எல்ஈடி- ஓர் ஒளிப் புரட்சி

சிவானந்தம் நீலகண்டன்

ஒருசாதாரண வேலை நாளின் காலையில் படுக்கையிலிருந்து எழுவதற்கு முன் கையால் தடவி எடுத்து முதற்கண் நோக்கும் கைப்பேசியின் திரை, பிறகெழுந்து சோம்பல் முறித்து ஸ்விட்ச் ஆன் செய்யப்படும் மின்விளக்கு, பிறகு ஏறிச்செல்லும் காரின் முன்விளக்கு முதல் பின்விளக்கு வரை, வழியில் போக்குவரத்தை நெறிப்படுத்தும் பச்சை, மஞ்சள், சிவப்பு விளக்குகள், அலுவலகத்தில் நுழைந்தவுடன் உயிர்ப்பிக்கும் கணினித்திரை, வேலை முடித்து வீடு திரும்புகையில் கண்ணுறும் – வானுரசிக் கட்டிடங்களை அலங்கரிக்கும் – வண்ண விளக்குகள் என்று தற்கால மனிதர் எங்கும் தன் பார்வையிலிருந்து தப்பிவிடாமல் எல்ஈடி எனப்படும் ஒளி உமிழும் டையோடுகள் (Light Emitting Diodes) தங்கள் கண்காணிப்பிலேயே வைத்திருக்கக்கூடிய சாத்தியக்கூறுகள் இன்று அதிகம். சத்தமின்றி ஆர்ப்பாட்டமின்றி ஓர் ஒளிப்புரட்சி நம்காலத்தில் நம் கண்முன் நிகழ்ந்துகொண்டிருக்கிறது. இசாமு அகசாகி, ஹிரோஷி அமனோ, ஷூஜி நகமுரா ஆகிய மூவருக்கும் திறன் மிக்க நீல நிற எல்ஈடி கண்டுபிடிப்பிற்காக 2014ம் ஆண்டின் இயற்பியல் நொபெல் பரிசு வழங்கப்பட்டு இவ்வொளிப்புரட்சி மேலும் அங்கீகாரம் பெற்றுள்ளது.

1879ல் தாமஸ் எடிசன் கண்டுபிடித்த – சுமார் 14 மணி நேரம் வாழ்வுடைய – தகித்து ஒளிரும் (incandescent) மின்விளக்கு, ஒளியை மனிதனின் கட்டுப்பாட்டுக்குள் கொண்டுவருவதில் ஒரு முக்கியச் சாதனை. இருப்பினும் ஓர் அடிப்படையான விஷயம் மட்டும் அதில் மாறி இருக்கவில்லை; ஒளி வழக்கம்போல் கடும் வெப்பத்திலிருந்துதான் உமிழப்பட்டது. சூரிய ஒளியைப்போல. தீப்பந்தத்தைப் போல. லாந்தர் விளக்கைப் போல. பழுத்த இரும்பைப்போல. ஒளி வேண்டுமென்றால் ஏதோ ஒன்று எரிய வேண்டும் அல்லது சூடேற வேண்டும் என்ற அடிப்படைச் சிந்தனை மாறவில்லை. அந்த 14 மணி நேரம் கார்பன் இழை எரிந்து தீர்வதற்கான நேரம். பிற்பாடு மெல்ல டங்ஸ்டன் இழையின் பயன்பாடும் மற்ற தொழில் நுட்பங்களும் தகித்து ஒளிரும் விளக்குகளை 1000 மணி நேரத்திற்கும், அதன் அடுத்த கட்டமான Compact Fluorescent (CFL) விளக்குகளை 10,000 மணி நேரத்திற்கும் வாழ்வை நீட்டிக்க முடிந்தாலும் அப்போதும் ஏதோ ஒன்று எரியவோ அல்லது ஒன்றில் சூடு ஏற்றவோதான் வேண்டியிருந்தது. பாட்டி தாத்தாக்கள் எண்ணெய் விளக்கின் காலத்தில் சொல்லிவந்த “வெளக்கு தேவையில்லாம ‘எரியுது’ பாரு, அணைச்சுடு” என்று சொற்றொடர் பெருமளவு மின்விளக்குக்கும் எந்தப்பிழையுமின்றி அப்படியே பொருந்தியது!

