situation it may not always be appropriate to think of it as white light.

There are three main methods of mixing colors to produce white light from an LED:

  • blue LED + green LED + red LED (color mixing; can be used as backlighting for displays, extremely poor for illumination due to gaps in spectrum)

  • near-UV or UV LED + RGB phosphor (an LED producing light with a wavelength shorter than blue's is used to excite an RGB phosphor)

  • blue LED + yellow phosphor (two complementary colors combine to form white light; more efficient than first two methods and more commonly used) [100]

Because of metamerism , it is possible to have quite different spectra that appear white. However, the appearance of objects illuminated by that light may vary as the spectrum varies, this is the issue of Colour rendition, quite separate from Colour Temperature, where a really orange or cyan object could appear with the wrong colour and much darker as the LED or phosphor does not emit the wavelength. The best colour rendition CFL and LEDs use a mix of phosphors, resulting in less efficiency but better quality of light. Though incandescent halogen lamps have a more orange colour temperature, they are still the best easily available artificial light sources in terms of colour rendition.

RGB systems [ edit ]

Combined spectral curves for blue, yellow-green, and high-brightness red solid-state semiconductor LEDs. FWHM spectral bandwidth is approximately 24–27 nm for all three colors.



RGB LED

White light can be formed by mixing differently colored lights; the most common method is to use red, green, and blue (RGB). Hence the method is called multi-color white LEDs (sometimes referred to as RGB LEDs). Because these need electronic circuits to control the blending and diffusion of different colors, and because the individual color LEDs typically have slightly different emission patterns (leading to variation of the color depending on direction) even if they are made as a single unit, these are seldom used to produce white lighting. Nonetheless, this method has many applications because of the flexibility of mixing different colors, [101] and in principle, this mechanism also has higher quantum efficiency in producing white light. [ citation needed ]

There are several types of multi-color white LEDs: di- , tri- , and tetrachromatic white LEDs. Several key factors that play among these different methods include color stability, color rendering capability, and luminous efficacy. Often, higher efficiency will mean lower color rendering, presenting a trade-off between the luminous efficacy and color rendering. For example, the dichromatic white LEDs have the best luminous efficacy (120 lm/W), but the lowest color rendering capability. However, although tetrachromatic white LEDs have excellent color rendering capability, they often have poor luminous efficacy. Trichromatic white LEDs are in between, having both good luminous efficacy (>70 lm/W) and fair color rendering capability.

One of the challenges is the development of more efficient green LEDs. The theoretical maximum for green LEDs is 683 lumens per watt but as of 2010 few green LEDs exceed even 100 lumens per watt. The blue and red LEDs get closer to their theoretical limits.

Multi-color LEDs offer not merely another means to form white light but a new means to form light of different colors. Most perceivable colors can be formed by mixing different amounts of three primary colors. This allows precise dynamic color control. As more effort is devoted to investigating this method, multi-color LEDs should have profound influence on the fundamental method that we use to produce and control light color. However, before this type of LED can play a role on the market, several technical problems must be solved. These include that this type of LED's emission power decays exponentially with rising temperature, [102] resulting in a substantial change in color stability. Such problems inhibit and may preclude industrial use. Thus, many new package designs aimed at solving this problem have been proposed and their results are now being reproduced by researchers and scientists. However multi-colour LEDs without phosphors can never provide good quality lighting because each LED is a narrow band source (see graph). LEDs without phosphor while a poorer solution for general lighting are the best solution for displays, either backlight of LCD, or direct LED based pixels.

Correlated color temperature (CCT) dimming for LED technology is regarded as a difficult task since binning, age and temperature drift effects of LEDs change the actual color value output. Feedback loop systems are used for example with color sensors, to actively monitor and control the color output of multiple color mixing LEDs. [103]

Phosphor-based LEDs [ edit ]

Spectrum of a white LED showing blue light directly emitted by the GaN-based LED (peak at about 465 nm) and the more broadband Stokes-shifted light emitted by the Ce 3+ :YAG phosphor, which emits at roughly 500–700 nm

This method involves coating LEDs of one color (mostly blue LEDs made of InGaN ) with phosphors of different colors to form white light; the resultant LEDs are called phosphor-based or phosphor-converted white LEDs (pcLEDs). [104] A fraction of the blue light undergoes the Stokes shift being transformed from shorter wavelengths to longer. Depending on the color of the original LED, phosphors of different colors can be employed. If several phosphor layers of distinct colors are applied, the emitted spectrum is broadened, effectively raising the color rendering index (CRI) value of a given LED. [105]

Phosphor-based LED efficiency losses are due to the heat loss from the Stokes shift and also other phosphor-related degradation issues. Their luminous efficacies compared to normal LEDs depend on the spectral distribution of the resultant light output and the original wavelength of the LED itself. For example, the luminous efficacy of a typical YAG yellow phosphor based white LED ranges from 3 to 5 times the luminous efficacy of the original blue LED because of the human eye's greater sensitivity to yellow than to blue (as modeled in the luminosity function ). Due to the simplicity of manufacturing, the phosphor method is still the most popular method for making high-intensity white LEDs. The design and production of a light source or light fixture using a monochrome emitter with phosphor conversion is simpler and cheaper than a complex RGB system, and the majority of high-intensity white LEDs presently on the market are manufactured using phosphor light conversion.

