ایل ای ڈی کی پیمائش

ایل ای ڈی - غالب لائٹنگ ٹیکنالوجی

اگر کبھی کوئی سوال ہو کہ ایل ای ڈی ایسی غالب لائٹنگ ٹیکنالوجی ہو گی تو ذرا اپنے ارد گرد ایک نظر ڈالیں۔ وہ عملی طور پر ہر جگہ موجود ہیں۔ سٹیریو آلات، لیپ ٹاپس اور کھلونوں پر معیاری اشاریوں سے لے کر ٹریفک لائٹس، متغیر پیغام کے نشانات اور آٹوموٹیو لائٹنگ تک، LEDs نے گزشتہ کئی سالوں کے دوران ایک دھماکہ خیز ترقی کا لطف اٹھایا ہے جس کا کوئی خاتمہ نہیں ہے۔ اس میں سے زیادہ تر چمک کی مسلسل بڑھتی ہوئی سطحوں کو نئے مواد اور ویفر فیبریکیشن کے عمل کے ساتھ ساتھ آر جی بی (مکمل رنگ) اور عام الیومینیشن ایپلی کیشنز کے لیے نیلے اور سفید ایل ای ڈی کی آمد کی وجہ سے ہے۔ جیسے جیسے ایل ای ڈی استعمال کرنے کے لیے نفاست کی سطح بڑھتی جاتی ہے، اسی طرح ایل ای ڈی کی آپٹیکل خصوصیات کی درست پیمائش کی ضرورت بھی بڑھ جاتی ہے۔ میں Optoelectronics انڈسٹری میں تقریباً 25 سالوں سے ہوں اور اب تک سب سے عام قسم کا سوال جو مجھ سے ہمیشہ پوچھا جاتا ہے وہ LED کی پیمائش سے متعلق ہے۔ (لیمن کیا ہے؟ میں lumens سے candela میں کیسے بدل سکتا ہوں؟ میں چمک کی درست پیمائش کیسے کروں؟ میری پیمائش آپ کی طرح کیوں نہیں ہے؟) مجھے امید ہے کہ اگلے مضمون میں ان اور اسی طرح کے بہت سے مسائل کو حل کیا جائے گا۔ اس discfstaussion میں نظری پیمائش کی تفصیلات کو چار الگ الگ لیکن باہم مربوط موضوعات میں تقسیم کیا جائے گا۔ یہ ہیں: فوٹوومیٹرک مقداریں، ریڈیومیٹرک مقداریں، طول موج یا رنگین مقداریں اور آخر میں کونیی یا گونیومیٹرک مقداریں۔ اگرچہ مندرجہ بالا کی اکائیوں، معیارات اور جانچ کے طریقہ کار پر ایک پوری کتاب آسانی سے لکھی جا سکتی ہے، لیکن میں دلچسپی کے زیادہ عام اور بنیادی پہلوؤں کا خلاصہ کرنے کی کوشش کروں گا۔