இந்த காரணத்தால் ஒளிக்காகச் செலுத்தப்படும் மின்சக்தியில் சுமார் 95% வெப்பத்தை உருவாக்குவதிலேயே போனபின் வெறும் 5% சக்தியே ஒளி உற்பத்தியின் பொருட்டு பயன்பட்டுவந்தது. நேரடியான இந்த மின்சக்தி விரயம் ஒருபக்கமென்றால் இம்மின்விளக்குகள் தரும் வெப்பத்தைக் குறைக்க குளிரூட்டிகள் அதிகவேலை செய்யவேண்டி இருப்பதால் ஏற்படும் மின்விரயம் மற்றொருபக்கம். சட்டென்று ஒருநாள் CFL விளக்கு ஃப்யூஸ் போனவுடன் கழட்டித் தூக்கி எறிந்துவிடும்போது இவற்றிலிருக்கும் பாதரசம் நிலத்தைப் பாழடிப்பது இன்னொருபக்கம். இந்தக் கஷ்டங்களை எடிசன் பல்புக்குப்பின் ஒரு நூற்றாண்டுக் காலம் வேறுவழியின்றி சகித்துக்கொள்ளத்தான் வேண்டியிருந்தது, 1990களின் ஆரம்பத்தில் திறன்மிக்க எல்ஈடி மூலம் நீல ஒளி வெற்றிகரமாக உமிழப்படும் வரும்வரை.

ஏன் நீல ஒளி? தகித்து ஒளிரும் விளக்குகளைப்போல அல்லாமல் எல்ஈடியில் வெள்ளொளி பிறக்க வேண்டுமானால் அதற்கு நீல நிறம் தேவைப்பட்டது. ஏனெனில் எரியும் பொருட்களிலிருந்து வெள்ளொளி இயற்கையாகப் புறப்பட்டு விடுவதால் அதற்காக வேறொன்றும் தனியாகச் செய்ய வேண்டியதில்லை. ஆனால் எதுவும் எரியவேண்டிய அவசியமில்லாத புதிய முறையான எல்ஈடியில் வெள்ளொளியை உருவாக்க இரண்டு வழிமுறைகள் இருந்தன. இரண்டுமே கொஞ்சம் தலையைச் சுற்றி மூக்கைத் தொடும் முறைகள்தாம்; முதலாவது, சிவப்பு, பச்சை, நீலம் ஆகிய எல்ஈடிக்களை ஒன்றிணைத்து வெள்ளொளியை அடைவது. இரண்டாவது, மஞ்சள் நிற பாஸ்பரை நீல நிற எல்ஈடிக்கு வெளிப்புறமாக படியச்செய்து வெள்ளொளி காண்பது. மொத்தத்தில் இரண்டு வழிகளுக்குமே நீல நிற ஒளியை உமிழும் எல்ஈடிக்கள் அவசியம். 1960களின் தொடக்கத்திலேயே சிவப்பும் பச்சையும் அவ்வளவு சிரமமின்றி எல்ஈடி மூலம் உருவாக்கப்பட்டு விட்டன. ஆனால் நீல நிறத்தைத் திறன்மிக்க வகையில் உருவாக்கும் முயற்சி பன்னாட்டு ஆராய்ச்சியாளர்களாலும் கடும் உழைப்புக்குப்பின் ‘வேலைக்காகாது’ என்று கைவிடப்பட்டதால் எல்ஈடி ஒரு முப்பதாண்டுகளுக்குத் தன் புரட்சியை சாலைப் போக்குவரத்தின் சிக்னல் விளக்குகளோடு நிறுத்திக்கொண்டுவிட நேர்ந்துவிட்டது.