Among the challenges being faced to improve the efficiency of LED-based white light sources is the development of more efficient phosphors. As of 2010, the most efficient yellow phosphor is still the YAG phosphor, with less than 10% Stokes shift loss. Losses attributable to internal optical losses due to re-absorption in the LED chip and in the LED packaging itself account typically for another 10% to 30% of efficiency loss. Currently, in the area of phosphor LED development, much effort is being spent on optimizing these devices to higher light output and higher operation temperatures. For instance, the efficiency can be raised by adapting better package design or by using a more suitable type of phosphor. Conformal coating process is frequently used to address the issue of varying phosphor thickness.

Some phosphor-based white LEDs encapsulate InGaN blue LEDs inside phosphor-coated epoxy. Alternatively, the LED might be paired with a remote phosphor, a preformed polycarbonate piece coated with the phosphor material. Remote phosphors provide more diffuse light, which is desirable for many applications. Remote phosphor designs are also more tolerant of variations in the LED emissions spectrum. A common yellow phosphor material is cerium - doped yttrium aluminium garnet (Ce 3+ :YAG).

White LEDs can also be made by coating near- ultraviolet (NUV) LEDs with a mixture of high-efficiency europium -based phosphors that emit red and blue, plus copper and aluminium-doped zinc sulfide (ZnS:Cu, Al) that emits green. This is a method analogous to the way fluorescent lamps work. This method is less efficient than blue LEDs with YAG:Ce phosphor, as the Stokes shift is larger, so more energy is converted to heat, but yields light with better spectral characteristics, which render color better. Due to the higher radiative output of the ultraviolet LEDs than of the blue ones, both methods offer comparable brightness. A concern is that UV light may leak from a malfunctioning light source and cause harm to human eyes or skin.

Other white LEDs [ edit ]

Another method used to produce experimental white light LEDs used no phosphors at all and was based on homoepitaxially grown zinc selenide (ZnSe) on a ZnSe substrate that simultaneously emitted blue light from its active region and yellow light from the substrate. [106]

A new style of wafers composed of gallium-nitride-on-silicon (GaN-on-Si) is being used to produce white LEDs using 200-mm silicon wafers. This avoids the typical costly sapphire substrate in relatively small 100- or 150-mm wafer sizes. [107] The sapphire apparatus must be coupled with a mirror-like collector to reflect light that would otherwise be wasted. It is predicted that by 2020, 40% of all GaN LEDs will be made with GaN-on-Si. Manufacturing large sapphire material is difficult, while large silicon material is cheaper and more abundant. LED companies shifting from using sapphire to silicon should be a minimal investment. [108]

Organic light-emitting diodes (OLEDs) [ edit ]

Main article: Organic light-emitting diode

Demonstration of a flexible OLED device

Orange light-emitting diode

In an organic light-emitting diode ( OLED ), the electroluminescent material comprising the emissive layer of the diode is an organic compound . The organic material is electrically conductive due to the delocalization of pi electrons caused by conjugation over all or part of the molecule, and the material therefore functions as an organic semiconductor . [109] The organic materials can be small organic molecules in a crystalline phase , or polymers . [110]

The potential advantages of OLEDs include thin, low-cost displays with a low driving voltage, wide viewing angle, and high contrast and color gamut. [111] Polymer LEDs have the added benefit of printable and flexible displays. [112] [113] [114] OLEDs have been used to make visual displays for portable electronic devices such as cellphones, digital cameras, and MP3 players while possible future uses include lighting and televisions. [110] [111]

Quantum dot LEDs [ edit ]

See also: quantum dot display

Quantum dots (QD) are semiconductor nanocrystals whose optical properties allow their emission color to be tuned from the visible into the infrared spectrum. [115] [116] This allows quantum dot LEDs to create almost any color on the CIE diagram. This provides more color options and better color rendering than white LEDs since the emission spectrum is much narrower, characteristic of quantum confined states.

There are two types of schemes for QD excitation. One uses photo excitation with a primary light source LED (typically blue or UV LEDs are used). The other is direct electrical excitation first demonstrated by Alivisatos et al. [117]

One example of the photo-excitation scheme is a method developed by Michael Bowers, at Vanderbilt University in Nashville, involving coating a blue LED with quantum dots that glow white in response to the blue light from the LED. This method emits a warm, yellowish-white light similar to that made by incandescent light bulbs . [118] Quantum dots are also being considered for use in white light-emitting diodes in liquid crystal display (LCD) televisions. [119]

In February 2011 scientists at PlasmaChem GmbH were able to synthesize quantum dots for LED applications and build a light converter on their basis, which was able to efficiently convert light from blue to any other color for many hundred hours. [120] Such QDs can be used to emit visible or near infrared light of any wavelength being excited by light with a shorter wavelength.