فوٹومیٹری

فوٹوومیٹری صرف نظر آنے والے سپیکٹرم (تقریبا 380nm-770nm) میں روشنی کی پیمائش ہے۔ یہ ایک اوسط انسانی مبصر کی ننگی آنکھ سے دیکھا ہوا روشنی ہے۔ فوٹومیٹرک یونٹس کی بہت سی مختلف قسمیں ہیں جیسے کہ نِٹس (cd/m2)، لکس (lumen/m2)، footcandles (lumen/ft2)، stilb (cd/cm2) وغیرہ۔ یہ سب دو بنیادی فوٹوومیٹرک معیارات پر مبنی ہیں، لومین اور کینڈیلا۔ کینڈیلا برائٹ شدت کی اکائی ہے، جس کی تعریف دی گئی سمت میں فی یونٹ ٹھوس زاویہ میں برائٹ فلوکس (کسی منبع سے خارج ہونے والی اور lumens کے طور پر ظاہر ہونے والی کل برائٹ طاقت) کی مقدار کے طور پر کی جا سکتی ہے۔ Lumen کی تعریف یکساں نقطہ کے ذریعہ سے فی یونٹ ٹھوس زاویہ پر خارج ہونے والے برائٹ بہاؤ کے طور پر کی جا سکتی ہے جس کی روشنی کی شدت 1 کینڈیلا ہے۔ (1 candela=1 lumen/steradian) steradian کی تعریف کو سمجھنا بھی ضروری ہے، جو کہ رداس "r" کے دائرے کے مرکز میں ٹھوس زاویہ (مخروط) ہے جو سطح پر ایک رقبہ "r2" کو کم کرتا ہے۔ کرہ (شکل 1 دیکھیں) ایک کرہ کی سطح کا رقبہ 4π r2 ہے؛ لہذا، ایک کرہ میں 4π سٹیریڈینز ہوتے ہیں۔ آج سپلائی کی جانے والی زیادہ تر معیاری LEDs کی پیمائش موم بتیوں میں کی جاتی ہے، تاہم، عام الیومینیشن مارکیٹ میں تاپدیپت کے متبادل کے طور پر LEDs کی بڑھتی ہوئی مانگ کی وجہ سے، Lumen کو اب اکثر روشنی کی پیداوار کے لیے پیمائش کی اکائی کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ Candela سے Lumens میں تبدیل کرنے کا ایک آسان طریقہ تصویر 2 (نیچے) میں دکھایا گیا ہے۔ مرحلہ 1.) LED کا ٹھوس زاویہ حاصل کریں w=π * (θ1/2)2 w=π(25)2، فرض کریں کہ LED نصف زاویہ 25° w=π(.43633)2 ہے، ڈگری کو ریڈین میں تبدیل کریں۔ .598 مرحلہ 2۔) Lumens f=Iv * wf=2.00 * .598 کا حساب لگائیں، یہ فرض کرتے ہوئے کہ LED چمک 2000mcd f=1.196 Lumens ہے اگرچہ بہت سے مختلف قسم کے فوٹوومیٹرک یونٹس کو تبدیل کرنے کے لیے تجرباتی حسابات ممکن ہیں، لیکن اصل پیمائش شدہ قدر سے فرق ہو سکتا ہے۔ ایل ای ڈی کی مقامی تابکاری کی خصوصیات میں فرق کی وجہ سے حسابی قدر۔ زیادہ تر معاملات میں، تجرباتی حساب کتاب کافی حد تک درست ہوتا ہے۔ اضافی فوٹوومیٹرک تبادلوں کو شکل 3 میں دکھایا گیا ہے۔ اگرچہ دیگر متعدد تبدیلیاں ممکن ہیں، مثال کے طور پر کینڈیلا سے نٹ یا لیمبرٹ سے کینڈیلا، کوئی آسان براہ راست ضرب کا عنصر نہیں ہے جسے استعمال کیا جا سکے۔ معلومات جیسے ماخذ اور/یا پتہ لگانے والے کا رقبہ، یا پیمائش کا فاصلہ اور کونیی خصوصیات درکار ہو سکتی ہیں۔ ایل ای ڈی کی فوٹو میٹرک پیمائش ایک عین سائنس سے زیادہ ایک فن ہوسکتی ہے۔ جیومیٹری، الیکٹریکل اور اسمبلی کے مختلف مسائل ہیں جو ایل ای ڈی کی آپٹیکل خصوصیات کو بہت زیادہ متاثر کر سکتے ہیں۔ کیونکہ کوئی بھی دو ایل ای ڈی بالکل یکساں نہیں ہیں ایسے اقدامات ہیں جو آپ کی پیمائش کی درستگی کو بہت زیادہ بڑھا دیں گے۔ ان میں شامل ہیں لیکن ان تک محدود نہیں ہیں:

• ایل ای ڈی لائٹ ایمیشن آپٹیکل سینٹر بمقابلہ مکینیکل سینٹر جاننا۔ LEDs کو ایک عام ٹیسٹ فکسچر میں رکھتے وقت، اسے عام طور پر اس طرح رکھا جاتا ہے کہ یہ فرض کیا جائے کہ روشنی آلہ کے مکینیکل مرکز سے نکل رہی ہے۔ ایسا اکثر نہیں ہوتا ہے۔ (شکل 4 دیکھیں) آپٹیکل سینٹر اکثر LED مکینیکل سینٹر سے 5° یا اس سے زیادہ ہٹ جاتا ہے۔ اگرچہ تنگ زاویہ والے آلات کے لیے وسیع دیکھنے کے زاویے جیسے 40° یا اس سے زیادہ والے آلات کی پیمائش کرتے وقت یہ زیادہ مسئلہ پیش نہیں کر سکتا، پڑھنے میں فرق کافی ہو سکتا ہے۔ (واضح رہے کہ CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) کی سفارش یہ ہے کہ پیمائش کے حوالے کے طور پر آپٹیکل محور کی بجائے LED کے مکینیکل محور کو استعمال کیا جائے)

• ایک مخصوص وقت کے وقفے پر یا مستحکم ہونے پر آؤٹ پٹ کی پیمائش۔ جب ایل ای ڈی کو پہلی بار توانائی بخشی جاتی ہے تو استعمال ہونے والی بجلی کی وجہ سے جنکشن کا درجہ حرارت بڑھ جاتا ہے۔ (ایل ای ڈی کے جنکشن کا درجہ حرارت Tj=Ta+(Vf*If)*Rth(ja) سے طے ہوتا ہے) روشنی کی پیداوار کے تھرمل توازن اور مستحکم قدر تک پہنچنے میں کئی سیکنڈ یا کئی منٹ لگ سکتے ہیں۔ 5-20% یا اس سے زیادہ کی پیداوار میں کمی غیر معمولی نہیں ہے۔ یہ مستقل تنزلی نہیں ہے اور توانائی کو کم کرنے پر ٹھیک ہو جائے گا۔ جب بہت سے ایل ای ڈیز کو ٹیسٹنگ کی ضرورت ہوتی ہے تو طویل عرصے تک انتظار کرنا اکثر عملی نہیں ہوتا ہے، اس لیے، ایک مقررہ وقت کا وقفہ جیسے کہ 5 سیکنڈز اکثر قائم کیے جاتے ہیں حالانکہ آؤٹ پٹ کو مستحکم نہیں کیا جا سکتا ہے۔

• جانچ کے دوران محیطی درجہ حرارت کی بیمہ کرنا یکساں ہے۔ ایل ای ڈی عام طور پر درجہ حرارت کے ساتھ چمک اور رنگ میں بدل جاتی ہے۔ جیسے جیسے درجہ حرارت بڑھتا ہے، آؤٹ پٹ کم ہوتا ہے اور رنگ سپیکٹرم کے اونچے سرے کی طرف بدل جاتا ہے۔ اس کی تفصیل Colorimetry بحث میں کی جائے گی۔

• ہمیشہ ایک مستقل کرنٹ سورس استعمال کریں۔ ایل ای ڈی کا فارورڈ وولٹیج (Vf) ایک ڈیوائس سے دوسرے ڈیوائس میں اتار چڑھاؤ آ سکتا ہے، اس لیے، اگر معیاری پاور سپلائی یا وولٹیج کا ذریعہ استعمال کیا جاتا ہے، تو ہو سکتا ہے کہ ہر LED کو ایک جیسا کرنٹ نہ ملے۔

• آسانی سے تولیدی ٹیسٹ سیٹ اپ استعمال کریں۔ لیبارٹری کی قسم کی پیمائش کے لیے وسیع سیٹ اپ ٹھیک ہو سکتے ہیں، تاہم، جب بہت سے ایل ای ڈیز کو ٹیسٹنگ کی ضرورت ہوتی ہے، ہر ایک کو مختلف پیکج کے انداز، دیکھنے کے زاویے، رنگ وغیرہ، ایک ایسا نظام جس میں میکانی محور کی یکساں سیدھ کو یقینی بناتے ہوئے اور ڈیٹیکٹر کی ضمانت دیتے ہوئے تیزی سے ترمیم کی جا سکتی ہے۔ ہمیشہ دیکھتا ہے کہ اخراج شنک کا ایک ہی حصہ درکار ہے۔