என்னதான் அந்த நீலப்பிரச்சனை? பிரச்சனை மேலோட்டமாகப் புரிந்துகொள்ள எளிதானதுதான். எல்ஈடி உருவாகும் விதத்தை ரத்தினச் சுருக்கமாக இப்படிச் சொல்லலாம். தனிமங்களின் ஆவர்த்தன அட்டவணையில் 13 மற்றும் 15-வது செங்குத்து வரிசையிலுள்ள தனிமங்கள் கொஞ்சம் சிறப்பம்சம் வாய்ந்தவை. தனியாவர்த்தனம் வாசிக்கும் தகுதியுடன் பிறந்துவிட்டவை. இவற்றின் சில விஷேஷ காம்பினேஷன்களை 14ம் வரிசை தனிமங்களுடன் கூட்டியோ குறைத்தோ Metalorganic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) என்ற முறையில் அணுஅணுவாக உயர்வெப்ப நிலையில் அடுக்கப்படுவதே எல்ஈடி தயாரிப்பின் முதலும் முக்கியமானதுமான கட்டம். மின்னோட்டத்திற்கு எது நேர்முனை எது எதிர்முனை என்பதும் இங்கு முடிவு செய்யப்பட்டுவிடும். மின்னோட்டம் பாய்கையில் இவற்றுக்கு photons எனப்படும் ஒளித்துகள்களை உமிழும் குணமுண்டு. ஆனால் எந்த நிறத்தில் ஒளி பிறக்கும் என்பதை அத்தனிமங்களே முடிவுசெய்கின்றன. அந்த வகையில் இண்டியம் காலியம் நைட்ரைட் (InGaN) எனப்படும் கலவையை சரியான முறையில் உருவாக்குவதின் சிக்கல்தான் நீலத்தகராறு. முதற் பத்தியில் கூறப்பட்ட நொபெல் மூவரின் நம்பிக்கைத் தளராத உழைப்பு இங்குதான் சாதித்தது. தாமஸ் எடிசன் தன் மின்விளக்குக் கண்டுபிடிப்பைக் குறித்துச் சொன்னதாகச் சொல்லப்படும் ‘பத்தாயிரம் செயல்படாத வழிகளை’க் கண்டறிந்து நீக்குவதற்கு இவர்களும் கால் நூற்றாண்டுக்குமேல் கழிக்க வேண்டியதாயிற்று. ஒருவகையில் ஒளி என்ற பெயர் பொருத்தமானதுதான். ஒளிர்ந்து நிற்கும் அதே வேளையில் ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்களில் சிக்காமல் ஒளிந்தும் நிற்கிறது.

தயாரிப்பில் இவ்வளவு தொழில்நுட்பச் சிக்கல்கள் நிறைந்திருப்பதால் எல்ஈடி விலை கூடிப்போய்விட்டது. ஆயினும் இவற்றின் நீண்ட நெடிய ஆயுட்காலம் (சுமார் 30,000 மணி நேரம் தொடர்ந்து ஒளிரும்), பாதரசமில்லாத தன்மை, சடக்கென ஃப்யூஸ் போகாமல் கொஞ்சம் கொஞ்சமாக மங்கித்தான் உயிர்விடுமென்பதால் கையில் எப்போதும் உபரி விளக்கு வைத்திருக்க வேண்டிய தேவையின்மை, குறைந்த மின்சக்தியைச் செலவழிப்பதன் மூலம் போட்ட காசை இத்தனை ஆண்டுகளில் எடுத்துவிடலாம் என்ற கணக்கு, இன்னபிற அனுகூலங்களும் சேர்ந்து 21ம் நூற்றாண்டை எல்ஈடிக்கானதாகவே மாற்றிவிட்டிருக்கின்றன. விலை அதிகம் என்பதைத் தவிர எல்ஈடி விளக்கில் பாதகமான அம்சங்கள் எதுவுமே இல்லை என்பதுபோன்ற பொதுத்தோற்றம் உருவாகி இருப்பினும் முக்கியமான ஓர் பிரச்சனை இன்னும் முழுதாகத் தீர்க்கப்படவில்லை. அது Color Rendering Index (CRI) என்னும் சமாச்சாரம். CRI குறியீடு 100 என்பது அதிகபட்ச அளவு. அதாவது விளக்கிலிருந்து புறப்படும் ஒளியின் இத்தன்மை 100ஐ அடையும்போது பொருட்களின் இயல்பான வண்ணங்களைக் கொஞ்சமும் மாற்றாது உள்ளது உள்ளபடி நாம் காணவியலும். CRI ஐப் பொறுத்தவரை தகித்து ஒளிரும் விளக்குதான் ராஜா. நூற்றுக்கு நூறு வாங்கிவிடுகிறது. அதைத் தட்டிக்கொள்ள மற்ற எந்த விளக்குகளானாலும் இதுவரை முடியவில்லை. உதாரணமாகச் சாலையில் செல்லும் பச்சை நிறக் கார் ஒன்று சோடியம் வேபர் விளக்கின் வெளிச்சத்தில் கரு நீலமாகத் தெரியும். எனவே சோடியம் வேபர் விளக்குக்கு CRI பூஜ்ஜியத்துக்கும் கீழே போய்விடும்.

2013ல் வெளிவந்த மும்பை போலீஸ் என்ற மலையாளத் திரில்லர் திரைப்படத்தில் இந்தக் காரின் நிறம் மாறும் குழப்பத்தினால் கண்ணால் கண்ட சாட்சி தவறான தகவலைக் கொடுத்து ஒரு குற்றவிசாரணையின் போக்கையே திசை திருப்புவதாக காண்பிக்கப்பட்டிருந்தது. சிலருக்கு CRI குறைவான வெளிச்சத்தில் வாசித்தால் தலைவலி எடுக்கவும் கூடும்.