The structure of QD-LEDs used for the electrical-excitation scheme is similar to basic design of OLEDs . A layer of quantum dots is sandwiched between layers of electron-transporting and hole-transporting materials. An applied electric field causes electrons and holes to move into the quantum dot layer and recombine forming an exciton that excites a QD. This scheme is commonly studied for quantum dot display . The tunability of emission wavelengths and narrow bandwidth is also beneficial as excitation sources for fluorescence imaging. Fluorescence near-field scanning optical microscopy ( NSOM ) utilizing an integrated QD-LED has been demonstrated. [121]

In February 2008, a luminous efficacy of 300 lumens of visible light per watt of radiation (not per electrical watt) and warm-light emission was achieved by using nanocrystals . [122]

Types [ edit ]

LEDs are produced in a variety of shapes and sizes. The color of the plastic lens is often the same as the actual color of light emitted, but not always. For instance, purple plastic is often used for infrared LEDs, and most blue devices have colorless housings. Modern high-power LEDs such as those used for lighting and backlighting are generally found in surface-mount technology (SMT) packages (not shown).

The main types of LEDs are miniature, high-power devices and custom designs such as alphanumeric or multi-color. [123]

Miniature [ edit ]

Photo of miniature surface mount LEDs in most common sizes. They can be much smaller than a traditional 5 mm lamp type LED which is shown on the upper left corner.


Very small (1.6x1.6x0.35 mm) red, green, and blue surface mount miniature LED package with gold wire bonding details.

These are mostly single-die LEDs used as indicators, and they come in various sizes from 2 mm to 8 mm, through-hole and surface mount packages. They usually do not use a separate heat sink . [124] Typical current ratings range from around 1 mA to above 20 mA. The small size sets a natural upper boundary on power consumption due to heat caused by the high current density and need for a heat sink. Often daisy chained as used in LED tapes .

Common package shapes include round, with a domed or flat top, rectangular with a flat top (as used in bar-graph displays), and triangular or square with a flat top. The encapsulation may also be clear or tinted to improve contrast and viewing angle.

Researchers at the University of Washington have invented the thinnest LED. It is made of two-dimensional (2-D) flexible materials. It is three atoms thick, which is 10 to 20 times thinner than three-dimensional (3-D) LEDs and is also 10,000 times smaller than the thickness of a human hair. These 2-D LEDs are going to make it possible to create smaller, more energy-efficient lighting, optical communication and nano lasers . [125]

There are three main categories of miniature single die LEDs:

Low-current


Typically rated for 2mA at around 2V (approximately 4mW consumption)

Standard 20mA LEDs (ranging from approximately 40mW to 90mW) at around:
  • 1.9 to 2.1V for red, orange, yellow, and traditional green

  • 3.0 to 3.4V for pure green and blue

  • 2.9 to 4.2V for violet, pink, purple and white

Ultra-high-output


20mA at approximately 2 or 4–5V, designed for viewing in direct sunlight 5V and 12VLEDs are ordinary miniature LEDs that incorporate a suitable series   resistor for direct connection to a 5V or 12V supply.

High-power [ edit ]

High-power light-emitting diodes attached to an LED star base ( Luxeon , Lumileds )See also: Solid-state lighting , LED lamp , and Thermal management of high-power LEDs

High-power LEDs (HP-LEDs) or high-output LEDs (HO-LEDs) can be driven at currents from hundreds of mA to more than an ampere, compared with the tens of mA for other LEDs. Some can emit over a thousand lumens. [126] [127] LED power densities up to 300 W/cm 2 have been achieved. [128] Since overheating is destructive, the HP-LEDs must be mounted on a heat sink to allow for heat dissipation. If the heat from an HP-LED is not removed, the device will fail in seconds. One HP-LED can often replace an incandescent bulb in a flashlight , or be set in an array to form a powerful LED lamp .

Some well-known HP-LEDs in this category are the Nichia 19 series, Lumileds Rebel Led, Osram Opto Semiconductors Golden Dragon, and Cree X-lamp. As of September 2009, some HP-LEDs manufactured by Cree now exceed 105 lm/W. [129]

Examples for Haitz's law , which predicts an exponential rise in light output and efficacy of LEDs over time, are the CREE XP-G series LED which achieved 105 lm/W in 2009 [129] and the Nichia 19 series with a typical efficacy of 140 lm/W, released in 2010. [130]

AC driven [ edit ]

LEDs have been developed by Seoul Semiconductor that can operate on AC power without the need for a DC converter. For each half-cycle, part of the LED emits light and part is dark, and this is reversed during the next half-cycle. The efficacy of this type of HP-LED is typically 40 lm/W. [131] A large number of LED elements in series may be able to operate directly from line voltage. In 2009, Seoul Semiconductor released a high DC voltage LED, named as 'Acrich MJT', capable of being driven from AC power with a simple controlling circuit. The low-power dissipation of these LEDs affords them more flexibility than the original AC LED design. [132]

Application-specific variations [ edit ]

Flashing [ edit ]

Flashing LEDs are used as attention seeking indicators without requiring external electronics. Flashing LEDs resemble standard LEDs but they contain an integrated multivibrator circuit that causes the LED to flash with a typical period of one second. In diffused lens LEDs, this circuit is visible as a small black dot. Most flashing LEDs emit light of one color, but more sophisticated devices can flash between multiple colors and even fade through a color sequence using RGB color mixing.

