সবুজ ও সাদা রঙের এলইডিতে দক্ষতার সমস্যা রয়েছে বলে গবেষণা থেকে জানা গেছে

আধুনিক আলোক প্রযুক্তির দুর্দান্ত আখ্যানে, LED এর "ফটোইলেকট্রিক বিপ্লব" বিশ্বকে মুগ্ধ করেছে। স্মার্টফোনের স্ক্রিনগুলি প্রাণবন্ত রঙে ফেটে যাওয়া থেকে শুরু করে দীপ্তিময় নাইটস্কেপের সাথে জ্বলজ্বল করা সিটিস্কেপ পর্যন্ত, LEDগুলি সর্বশক্তিমান দেখায়। তবুও এই আলোকিত পৃষ্ঠের নীচে একটি অসুবিধাজনক সত্য রয়েছে: নির্দিষ্ট বর্ণালী ব্যান্ড, বিশেষ করে সবুজ এবং সায়ান অঞ্চলে, একটি "দক্ষতা মরুভূমি" গঠন করে যা ইঞ্জিনিয়ারদের চ্যালেঞ্জ করে চলেছে।

LED-এর তরঙ্গদৈর্ঘ্য বন্টন শুধুমাত্র শারীরিক সীমা দ্বারা নির্ধারিত হয় না - বাজারের চাহিদা নির্ধারক ভূমিকা পালন করে। 420-460nm নীল বর্ণালী, সাদা এলইডি (হলুদ ফসফরের সাথে মিলিত নীল চিপ) এর জন্য ভিত্তি, বিলিয়ন-ইউনিট চাহিদা উপভোগ করে। এই বিশাল স্কেল এপিটাক্সিয়াল বৃদ্ধির প্রক্রিয়াগুলিতে ক্রমাগত R&D বিনিয়োগকে সমর্থন করে।

বিপরীতভাবে, 480-520nm সায়ান এবং 680-800nm ​​গভীর লাল বর্ণালী সাধারণ আলোতে বিশেষ অবস্থান দখল করে। যদিও Lumileds এর মতো কোম্পানিগুলি কাস্টমাইজড "মিন্ট" বা "লাইম" সবুজ পণ্য অফার করে, এই সমাধানগুলি কখনই ব্যাপক উৎপাদনের খরচের সুবিধাগুলি অর্জন করে না। ফলাফল হল একটি দুষ্টচক্র: সীমিত প্রয়োগগুলি উৎপাদনের পরিমাণকে সীমাবদ্ধ করে, উচ্চ খরচ গ্রহণকে নিরুৎসাহিত করে এবং সঙ্কুচিত চাহিদা R&Dকে আরও হতাশ করে—প্রযুক্তিগত অগ্রগতির উপর "মাত্রিক হ্রাস" চাপিয়ে দেওয়া বাজার শক্তির একটি ক্লাসিক ঘটনা।

কোয়ান্টাম স্তরে, অর্ধপরিবাহী ব্যান্ড কাঠামো বিভিন্ন রঙের জন্য মৌলিকভাবে বিভিন্ন বাধা তৈরি করে। LED তরঙ্গদৈর্ঘ্য একটি উপাদানের ব্যান্ডগ্যাপের প্রস্থ দ্বারা নির্ধারিত হয় - সংকীর্ণ ফাঁকগুলি দীর্ঘ তরঙ্গদৈর্ঘ্য (লাল) তৈরি করে, যখন প্রশস্ত ফাঁকগুলি ছোট তরঙ্গদৈর্ঘ্য (নীল/সবুজ) তৈরি করে।

লাল এলইডি সাধারণত সরু ব্যান্ডগ্যাপ সহ AlGaAs (অ্যালুমিনিয়াম গ্যালিয়াম আর্সেনাইড) ব্যবহার করে, কম ফরোয়ার্ড ভোল্টেজে কাজ করে (1.5-2.5V)। বিপরীতে, নীল/সবুজ এলইডিগুলির জন্য প্রশস্ত ব্যান্ডগ্যাপ সহ InGaN (ইন্ডিয়াম গ্যালিয়াম নাইট্রাইড) প্রয়োজন, যা উচ্চ ভোল্টেজের (2.5-3.5V) দাবি করে। এই অন্তর্নিহিত সম্পত্তি মানে সবুজ এলইডিগুলি শুরু থেকেই বৃহত্তর তাপীয় এবং ড্রাইভিং চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়।