எல்ஈடி 75-80 வரை எட்டிப்பிடிக்கவே பெரும்பாடாகி இருந்தது. மேலும் வெளிச்சம் அதிகம் வரவேண்டுமென்பதில் ஆராய்ச்சிப் போட்டி இருந்ததே தவிர CRI யின் மேல் ஆரம்பத்தில் அதிக அக்கறை யாருக்கும் இருக்கவில்லை. பிரச்சனையின் வீரியத்தை உணர்ந்து கொண்டு அதே நேரம் எதிர்காலம் எல்ஈடியின் கையில் என்பதையும் புரிந்துகொண்டு, 2008ம் ஆண்டு அமெரிக்காவின் டிபார்ட்மெண்ட் ஆஃப் எனர்ஜி ‘L prize’ என்ற ஒன்றை அறிவித்தது. இது CRI நூறைத்தொட எல்ஈடி உற்பத்தியாளர்களுக்கு இடையே போட்டியைத் தொடங்க அழுத்தமான பிள்ளையார் சுழி ஒன்றைப் போட்டது. கடந்த வருடத்திலிருந்து அனேகமாக அனைத்து முன்னனி எல்ஈடி தயாரிப்பாளர்களும் தங்கள் விளக்குகள் CRI 90-ஐத் தாண்டும்படி பார்த்துக்கொள்கிறார்கள். ஆக அதிகமாக சமீபத்தில் 96 வரை எட்ட முடிந்திருக்கிறது. அந்தவகையில் CRI பிரச்சனை எல்ஈடியில் முழுவதுமாகத் தீர்க்கப்படாவிட்டாலும் கவலைப்படத் தேவையில்லாத அளவுக்கு முன்னேற்றம் கண்டுவிட்டது.

எல்ஈடி எப்படி புழக்கத்தில் இருக்கும் மற்ற எல்ஈடி அல்லாத விளக்குகளை மாற்றப் போகிறது என்பதைத்தான் பார்த்தோம். ஆனால் மற்ற விளக்குகள் நுழையவே முடியாத சில இடங்களில் எல்ஈடி நுழைந்து கோலோச்சி வருகிறது. உதாரணத்துக்கு, சாதாரண வகை கேமராக்களை அனேகமாக ஒழித்துவிட்ட பெருமை கைப்பேசிக்குச் சேர்வதற்கு உறுதுணை புரிந்தது எல்ஈடி கொடுத்த மின்வெட்டொளி (flash) தான். தற்படம் (selfie) பெருகிப்போய் கைப்பேசியின் முற்புறமும் மின்வெட்டொளி கொடுக்கவேண்டிய தேவை வந்துவிட்டதால் தயாரிப்பு நிறுவனங்கள் மட்டான ஒளிகொடுக்கும் எல்ஈடிக்களை உருவாக்குவதில் மும்முரமாகத் தற்போது ஈடுபட்டுள்ளார்கள். ஏனெனில் தற்போதிருக்கும் வெளிச்சத்தின் அளவில் தற்படக்காரர்கள் கண்களை அணிச்சையாக மூடிவிடுவார்கள். ஒருவேளை பல்லைக் கடித்துக்கொண்டு விழித்தால் எடுக்கப்படும் படத்தில் இயல்பாகத் தெரியமாட்டார்கள். ஆகவே மட்டொளி எல்ஈடி அவசியமாகிறது. தொழில்நுட்பம் எந்த அளவுக்கு மக்களை மாற்றுகிறதோ அதே அளவுக்கு மக்களும் தொழில்நுட்பத்தை மாற்றத்தான் செய்கிறார்கள்! எல்ஈடியின் இன்னொரு தன்மை மேலும் புதிய ஆராய்ச்சித் தடங்களைத் தோற்றுவித்துள்ளது. இவ்விளக்குகளில் வெள்ளொளியையே குளிர் வெண்மை, வெம்மைகூடிய வெண்மை என்றெல்லாம் எளிதாக உண்டாக்க முடிவதால் பள்ளிச் சிறார்களிடையே ஒரே இடத்தில் அமர்ந்து படிக்க, எழுத, வகுப்பை கவனிக்க எந்த வெண்மை பொருத்தமானது என்பதையும் அறைக்குள்ளேயே ஓடியாடிச் செய்யவேண்டிய கல்விசார் நடவடிக்கைகளுக்கு எது பொருந்தும் என்பதையும் ஆராய்ச்சி செய்து சில ஆரம்ப முடிவுகள் குறிப்பிடத்தக்க வித்தியாசங்களைக் காட்டுவதாகவும் பிரான்ஸில் செய்யப்பட்டச் சில ஆராய்ச்சிகள் காட்டியிருக்கின்றன.