Bi-color [ edit ]

Bi-color LEDs contain two different LED emitters in one case. There are two types of these. One type consists of two dies connected to the same two leads antiparallel to each other. Current flow in one direction emits one color, and current in the opposite direction emits the other color. The other type consists of two dies with separate leads for both dies and another lead for common anode or cathode so that they can be controlled independently. The most common bi-color combination is red/traditional green, however, other available combinations include amber/traditional green, red/pure green, red/blue, and blue/pure green.

Tri-color [ edit ]

Tri-color LEDs contain three different LED emitters in one case. Each emitter is connected to a separate lead so they can be controlled independently. A four-lead arrangement is typical with one common lead (anode or cathode) and an additional lead for each color.

RGB [ edit ]

RGB LEDs are tri-color LEDs with red, green, and blue emitters, in general using a four-wire connection with one common lead (anode or cathode). These LEDs can have either common positive or common negative leads. Others, however, have only two leads (positive and negative) and have a built-in tiny electronic control unit .

Decorative-multicolor [ edit ]

Decorative-multicolor LEDs incorporate several emitters of different colors supplied by only two lead-out wires. Colors are switched internally by varying the supply voltage.

Alphanumeric [ edit ]

Alphanumeric LEDs are available in seven-segment , starburst , and dot-matrix format. Seven-segment displays handle all numbers and a limited set of letters. Starburst displays can display all letters. Dot-matrix displays typically use 5x7 pixels per character. Seven-segment LED displays were in widespread use in the 1970s and 1980s, but rising use of liquid crystal displays , with their lower power needs and greater display flexibility, has reduced the popularity of numeric and alphanumeric LED displays.

Digital-RGB [ edit ]

Digital-RGB LEDs are RGB LEDs that contain their own "smart" control electronics. In addition to power and ground, these provide connections for data-in, data-out, and sometimes a clock or strobe signal. These are connected in a daisy chain , with the data in of the first LED sourced by a microprocessor, which can control the brightness and color of each LED independently of the others. They are used where a combination of maximum control and minimum visible electronics are needed such as strings for Christmas and LED matrices. Some even have refresh rates in the kHz range, allowing for basic video applications.

Filament [ edit ]

An LED filament consists of multiple LED chips connected in series on a common longitudinal substrate that forms a thin rod reminiscent of a traditional incandescent filament. [133] These are being used as a low-cost decorative alternative for traditional light bulbs that are being phased out in many countries. The filaments require a rather high voltage to light to nominal brightness, allowing them to work efficiently and simply with mains voltages. Often a simple rectifier and capacitive current limiting are employed to create a low-cost replacement for a traditional light bulb without the complexity of creating a low voltage, high current converter which is required by single die LEDs. [134] Usually, they are packaged in a sealed enclosure with a shape similar to lamps they were designed to replace (eg a bulb) and filled with inert nitrogen or carbon dioxide gas to remove heat efficiently.

Considerations for use [ edit ]

Power sources [ edit ]

Main article: LED power sources

Simple LED circuit with resistor for current limiting

The current–voltage characteristic of an LED is similar to other diodes, in that the current is dependent exponentially on the voltage (see Shockley diode equation ). This means that a small change in voltage can cause a large change in current. [135] If the applied voltage exceeds the LED's forward voltage drop by a small amount, the current rating may be exceeded by a large amount, potentially damaging or destroying the LED. The typical solution is to use constant-current power supplies to keep the current below the LED's maximum current rating. Since most common power sources (batteries, mains) are constant-voltage sources, most LED fixtures must include a power converter, at least a current-limiting resistor. However, the high resistance of three-volt coin cells combined with the high differential resistance of nitride-based LEDs makes it possible to power such an LED from such a coin cell without an external resistor.

Electrical polarity [ edit ]

Main article: Electrical polarity of LEDs

As with all diodes, current flows easily from p-type to n-type material. [136] However, no current flows and no light is emitted if a small voltage is applied in the reverse direction. If the reverse voltage grows large enough to exceed the breakdown voltage , a large current flows and the LED may be damaged. If the reverse current is sufficiently limited to avoid damage, the reverse-conducting LED is a useful noise diode .

Safety and health [ edit ]

The vast majority of devices containing LEDs are "safe under all conditions of normal use", and so are classified as "Class 1 LED product"/"LED Klasse 1". At present, only a few LEDs—extremely bright LEDs that also have a tightly focused viewing angle of 8° or less—could, in theory, cause temporary blindness, and so are classified as "Class 2". [137] The opinion of the French Agency for Food, Environmental and Occupational Health & Safety (ANSES) of 2010, on the health issues concerning LEDs, suggested banning public use of lamps which were in the moderate Risk Group 2, especially those with a high blue component in places frequented by children. [138] In general, laser safety regulations—and the "Class 1", "Class 2", etc. system—also apply to LEDs. [139]