• یقینی بنائیں کہ تمام سامان مناسب طریقے سے دیکھ بھال اور کیلیبریٹ کیا گیا ہے۔

ریڈیومیٹری

ریڈیومیٹری سے مراد کل تابکاری یا تمام روشنی کی پیمائش ہے چاہے وہ مرئی، انفراریڈ، یا الٹرا وایلیٹ سپیکٹرم میں ہو۔ ریڈیو میٹرک آپٹیکل پاور (ریڈینٹ پاور) کی بنیادی اکائی واٹ (W) ہے۔ واٹ ایک مطلق یونٹ ہے کیونکہ یہ طول موج سے آزاد ہے۔ ایک واٹ اورکت روشنی میں اتنی طاقت ہوتی ہے جتنی ایک واٹ نظر آنے والی روشنی میں۔ دیگر ریڈیومیٹرک اصطلاحات جن کی عام طور پر پیمائش کی جاتی ہے وہ ہیں تابناک شدت (Watts/Steradian)، Irradiance (W/m2) اور Radiance (W/m2 sr)۔ کل ریڈینٹ پاور/برائٹ فلوکس کی پیمائش کا بنیادی طریقہ انٹیگریٹنگ اسفیئر کا استعمال کرنا ہے۔ عام طور پر یہ پیمائشیں دیکھنے کے زاویے سے آزاد ہوتی ہیں اور فوٹوومیٹرک جانچ کے دوران نظر آنے والی کونیی پیمائش کی غلطیوں کے تابع نہیں ہوتی ہیں، تاہم، غلطیاں اب بھی ممکن ہیں۔ تقریباً 3 اور 6 انچ کے دائرہ قطر بڑے پیمانے پر استعمال ہوتے ہیں۔ اگر درستگی اہم ہے تو، بڑے قطر کی اقسام کو ترجیح دی جاتی ہے کیونکہ کرہ کے رقبے کے ایل ای ڈی اور بندرگاہوں کے سائز کے موافق تناسب کی وجہ سے، تاہم، اس کے نتیجے میں شدت میں کمی واقع ہوتی ہے۔ پیمائش کی غلطی کا ایک بڑا ذریعہ یہ رہا ہے کہ LED کو مربوط کرنے والے دائرے کے اندر کہاں رکھا جائے۔ CIE، پبلیکیشن 127 کی طرف سے اپنایا گیا تازہ ترین تصریح کہتی ہے کہ LED کا پورا پیکج دائرے کے اندر ہونا چاہیے جسے 2 برائٹ فلوکس پیمائش کہا جاتا ہے۔ ایل ای ڈی کی فوٹو میٹرک پیمائش کے لیے استعمال ہونے والی وہی احتیاطیں ریڈیو میٹرک پیمائش کرتے وقت بھی اختیار کی جانی چاہئیں۔ فوٹوومیٹرک تبادلوں کی طرح، ریڈیو میٹرک تبادلوں کے متعدد ہیں جو مناسب معلومات کے پیش نظر ممکن ہیں۔ ریڈیو میٹرک اقدار عام طور پر ان ایپلی کیشنز کے لیے درکار ہوتی ہیں جو فوٹو ڈیٹیکٹر کے ساتھ مل کر استعمال ہوتی ہیں جیسے کہ فائبر آپٹکس، سکیننگ یا سینسنگ میں۔