வயதாகித் தூக்கம் வராமல் தவிப்பவர்களுக்கு விஷேஷமாக ஒளி வடிவமைக்க முடிவது முதல் கைப்பேசியிலிருந்து மனதுக்குப் பிடித்த ஒரு படத்தை வீட்டிலுள்ள கணினிக்கு அனுப்பிவிட்டால் அதன் வண்ணங்களை உணர்ந்து, வீட்டுக்குள் நுழையும்போது உங்கள் ‘மூடு’க்குத் தக்க நிறத்துடன் ஒளிரும் programmable lighting வரை எல்ஈடியின் சாத்தியங்கள் கண்ணால் பார்க்காதவரை இதையெல்லாம் நம்பலாமா என்று யோசிக்க வைக்கும் அளவுக்குச் சென்றிருக்கின்றன. மூன்றாண்டுகளுக்கு முன் – இவருக்கு நொபெல் காத்திருக்கிறது என்று தெரியாமல் – ஷூஜி நகமுராவின் பேச்சை அவர் சிங்கப்பூர் வந்திருந்தபோது நேரில் கேட்க வாய்த்தது. எல்ஈடியில் நீல ஒளியைக் கொண்டுவந்த அந்த ஒளிப்புரட்சியின் நாயகர் ‘ஏதோ நடந்துபோச்சு’ என்ற தொனியில் சாதாரணமாகப் பேசிச்சென்றது எல்ஈடியைப் போலவே நம்பமுடியாததாகத்தான் இருந்தது. Light-Emitting Diodes என்ற E.Fred Schubert-ன் (Cambridge University Press) புத்தகமும், Brilliant : Shuji Nakamura and the revolution in lighting technology என்ற Bob Johnstone-ன் (Prometheus Books) புத்தகமும் எல்ஈடியின் வரலாற்றையும் தொழில்நுட்பத்தையும் விளக்கி சுவாரஸ்யமாக வாசிக்கும் வகையில் எழுதப்பட்டுள்ளன.

.- See more at: http://solvanam.com/?p=39773#sthash.gnNH9dXA.dpuf

எல்ஈடி, ஒளி கண்டு பிடிக்க முதல், பெரும் பிரயத்ததனம் பல காலமாக நடை பெற்றுள்ளதா....
பகிர்விற்கு நன்றி கிருபன்.

ஒளிஉமிழும் சில்லு (LED): ஒளி மங்கிய டங்ஸ்டன் பல்புகள் மாற்றப்படுவதற்கான நேரம்

 

தலைப்பறிதல்:

உலக அரங்கில், பொருளாதாரம் என்பது பல பரிணாம மாற்றங்களுக்கு உட்பட்டு, எண்ணிப்பார்க்க முடியா தொலைவில் பயணித்துக்கொண்டிருக்கிறது. அது அடிப்படைதேவைகளுக்காயன்றி, ஆடம்பரத்திற்கெனவாய் மாறி பல ஆண்டுகள் ஆகிவிட்டன. அந்த கொடிய நீரோட்டத்துடன் பயணிக்க விரும்பா யாவரும், இவ்வுலகில் வாழத் தகுதியற்றவர்களாய் மாறிவிடுவது கசப்பான உண்மையே.

இப்படிப்பட்ட சூழலுக்கு இட்டுச்செல்லும் தற்பொழுதைய உலக பொருளாதாரத்தில் மிக முக்கிய பங்கு வகிப்பவைகளாக மின்னணு எந்திரங்கள் திகழ்கின்றன. LED என சுருக்கமாய் அழைக்கப்படும் ஒளி உமிழும் சில்லின் வரவுக்குப்பின் உலக மின்னணு சந்தையில் மிகப்பெரிய மாற்றமே நிகழ்ந்துள்ளதெனலாம்.

 