While LEDs have the advantage over fluorescent lamps that they do not contain mercury , they may contain other hazardous metals such as lead and arsenic . Regarding the toxicity of LEDs when treated as waste, a study published in 2011 stated: "According to federal standards, LEDs are not hazardous except for low-intensity red LEDs, which leached Pb [lead] at levels exceeding regulatory limits (186 mg/L; regulatory limit: 5). However, according to California regulations, excessive levels of copper (up to 3892 mg/kg; limit: 2500), lead (up to 8103 mg/kg; limit: 1000), nickel (up to 4797 mg/kg; limit: 2000), or silver (up to 721 mg/kg; limit: 500) render all except low-intensity yellow LEDs hazardous." [140]

In 2016 a statement of the American Medical Association (AMA) concerning the possible influence of blueish street lighting on the sleep-wake cycle of city-dwellers led to some controversy. So far high-pressure sodium lamps (HPS) with an orange light spectrum were the most efficient light sources commonly used in street-lighting. Now many modern street lamps are equipped with Indium gallium nitride LEDs (InGaN). These are even more efficient and mostly emit blue-rich light with a higher correlated color temperature (CCT) . Since light with a high CCT resembles daylight it is thought that this might have an effect on the normal circadian physiology by suppressing melatonin production in the human body. There have been no relevant studies as yet and critics claim exposure levels are not high enough to have a noticeable effect. [141]

Advantages [ edit ]

  • Efficiency: LEDs emit more lumens per watt than incandescent light bulbs. [142] The efficiency of LED lighting fixtures is not affected by shape and size, unlike fluorescent light bulbs or tubes.

  • Color: LEDs can emit light of an intended color without using any color filters as traditional lighting methods need. This is more efficient and can lower initial costs.

  • Size: LEDs can be very small (smaller than 2 mm 2 [143] ) and are easily attached to printed circuit boards.

  • Warmup time: LEDs light up very quickly. A typical red indicator LED will achieve full brightness in under a microsecond . [144] LEDs used in communications devices can have even faster response times.

  • Cycling: LEDs are ideal for uses subject to frequent on-off cycling, unlike incandescent and fluorescent lamps that fail faster when cycled often, or high-intensity discharge lamps (HID lamps) that require a long time before restarting.

  • Dimming: LEDs can very easily be dimmed either by pulse-width modulation or lowering the forward current. [145] This pulse-width modulation is why LED lights, particularly headlights on cars, when viewed on camera or by some people, appear to be flashing or flickering. This is a type of stroboscopic effect .

  • Cool light: In contrast to most light sources, LEDs radiate very little heat in the form of IR that can cause damage to sensitive objects or fabrics. Wasted energy is dispersed as heat through the base of the LED.

  • Slow failure: LEDs mostly fail by dimming over time, rather than the abrupt failure of incandescent bulbs. [69]

  • Lifetime: LEDs can have a relatively long useful life. One report estimates 35,000 to 50,000 hours of useful life, though time to complete failure may be longer. [146] Fluorescent tubes typically are rated at about 10,000 to 15,000 hours, depending partly on the conditions of use, and incandescent light bulbs at 1,000 to 2,000 hours. Several DOE demonstrations have shown that reduced maintenance costs from this extended lifetime, rather than energy savings, is the primary factor in determining the payback period for an LED product. [147]

  • Shock resistance: LEDs, being solid-state components, are difficult to damage with external shock, unlike fluorescent and incandescent bulbs, which are fragile.

  • Focus: The solid package of the LED can be designed to focus its light. Incandescent and fluorescent sources often require an external reflector to collect light and direct it in a usable manner. For larger LED packages total internal reflection (TIR) lenses are often used to the same effect. However, when large quantities of light are needed many light sources are usually deployed, which are difficult to focus or collimate towards the same target.

Disadvantages [ edit ]

  • Initial price: LEDs are currently slightly more expensive (price per lumen) on an initial capital cost basis, than other lighting technologies. As of March 2014, at least one manufacturer claims to have reached $1 per kilolumen. [148] The additional expense partially stems from the relatively low lumen output and the drive circuitry and power supplies needed.

  • Temperature dependence: LED performance largely depends on the ambient temperature of the operating environment – or thermal management properties. Overdriving an LED in high ambient temperatures may result in overheating the LED package, eventually leading to device failure. An adequate heat sink is needed to maintain long life. This is especially important in automotive, medical, and military uses where devices must operate over a wide range of temperatures, which require low failure rates. Toshiba has produced LEDs with an operating temperature range of −40 to 100 °C, which suits the LEDs for both indoor and outdoor use in applications such as lamps, ceiling lighting, street lights, and floodlights. [107]

  • Voltage sensitivity: LEDs must be supplied with a voltage above their threshold voltage and a current below their rating. Current and lifetime change greatly with a small change in applied voltage. They thus require a current-regulated supply (usually just a series resistor for indicator LEDs). [149]

  • Color rendition: Most cool- white LEDs have spectra that differ significantly from a black body radiator like the sun or an incandescent light. The spike at 460 nm and dip at 500 nm can cause the color of objects to be perceived differently under cool-white LED illumination than sunlight or incandescent sources, due to metamerism , [150] red surfaces being rendered particularly poorly by typical phosphor-based cool-white LEDs.