رنگ کی پیمائش

LED رنگ کی سائنسی پیمائش اور مقدار کو Colorimetry کہتے ہیں۔ اس کی اکائیوں کو عام طور پر رنگین کوآرڈینیٹ یا طول موج میں دیا جاتا ہے۔ رنگ کا ادراک بہت پیچیدہ ہے کیونکہ یہ نہ صرف روشنی کی مختلف طبعی خصوصیات پر منحصر ہے بلکہ ارد گرد کی چیزوں، آلات کی مشینی خصوصیات، ناظرین کی آنکھوں کے ردعمل کے ساتھ ساتھ ان کی نفسیاتی حالت پر بھی منحصر ہے۔ CIE نے مرئی روشنی کی پیمائش کے لیے معیارات قائم کیے ہیں کیونکہ اس کا تعلق "معیاری انسانی آنکھ کے ردعمل" سے ہے۔ یہ نام نہاد معیاری مبصر وکر پہلی بار 1931 میں قائم کیا گیا تھا (شکل 6a دیکھیں)۔ اس منحنی خطوط سے، رنگ کی درست وضاحت کے لیے ٹرسٹیمولس قدریں حاصل کی جاتی ہیں۔ X, Y, Z tristimulus نظام اس مفروضے پر مبنی ہے کہ ہر رنگ تین بنیادی رنگوں کا مجموعہ ہے۔ سرخ، سبز اور نیلے رنگ. 1931 CIE Chromaticity Diagram (تصویر 6b دیکھیں) مندرجہ ذیل کے ذریعہ tristimulus اقدار سے اخذ کیا گیا ہے: x=X/(X+Y+Z) یا x=Red/(Red {{6} } سبز + نیلا) y=Y/(X+Y+Z) یا y=سبز/(سرخ + سبز + نیلا) چونکہ ( x + y + z) =1، تیسرا محور، z=1 – (x + y)

رنگین کوآرڈینیٹ عام طور پر صرف x اور y محور کے ذریعہ بیان کیے جاتے ہیں۔ عام طور پر، ایل ای ڈی مینوفیکچررز کی طرف سے فراہم کردہ زیادہ تر تصریحات رنگین کوآرڈینیٹس کو درج نہیں کرتی ہیں، بلکہ چوٹی اور غالب طول موج (جب تک کہ ایل ای ڈی سفید نہ ہو)۔ غالب طول موج، نینو میٹرز میں بیان کی گئی ہے، اوپر زیر بحث رنگ کے نقاط سے حاصل کی جاتی ہے۔ یہ بنیادی طور پر وہ رنگ ہے جو دراصل انسانی آنکھ سے محسوس ہوتا ہے۔ چوٹی طول موج زیادہ سے زیادہ طول موج کی شدت پر طول موج ہے۔ چوٹی کی قیمت حاصل کرنا آسان ہے اور اس وجہ سے ایل ای ڈی مینوفیکچررز کے ذریعہ بیان کردہ سب سے عام قدر ہے، تاہم، انسانی آنکھ سے دیکھے جانے والے ایپلی کیشنز کے لیے اس کی بہت کم عملی اہمیت ہے کیونکہ دو ایل ای ڈی کی چوٹی کی طول موج ایک جیسی ہو سکتی ہے لیکن اسے مختلف سمجھا جا سکتا ہے۔ رنگ فی الحال، رنگ کی پیمائش کا سب سے درست طریقہ سپیکٹرو ریڈیومیٹر کا استعمال ہے۔ یہ آلہ ماپا جانے والے ماخذ کی مکمل سپیکٹرل پاور ڈسٹری بیوشن کرتا ہے جس سے تمام فوٹوومیٹرک، ریڈیومیٹرک اور کلومیٹرک پیرامیٹرز کو ریاضیاتی طور پر شمار کیا جا سکتا ہے۔ آلات کی طول موج کی درستگی 0.5nm سے بہتر ہونی چاہیے اور 0.1nm کو ترجیح دی جائے۔ جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے، بہت سے عوامل ہیں جو حاصل کردہ قدر کو متاثر کر سکتے ہیں۔ ان میں سے ایک درجہ حرارت ہے۔ جیسے جیسے محیط درجہ حرارت بڑھتا ہے، اسی طرح ایل ای ڈی طول موج بھی بڑھ جاتی ہے۔ یہ اضافہ عام طور پر استعمال شدہ LED کی قسم کے لحاظ سے 0.1nm/°C-0.2nm/°C سے ہو گا۔