மிகக்குறைந்த மின்னாற்றலின் உதவியால் நமக்கு தேவைக்கேற்ற ஒளியை நல்குவது மட்டுமல்லாது, விரும்பிய நிறங்களில், விரும்பிய வடிவங்களில் மாற்றிக்கொள்ள ஏதுவாய் இருப்பது இதன் கூடுதல் பலன். மேலும், இதன் வெப்பம் ஏற்படுத்தா பண்பும், ஏறக்குறைய 10ல் 1 பங்கு மட்டுமே தேவைப்படும் மின்னாற்றலும், 1000 மணிநேரத்திற்கு மேல் ஆற்றல் குறையாமல் ஒளிரும் தன்மையும், நாம் பாரம்பரியமாய் உபயோகப்படுத்திவந்த ‘வெப்பஒளிர்ப்பு விளக்குகளை (incandescent lamps)’ ஓரம் கட்டிவிட்டது. 2020 வாக்கில், இப்படிப்பட்ட வெப்பஒளிர்ப்பு விளக்குகளை நாம் முயன்றாலும் பார்க்கக்கூட முடியாது என்கிறார்கள் அறிவியலாளர்களும், பெரும் சந்தைகளை நிர்வகிக்கும் முதலாளிகளும். கூடுதலாய், ஒளிஉமிழும் சில்லின் பயன்பாடு விளக்குகளுடன் நின்றுவிடாமல், கணிப்பொறி, மிடுக்கு அலைபேசி (smart phones) மற்றும் தொலைக்காட்சித் திரைகள் என நீண்டுகொண்டே போகிறது.
 

வரலாறு:

1907: ஆங்கிலேய அறிவியலாளர் “ஹென்றி ஜோசப்”, ‘எதிர்மின்னயணி கிளர்ந்து ஒளிர்வானை’ (Electroluminescence) கண்டறிந்தார்.

 

1921: ருஷ்ய இயற்பியலாளர் “லொஸ்ஸிவ்”, மீண்டும் ஜோசப்பின் அந்த கூற்றை மெய்ப்பித்தார்.

 

1935: பிரான்ஸ் இயற்பியலாளர் “ஜார்ஜ்” ’சிங்க் சல்பைடு (ZnS)’-ல் ஏற்படும் ஒளிஉமிழ்வை கண்டறிந்து அதற்கு, ‘லொஸ்ஸிவ் லைட்’ என்றும் பெயர் சூட்டினார். இப்பொழுதைய நிலையில், “ஜார்ஜ்”-தான் ‘எதிர்மின்னயணி கிளர்ந்து ஒளிர்வான்’ நுட்பத்தின் தந்தையாகக் கருதப்படுகிறார்.

 

1950s: காலியம் ஆர்சினைடு (GaAs)-ன் உருவாக்கம்.

 

1962: சிவப்பு நிற ஒளியை உமிழும் காலியம் ஆர்சினைடு பாஸ்பைடு (GaAsP) என்ற இருமுனை மின்னோட்ட கடத்தியை (diode) அமெரிக்கரான ’நிக் ஹொலன்யாக்’ என்பவர் உருவாக்கினார். இதுவே இப்பொழுதைய LEDக்களின் முதல் வெற்றிப்படி.

 

1971: காலியம் பாஸ்பைடு (GaP) கண்டுபிடிப்பு, பல வண்ண ஒளிரும் சில்லுகளின் வளர்ச்சி.

 

1993: ஜப்பானியர் “நாக்கமுரா” பச்சைநிற ஒளியை உமிழும் இண்டியம் காலியம் நைட்ரைடு (InGaN)-யை உருவாக்கினார்.

 

1995: முதல் வெள்ளை நிற ஒளிஉமிழும் சில்லுவின் உருவாக்கம்.

 

1997: முதன் முதலில், சந்தைக்கு வரவு தந்த ஒளிஉமிழும் சில்லு.

2006: 100 lumens/W திறன் கொண்ட சில்லு உருவாக்கம்.

 

இன்று வரை: இன்னும் ஒளியின் ஆற்றலை அதிகரிக்கும் பொருட்டும், மக்களுக்கு உகந்த ‘வெப்பமிகு வெள்ளை நிற உமிழ்வுக்கும்’ (warm-white emission) பல ஆய்வுகள் நிகழ்ந்தவண்ணம் உள்ளன.
 

ஒளி உமிழும் சில்லின் அடிப்படை தொழில்நுட்பம்:

ஒளிர்வதற்கு தேவையான காரணிகளையும், ஒளிரும் தன்மையையும் கொண்டு ஒளிர்வானை (luminescence) நான்கு மிகமுக்கிய வகைகளாக பிரிக்கலாம்,

 

1. வெப்பமுறிந்து ஒளிர்வான் (Blackbody radiation) (உதாரணம்: டங்ஸ்டன் பல்ப்)

2. ஒளிமாற்றி ஒளிர்வான் (Photoluminescence) (உதாரணம்: ஃபுலுரசெண்ட் லேம்ப்)

3. எதிர்மின்புலம்தூண்டி ஒளிர்வான் (Cathodoluminescence) (உதாரணம்: பழைய வகை தொலைக்காட்சி பெட்டியின் திரை)

4. எதிர்மின்னயணி கிளர்ந்து ஒளிர்வான் (Electroluminescence) (உதாரணம்: LEDs)

 

இந்த மேற்கூறிய நான்கில், ‘எதிர்மின்னயணி கிளர்ந்து ஒளிர்வான்’ வகையை சேர்ந்ததே இந்த ஒளி உமிழும் சில்லு.