  • Area light source: Single LEDs do not approximate a point source of light giving a spherical light distribution, but rather a lambertian distribution. So LEDs are difficult to apply to uses needing a spherical light field; however, different fields of light can be manipulated by the application of different optics or "lenses". LEDs cannot provide divergence below a few degrees. In contrast, lasers can emit beams with divergences of 0.2 degrees or less. [151]

  • Electrical polarity : Unlike incandescent light bulbs, which illuminate regardless of the electrical polarity , LEDs will only light with correct electrical polarity. To automatically match source polarity to LED devices, rectifiers can be used.

  • Blue hazard: There is a concern that blue LEDs and cool-white LEDs are now capable of exceeding safe limits of the so-called blue-light hazard as defined in eye safety specifications such as ANSI/IESNA RP-27.1–05: Recommended Practice for Photobiological Safety for Lamp and Lamp Systems. [152] [153]

  • Light pollution : Because white LEDs , especially those with high color temperature , emit much more short wavelength light than conventional outdoor light sources such as high-pressure sodium vapor lamps , the increased blue and green sensitivity of scotopic vision means that white LEDs used in outdoor lighting cause substantially more sky glow . [132] [154] [155] [156] [157] The American Medical Association warned on the use of high blue content white LEDs in street lighting, due to their higher impact on human health and environment, compared to low blue content light sources (eg High-Pressure Sodium, PC amber LEDs, and low CCT LEDs). [158]

  • Efficiency droop : The efficiency of LEDs decreases as the electric current increases. Heating also increases with higher currents which compromises the lifetime of the LED. These effects put practical limits on the current through an LED in high power applications. [62] [64] [65] [159]

  • Impact on insects: LEDs are much more attractive to insects than sodium-vapor lights, so much so that there has been speculative concern about the possibility of disruption to food webs. [160] [161]

  • Use in winter conditions: Since they do not give off much heat in comparison to incandescent lights, LED lights used for traffic control can have snow obscuring them, leading to accidents. [162] [163]

Applications [ edit ]

LED uses fall into four major categories:

  • Visual signals where light goes more or less directly from the source to the human eye, to convey a message or meaning

  • Illumination where light is reflected from objects to give visual response of these objects

  • Measuring and interacting with processes involving no human vision [164]

  • Narrow band light sensors where LEDs operate in a reverse-bias mode and respond to incident light, instead of emitting light [165] [166] [167] [168]

Indicators and signs [ edit ]

The low energy consumption , low maintenance and small size of LEDs has led to uses as status indicators and displays on a variety of equipment and installations. Large-area LED displays are used as stadium displays, dynamic decorative displays, and dynamic message signs on freeways. Thin, lightweight message displays are used at airports and railway stations, and as destination displays for trains, buses, trams, and ferries.

Red and green LED traffic signals

One-color light is well suited for traffic lights and signals, exit signs , emergency vehicle lighting , ships' navigation lights or lanterns (chromacity and luminance standards being set under the Convention on the International Regulations for Preventing Collisions at Sea 1972, Annex I and the CIE) and LED-based Christmas lights . In cold climates, LED traffic lights may remain snow-covered. [169] Red or yellow LEDs are used in indicator and alphanumeric displays in environments where night vision must be retained: aircraft cockpits, submarine and ship bridges, astronomy observatories, and in the field, eg night time animal watching and military field use.

Automotive applications for LEDs continue to grow.

Because of their long life, fast switching times, and their ability to be seen in broad daylight due to their high output and focus, LEDs have been used in brake lights for cars' high-mounted brake lights , trucks, and buses, and in turn signals for some time, but many vehicles now use LEDs for their rear light clusters. The use in brakes improves safety, due to a great reduction in the time needed to light fully, or faster rise time, up to 0.5 second faster [ citation needed ] than an incandescent bulb. This gives drivers behind more time to react. In a dual intensity circuit (rear markers and brakes) if the LEDs are not pulsed at a fast enough frequency, they can create a phantom array , where ghost images of the LED will appear if the eyes quickly scan across the array. White LED headlamps are starting to be used. Using LEDs has styling advantages because LEDs can form much thinner lights than incandescent lamps with parabolic reflectors .

Due to the relative cheapness of low output LEDs, they are also used in many temporary uses such as glowsticks , throwies , and the photonic textile Lumalive . Artists have also used LEDs for LED art .

Weather and all-hazards radio receivers with Specific Area Message Encoding (SAME) have three LEDs: red for warnings, orange for watches, and yellow for advisories and statements whenever issued.

Lighting [ edit ]

With the development of high-efficiency and high-power LEDs, it has become possible to use LEDs in lighting and illumination. To encourage the shift to LED lamps and other high-efficiency lighting, the US Department of Energy has created the L Prize competition. The Philips Lighting North America LED bulb won the first competition on August 3, 2011, after successfully completing 18 months of intensive field, lab, and product testing. [170]

LEDs are used as street lights and in other architectural lighting . The mechanical robustness and long lifetime are used in automotive lighting on cars, motorcycles, and bicycle lights . LED light emission may be efficiently controlled by using nonimaging optics principles.