گونیومیٹرک / کونیی خصوصیات

بحث کا آخری موضوع گونیومیٹرک یا کونیی خصوصیت ہے۔ گونیومیٹر ایک ایسا آلہ ہے جو ایل ای ڈی کی مقامی تقسیم یا ریڈی ایشن پیٹرن کی پیمائش کرتا ہے (شکل 8 دیکھیں)۔ اسے یا تو ایل ای ڈی کے گرد پکڑنے والے کو حرکت دے کر یا ایل ای ڈی کو جھکا کر پورا کیا جا سکتا ہے جب کہ ڈیٹیکٹر ساکن رہتا ہے۔ دونوں صورتوں میں، ہر زاویہ کے لیے کئی آؤٹ پٹ پیمائشیں لی جاتی ہیں کیونکہ 0°-180° سے گردش کی جاتی ہے۔ مکمل ہونے پر، ایک ہوائی جہاز میں تابکاری بیم کا پروفائل حاصل کیا جاتا ہے۔ یہ اکثر فرض کیا جاتا ہے کہ چونکہ زیادہ تر ایل ای ڈی گول ہوتی ہیں، اس لیے تابکاری کا نمونہ سڈول ہوتا ہے۔ ایسا لگتا ہے کہ یہ بہت سے ایل ای ڈی مینوفیکچررز کے ذریعہ فراہم کردہ دیکھنے کے زاویہ کی گرافیکل نمائندگی سے بھی ظاہر ہوتا ہے۔ اکثر ایسا نہیں ہوتا۔ جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے، جیومیٹرک اور اسمبلی کی مختلف حالتیں جو ایل ای ڈی کی تیاری کے دوران ہوتی ہیں اس کی نظری خصوصیات کو بہت متاثر کر سکتی ہیں۔ یہ ایک اضافی اسکین انجام دینے اور متعدد طیاروں کے نظارے کو ریکارڈ کرنے کی ضرورت ہوسکتی ہے۔ اس کے علاوہ، کچھ خاص شکل کی ایل ای ڈی جیسے بیضوی یا بیضوی قسم، میں بنیادی طور پر دو ریڈی ایشن پیٹرن ہوتے ہیں (مثال کے طور پر 30° x 70°)، اس لیے ڈیوائس کا 0° اور 90° دونوں سکین ضروری ہے۔ اگر گونیومیٹر آسانی سے دستیاب نہ ہو تو، فوٹو ڈیٹیکٹر کا استعمال کرکے اور ایل ای ڈی ڈار ڈیٹیکٹر کو دستی طور پر گھما کر، آؤٹ پٹ لیول کو ریکارڈ کرکے اور ڈیٹا پوائنٹس کی منصوبہ بندی کرکے خام ریڈی ایشن پیٹرن حاصل کرنا ممکن ہے، تاہم، یہ بہت مشکل اور وقت طلب ہوسکتا ہے۔ . اس بات سے واضح ہونا چاہیے کہ روشنی کی پیمائش دیگر زیادہ مخصوص برقی خصوصیات جیسے وولٹیج، کرنٹ یا مزاحمت کے مقابلے میں انتہائی غلط ہو سکتی ہے۔ رنگ، ڈیوائس جیومیٹری، ٹیسٹ فکسچر میں ایل ای ڈی کی سیدھ، درجہ حرارت وغیرہ جیسے بہت سے عوامل ہیں جو پیمائش کی غلطی کا باعث بن سکتے ہیں۔ اسے اکثر سائنس سے زیادہ آرٹ کے طور پر درجہ بندی کیا جاتا ہے۔ اگرچہ ±5% کی پیمائش کی درستگی کو اب بھی صنعت میں معیاری اور وسیع پیمانے پر قابل قبول سمجھا جاتا ہے، لیکن محتاط توجہ کے ساتھ، ±2.5% سے بہتر درستگی ممکن ہے۔