 

 

 

படம் 1: 450 nm அலைநீள-ஒளியை உமிழும் சில்லு, (க) விளக்குகளில் பொருத்துவதற்குமுன், (ங) சற்று பெரிதாக்கப்பட்ட உரு, (ச) ஒளி உமிழும் பொழுது.

 

 

ஒளிஉமிழும் சில்லு- செயல்படும் விதம்:

திட-நிலை குறைகடத்தி சாதனத்தின் (solid-state semiconducting devices) வகையை சேர்ந்த ஒளி உமிழும் சில்லு என்பது, நேரடியாக மின்னாற்றலை, ஒளியாற்றலாக மாற்றும் ஒரு கருவியாகும். இந்த குறைக்கடத்தியினூடே எதிர்மின்னயணிபயணிக்கும்பொழுது, உமிழப்படும் ஒளியே இந்த ஒளிஉமிழும் சில்லுவின் அடிப்படை. படம் 1ல், குறிப்பிட்ட 450 nm அலைநீள-ஒளியை உமிழும் சில்லுவை விளக்குகளில் பொருத்துவதற்கு முன் மற்றும் பின்னாலன உரு,புகைப்படங்களாய் கொடுக்கப்பட்டுள்ளது,

 

படம் 2: ஒளிஉமிழும் சில்லு செயல்படும் விதம்: (க) உருவாக்கப்பட்டவுடன் அதன் வடிவம், (ங) செயற்பாட்டுக்கு தகுதிபடுத்தியபின் அதன் வடிவம். (அ)அடித்தள மூலக்கூறு (substrate), (ஆ & இ) n-வகை குறைக்கடத்தியாலான அடுக்கு, (ஈ) செயல்படும் பகுதி (active region), (உ) p-வகை குறைக்கடத்தியாலான அடுக்கு, (ஊ) n-னுடனான உலோக இணைப்பு, (எ) p-யுடனான உலோக இணைப்பு, (ஏ) ஒளி உமிழ்வு.

 

சரியான அடித்தள மூலக்கூறினை (படம் 2அ) தரவுசெய்தபின், அதன் மீது அதிநுண்ணிய அதாவது நானோமீட்டர் அளவில் n-வகை குறைகடத்தியாலான அடுக்கு (படம் 2ஆ) உருவாக்கப்படுகிறது. இதன் மீது மேலும் அதேபோன்றதொரு அடுக்கை உருவாக்கியபின் (படம் 2இ), ஒளிஉமிழ்வு நிகழ்த்தப்படும் பல்லடுக்குகளை கொண்ட ‘செயல்படும் பகுதி (quantum wells)’ (படம் 2ஈ) நிர்ணயிக்கப்படுகிறது. இப்பகுதியின் மீது p-வகை குறைகடத்தியாலான அடுக்கு (படம் 2உ) உருவாக்கப்பட்டு அதனை மின்னோட்டத்துடன் இணைக்கும் பொருட்டு, உலோகத்தாலான கடத்தி (படம் 2எ) அதனுடன் பொருத்தப்படுகிறது. இந்த மண்ணடுக்கு போன்ற அமைப்பு, ஒரு p-n சந்தி பொல செயல்படுகிறது. இதில் எதிர்மின்னயணி p-சந்தியிலிருந்து, n-சந்திக்கு கடத்தப்படவேண்டும், அதன்பொருட்டு படம் 2க-வில் வெள்ளை நிற கட்டத்தால் குறிக்கப்பட்டபடி, மிகவும் கவனமாக அந்த பகுதி துண்டிக்கப்படுகிறது (படம் 2ங). அப்படி துண்டித்தபின், அந்த n-சந்தியிலும் உலோகத்தாலான கடத்தி (படம் 2ஊ) பொருத்தப்படும். இப்பொழுது, p-சந்தியிலிருந்து, n-சந்திக்கு மின்சாரம் பாயும் பொழுது, மிகவும் ஆற்றல் வாய்ந்த ஒளியானது உமிழப்படுகிறது (படம் 2ஏ).