LED street lights are employed on poles and in parking garages. In 2007, the Italian village of Torraca was the first place to convert its entire illumination system to LEDs. [171]

LEDs are used in aviation lighting. Airbus has used LED lighting in its Airbus A320 Enhanced since 2007, and Boeing uses LED lighting in the 787 . LEDs are also being used now in airport and heliport lighting. LED airport fixtures currently include medium-intensity runway lights, runway centerline lights, taxiway centerline and edge lights, guidance signs, and obstruction lighting.

LEDs are also used as a light source for DLP projectors, and to backlight LCD televisions (referred to as LED TVs ) and laptop displays. RGB LEDs raise the color gamut by as much as 45%. Screens for TV and computer displays can be made thinner using LEDs for backlighting. [172]

The lack of IR or heat radiation makes LEDs ideal for stage lights using banks of RGB LEDs that can easily change color and decrease heating from traditional stage lighting, as well as medical lighting where IR-radiation can be harmful. In energy conservation, the lower heat output of LEDs also means air conditioning (cooling) systems have less heat in need of disposal.

LEDs are small, durable and need little power, so they are used in handheld devices such as flashlights . LED strobe lights or camera flashes operate at a safe, low voltage, instead of the 250+ volts commonly found in xenon flashlamp-based lighting. This is especially useful in cameras on mobile phones , where space is at a premium and bulky voltage-raising circuitry is undesirable.

LEDs are used for infrared illumination in night vision uses including security cameras . A ring of LEDs around a video camera , aimed forward into a retroreflective background , allows chroma keying in video productions .

LED to be used for miners, to increase visibility inside mines

LEDs are used in mining operations , as cap lamps to provide light for miners. Research has been done to improve LEDs for mining, to reduce glare and to increase illumination, reducing risk of injury to the miners. [173]

LEDs are now used commonly in all market areas from commercial to home use: standard lighting, AV, stage, theatrical, architectural, and public installations, and wherever artificial light is used.

LEDs are increasingly finding uses in medical and educational applications, for example as mood enhancement, [ citation needed ] and new technologies such as AmBX , exploiting LED versatility. NASA has even sponsored research for the use of LEDs to promote health for astronauts. [174]

Data communication and other signalling [ edit ]

See also: Li-Fi

Light can be used to transmit data and analog signals. For example, lighting white LEDs can be used in systems assisting people to navigate in closed spaces while searching necessary rooms or objects. [175]

Assistive listening devices in many theaters and similar spaces use arrays of infrared LEDs to send sound to listeners' receivers. Light-emitting diodes (as well as semiconductor lasers) are used to send data over many types of fiber optic cable, from digital audio over TOSLINK cables to the very high bandwidth fiber links that form the Internet backbone. For some time, computers were commonly equipped with IrDA interfaces, which allowed them to send and receive data to nearby machines via infrared.

Because LEDs can cycle on and off millions of times per second, very high data bandwidth can be achieved. [176]

Sustainable lighting [ edit ]

Efficient lighting is needed for sustainable architecture . In 2009, US Department of Energy testing results on LED lamps showed an average efficacy of 35 lm/W, below that of typical CFLs , and as low as 9 lm/W, worse than standard incandescent bulbs. A typical 13-watt LED lamp emitted 450 to 650 lumens, [177] which is equivalent to a standard 40-watt incandescent bulb.

However, as of 2011, there are LED bulbs available as efficient as 150 lm/W and even inexpensive low-end models typically exceed 50 lm/W, so that a 6-watt LED could achieve the same results as a standard 40-watt incandescent bulb. The latter has an expected lifespan of 1,000 hours, whereas an LED can continue to operate with reduced efficiency for more than 50,000 hours.

See the chart below for a comparison of common light types:


ایل. ای. ڈی CFL Incandescent
Lightbulb Projected Lifespan 50,000 hours 10,000 hours 1,200 hours
Watts Per Bulb (equiv. 60 watts) 10 14 60
Cost Per Bulb $2.00 $7.00 $1.25
KWh of Electricity Used Over 50,000 Hours 500 700 3000
Cost of Electricity (@ 0.10 per KWh) $50 $70 $300
Bulbs Needed for 50,000 Hours of Use 1 5 42
Equivalent 50,000 Hours Bulb Expense $2.00 $35.00 $52.50
TOTAL Cost for 50,000 Hours $52.00 $105.00 $352.50

Energy consumption [ edit ]

In the US, one kilowatt-hour (3.6 MJ) of electricity currently causes an average 1.34 pounds (610 g) of CO
2
emission. [178] Assuming the average light bulb is on for 10 hours a day, a 40-watt bulb will cause 196 pounds (89 kg) of CO
2
emission per year. The 6-watt LED equivalent will only cause 30 pounds (14 kg) of CO
2
over the same time span. A building's carbon footprint from lighting can, therefore, be reduced by 85% by exchanging all incandescent bulbs for new LEDs if a building previously used only incandescent bulbs.

In practice, most buildings that use a lot of lighting use fluorescent lighting , which has 22% luminous efficiency compared with 5% for filaments, so changing to LED lighting would still give a 34% reduction in electrical power use and carbon emissions.