LED দক্ষতা আলোচনায় একটি সমালোচনামূলক ভুল ধারণা মানুষের উপলব্ধির সাথে শারীরিক শক্তির সংমিশ্রণ জড়িত। রেডিওমেট্রিক ফ্লাক্স প্রকৃত ফোটন শক্তি পরিমাপ করে, যখন আলোকিত ফ্লাক্স-সিআইই মানুষের চোখের সংবেদনশীলতা বক্ররেখা দ্বারা ওজন করা হয়-বিষয়িক উজ্জ্বলতা প্রতিফলিত করে।

চোখের সংবেদনশীলতার শীর্ষে 555nm (হলুদ-সবুজ), যেখানে 1 ওয়াট সমান 683 লুমেন। নীল বা গভীর লাল তরঙ্গদৈর্ঘ্যে অভিন্ন শক্তি নাটকীয়ভাবে ম্লান দেখায়। এটি ব্যাখ্যা করে যে কেন শীতল সাদা এলইডি উষ্ণ সাদার চেয়ে উজ্জ্বল বলে মনে হয় - তাদের বর্ণালীতে আরও চোখের-সংবেদনশীল সবুজ উপাদান রয়েছে। এই ধরনের উপলব্ধিগত পক্ষপাত সবুজ LED দক্ষতার প্রকৃত শারীরিক সীমাবদ্ধতাগুলিকে মুখোশ দেয়।

যদিও অভ্যন্তরীণ কোয়ান্টাম দক্ষতা (IQE) একটি চিপের "হৃদয়" প্রতিনিধিত্ব করে, হালকা নিষ্কাশন দক্ষতা (LEE) এর "প্রস্থান কৌশল" গঠন করে। আধুনিক ফসফররা 100% কোয়ান্টাম দক্ষতার কাছে পৌঁছেছে- আসল বাধাটি উচ্চ-প্রতিসরাঙ্ক-সূচক অর্ধপরিবাহী থেকে ফোটনকে মুক্ত করার মধ্যে রয়েছে।

সেমিকন্ডাক্টরের মধ্যে ফোটন আইসোট্রপিক্যালি নির্গত হয়, কিন্তু বায়ু ইন্টারফেসে তীব্র প্রতিসরণকারী সূচকের পার্থক্য সম্পূর্ণ অভ্যন্তরীণ প্রতিফলন ঘটায়। প্রকৌশলীরা প্রতিফলন ব্যাহত করার জন্য পৃষ্ঠের মাইক্রোস্ট্রাকচার (রুক্ষতা, ফোটোনিক স্ফটিক) এর মাধ্যমে এটির বিরুদ্ধে লড়াই করে। বর্তমান নিষ্কাশন দক্ষতা নীল InGaN-GaN LED-এর জন্য ~80% কিন্তু লাল LED-এর জন্য মাত্র ~60% পর্যন্ত পৌঁছে। সবুজ এলইডিগুলি যৌগিক চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয় - তরঙ্গদৈর্ঘ্য-নির্দিষ্ট নিষ্কাশন কাঠামোর সাথে উচ্চ ইন্ডিয়াম কম্পোজিশনে InGaN জালির অমিলের ভারসাম্য বজায় রাখা।

সবুজ/সায়ান "দক্ষতা মরুভূমি" আবির্ভূত বস্তুগত পদার্থবিদ্যা এবং আলোকমাত্রিক সীমাবদ্ধতা থেকে। ব্রেকথ্রুগুলি ক্রমবর্ধমান ফসফর উন্নতি থেকে আসবে না বরং মৌলিক উপাদান উদ্ভাবন থেকে আসবে-বিশেষ করে বৃহত্তর-ব্যান্ডগ্যাপ সিস্টেমে ন্যানোস্কেল স্ট্রাকচারাল ডিজাইনের মাধ্যমে।

মাইক্রো-এলইডি ড্রাইভের মতো ডিসপ্লে প্রযুক্তিগুলি পূর্ণ-রঙের প্রজননের জন্য চাহিদা হিসাবে, সবুজ/সায়ান তরঙ্গদৈর্ঘ্যের জন্য বাণিজ্যিক কার্যকারিতা গুরুতর ভরে পৌঁছতে পারে। যখন বাজারের শক্তিগুলি বৈজ্ঞানিক অগ্রগতির সাথে সারিবদ্ধ হয়, তখন আজকের দক্ষতার মরুভূমি আগামীকালের আলোকিত মরূদ্যানে রূপান্তরিত হতে পারে - আলোর উপর মানবতার আয়ত্তে আরেকটি মাইলফলক চিহ্নিত করে।