ஒளிஉமிழும் சில்லு- செயல்பாட்டு நுட்ப விளக்கங்கள்:

 

படம் 3: ஒளிஉமிழும் சில்லின் செயல்பாட்டு நுட்பம்: (க) ஒரு எளிய ஒளிஉமிழும் சில்லுவின் மின்சுற்று, (ங) பெரிது படுத்தப்பட்ட p-n சந்தி (இருமுனை மின்னோட்ட கடத்தி (diode)), (ச) ஒளிஉமிழும் சில்லுவில் ஏற்படும் மின்னிலை மாற்றத்தினை நுட்பமாக சித்தரிக்கும் படம். (அ) இருமுனை மின்னோட்ட கடத்தி (diode), (அ1) p-வகை குறைக்கடத்தி (சிவப்பு நிற கோளம்: எதிர்மின்னயணி), (அ2) n-வகை குறைக்கடத்தி (கருப்பு வட்டம்: எதிர்மின்னயணித்துளை), (இ) மின்தடை, (ஈ) ஒளி உமிழ்வு, (உ) கிளர்வுற்ற எதிர்மின்னிலை (conduction band), (ஊ) சாதாரண எதிர்மின்னிலை (valence band).

 

 

படம் 3, ஒளிஉமிழும் சில்லின் செயல்பாட்டு நுட்பத்தை பிரதிபளிக்கிறது.இதன்படி, p-சந்தியிலிருந்து, n-சந்திக்கு மின்சாரம் பாயும்பொழுது p-சந்தியில் முகாமிடும் எதிர்மின்னயணிகள், n-சந்தியிலுள்ள எதிர்மின்னயணித்துளைகளுடன் மறுசேர்க்கைக்கு (recombination) உட்படுகிறது. இப்படி கிளர்வு நிலையிலுள்ள p-சந்தி எதிர்மின்னயணிகள், n-சந்தியிலுள்ள எதிர்மின்னயணித்துளைகளால் ஈர்க்கப்பட்டு சாதாரண நிலையை அடையும்பொழுது, ஃபோட்டான் என சொல்லப்படும் ஒளியாற்றலானது, ‘செயல்படும்’ பகுதியினூடே வெளிப்படுகிறது.இப்படிப்பட்ட ஆற்றலை உருவாக்க மிகக்குறைவான மின்சாரம் இருந்தால் பொதுமானது. ஆதாவது, நாம் 80 வோல்ட் குண்டு பல்புகளிலிருந்து பெரும் ஒளியை 8 வோல்டில், ஒளிஉமிழும் சில்லுவிலிருந்து பெற்றுவிடலாம்.ஏறக்குறைய நாம் செலவிடும் 10 ல் 1 பங்கு மின்சாரம் மட்டுமே போதுமானது. 
 

ஒளி உமிழும் சில்லு- புள்ளி விவரம்:

28-150 Lumens/W (சுற்றத்தைப் பொருத்தது)

ஒளிஉமிழும் திறனின் வாழ்காலம்: 25,000 லிருந்து 100,000 மணிநேரம் வரை

நிற ஒருங்கினைப்பு குறியீடு (Color Rendering Index): 65-90 (வெள்ளை நிறத்திற்குமட்டும்)

நிறத்தொடர்பு வெப்பநிலை (Correlated Color Temperature): 2540 லிருந்து 10000 Kவரை (வெள்ளை நிறத்திற்கு மட்டும்)

மின்சார தேவை: 0.01-3 W
 

தீர்மானம்:

இக்கட்டுரையில், நாம் இப்பொழுது உலக மின்னணு சாதனங்களின் வரலாற்றையே திருத்தி அமைத்துள்ள ’ஒளிஉமிழும் சில்லு’- செயல்படும் விதம்பற்றியும், அதன் வரலாற்றையும், செயல்பாட்டு நுட்பத்தையும் தெரிந்துகொண்டோம். இதன்படி நாம், “ஒளிஉமிழும் சில்லுவின் அடுத்தகட்ட முன்னேற்றம் பற்றி உலக அரங்கில் நடைபெறும் ஆய்வும், அது கொணரப்போகும் முடிவுகளிலுமே எதிர்கால மின்னணு எந்திர வளர்ச்சி அடங்கியிருக்கிறது” என தீர்மானிக்கலாம். மேலும், வேதியியல், இயற்பியல், அதிநுண்ணணுவியல் போன்றவற்றில் முதுகலைப்பட்டம் பெறுபவர்கள், அடுத்தகட்டமாய் இது போன்றதொரு ஆய்வில் தங்களை ஆட்படுத்திக்கொண்டு முனைவர் பட்டம் பெற்றால், நல்ல எதிர்காலம் உங்களுக்கும், நம் தமிழ் சமூகத்திற்கும் கட்டாயம் உண்டு.

 

 

சக்திவேல்

http://arivu-iyaltamizh.blogspot.com/2014/08/blog-post.html

 

Edited May 16, 201510 yr by Surveyor