The reduction in carbon emissions depends on the source of electricity. Nuclear power in the United States produced 19.2% of electricity in 2011, so reducing electricity consumption in the US reduces carbon emissions more than in France ( 75% nuclear electricity ) or Norway ( almost entirely hydroelectric ).

Replacing lights that spend the most time lit results in the most savings, so LED lights in infrequently used locations bring a smaller return on investment.

Light sources for machine vision systems [ edit ]

Machine vision systems often require bright and homogeneous illumination, so features of interest are easier to process. LEDs are often used for this purpose, and this is likely to remain one of their major uses until the price drops low enough to make signaling and illumination uses more widespread. Barcode scanners are the most common example of machine vision, and many low-cost products use red LEDs instead of lasers. [179] Optical computer mice are an example of LEDs in machine vision, as it is used to provide an even light source on the surface for the miniature camera within the mouse. LEDs constitute a nearly ideal light source for machine vision systems for several reasons:

  • The size of the illuminated field is usually comparatively small and machine vision systems are often quite expensive, so the cost of the light source is usually a minor concern. However, it might not be easy to replace a broken light source placed within complex machinery, and here the long service life of LEDs is a benefit.

  • LED elements tend to be small and can be placed with high density over flat or even-shaped substrates (PCBs etc.) so that bright and homogeneous sources that direct light from tightly controlled directions on inspected parts can be designed. This can often be obtained with small, low-cost lenses and diffusers, helping to achieve high light densities with control over lighting levels and homogeneity. LED sources can be shaped in several configurations (spot lights for reflective illumination; ring lights for coaxial illumination; backlights for contour illumination; linear assemblies; flat, large format panels; dome sources for diffused, omnidirectional illumination).

  • LEDs can be easily strobed (in the microsecond range and below) and synchronized with imaging. High-power LEDs are available allowing well-lit images even with very short light pulses. This is often used to obtain crisp and sharp "still" images of quickly moving parts.

  • LEDs come in several different colors and wavelengths, allowing easy use of the best color for each need, where different color may provide better visibility of features of interest. Having a precisely known spectrum allows tightly matched filters to be used to separate informative bandwidth or to reduce disturbing effects of ambient light. LEDs usually operate at comparatively low working temperatures, simplifying heat management, and dissipation. This allows using plastic lenses, filters, and diffusers. Waterproof units can also easily be designed, allowing use in harsh or wet environments (food, beverage, oil industries). [179]

Other applications [ edit ]

LED costume for stage performers

LED wallpaper by Meystyle

The light from LEDs can be modulated very quickly so they are used extensively in optical fiber and free space optics communications. This includes remote controls , such as for TVs, VCRs, and LED Computers, where infrared LEDs are often used. Opto-isolators use an LED combined with a photodiode or phototransistor to provide a signal path with electrical isolation between two circuits. This is especially useful in medical equipment where the signals from a low-voltage sensor circuit (usually battery-powered) in contact with a living organism must be electrically isolated from any possible electrical failure in a recording or monitoring device operating at potentially dangerous voltages. An optoisolator also allows information to be transferred between circuits not sharing a common ground potential.

Many sensor systems rely on light as the signal source. LEDs are often ideal as a light source due to the requirements of the sensors. LEDs are used as motion sensors , for example in optical computer mice . The Nintendo Wii 's sensor bar uses infrared LEDs. Pulse oximeters use them for measuring oxygen saturation . Some flatbed scanners use arrays of RGB LEDs rather than the typical cold-cathode fluorescent lamp as the light source. Having independent control of three illuminated colors allows the scanner to calibrate itself for more accurate color balance, and there is no need for warm-up. Further, its sensors only need be monochromatic, since at any one time the page being scanned is only lit by one color of light. Since LEDs can also be used as photodiodes, they can be used for both photo emission and detection. This could be used, for example, in a touchscreen that registers reflected light from a finger or stylus . [180] Many materials and biological systems are sensitive to, or dependent on, light. Grow lights use LEDs to increase photosynthesis in plants , [181] and bacteria and viruses can be removed from water and other substances using UV LEDs for sterilization . [98]

LEDs have also been used as a medium-quality voltage reference in electronic circuits. The forward voltage drop (eg about 1.7 V for a normal red LED) can be used instead of a Zener diode in low-voltage regulators. Red LEDs have the flattest I/V curve above the knee. Nitride-based LEDs have a fairly steep I/V curve and are useless for this purpose. Although LED forward voltage is far more current-dependent than a Zener diode, Zener diodes with breakdown voltages below 3 V are not widely available.

The progressive miniaturization of low-voltage lighting technology, such as LEDs and OLEDs , suitable to be incorporated into low-thickness materials has fostered in recent years the experimentation on combining light sources and wall covering surfaces to be applied onto interior walls. [182] The new possibilities offered by these developments have prompted some designers and companies, such as Meystyle , [183] Ingo Maurer , [184] Lomox [185] and Philips , [186] to research and develop proprietary LED wallpaper technologies, some of which are currently available for commercial purchase. Other solutions mainly exist as prototypes or are in the process of being further refined.