Bagaimana Cara Kerja LED

Encyclopedia

Bidang: Ensiklopedia

China

Bagaimana Cara Kerja LED?

Definisi LED

LED, atau Diode Penerangan, didefinisikan sebagai perangkat semikonduktor yang memancarkan cahaya ketika dialiri listrik melalui proses yang disebut elektroluminesensi.

Cara Kerja LED

Seperti dioda biasa, dioda LED bekerja ketika terjadi bias maju. Dalam hal ini, semikonduktor tipe-n sangat diberi dop lebih banyak daripada tipe-p membentuk junsi p-n. Ketika terjadi bias maju, hambatan potensial berkurang dan elektron dan lubang bergabung di lapisan depleksi (atau lapisan aktif), cahaya atau foton dipancarkan atau diradiasikan ke segala arah. Gambar tipikal menunjukkan emisi cahaya karena gabungan pasangan elektron-lubang pada bias maju.

Emisi foton dalam LED dapat dijelaskan oleh teori band energi padat, yang menyatakan bahwa emisi cahaya bergantung pada celah band bahan tersebut apakah langsung atau tidak langsung. Bahan semikonduktor yang memiliki celah band langsung adalah yang memancarkan foton. Dalam bahan dengan celah band langsung, bagian bawah tingkat energi band konduksi berada tepat di atas tingkat energi tertinggi band valensi pada diagram Energi vs Momentum (vektor gelombang 'k').

Ketika elektron dan lubang bergabung, energi E = hν yang sesuai dengan celah energi △ (eV) dilepaskan dalam bentuk energi cahaya atau foton, di mana h adalah konstanta Planck dan ν adalah frekuensi cahaya.

Celah Band Langsung

Bahan dengan celah band tidak langsung bersifat non-radiatif, karena bagian bawah band konduksinya tidak sejajar dengan bagian atas band valensi, mengubah sebagian besar energi menjadi panas. Contohnya adalah Si, Ge, dll.

Celah Band Tidak Langsung

Contoh bahan yang memiliki celah band langsung adalah Arsenida Galium (GaAs), semikonduktor komposit yang digunakan dalam LED. Atom dopan ditambahkan ke GaAs untuk menghasilkan berbagai warna. Beberapa bahan yang digunakan dalam LED adalah:

Arsenida Alumunium Galium (AlGaAs) – inframerah.

Fosfid Arsenik Galium (GaAsP) – merah, oranye, kuning.

Fosfid Alumunium Galium (AlGaP) – hijau.

Nitrid Indium Galium (InGaN) – biru, biru-hijau, UV dekat.

Selenid Seng (ZnSe) – biru.

Struktur Fisik LED

LED dibuat sedemikian rupa sehingga cahaya yang dipancarkan tidak terserap kembali ke dalam bahan. Jadi, pastikan bahwa rekomposisi elektron-lubang terjadi di permukaan.

Gambar di atas menunjukkan dua cara berbeda untuk menyusun junsi p-n LED. Lapisan tipe-p dibuat tipis dan tumbuh pada substrat tipe-n. Elektroda logam yang melekat di kedua sisi junsi p-n berfungsi sebagai node untuk koneksi listrik eksternal. Junsi p-n dienkapsulasi dalam casing transparan berbentuk kubah sehingga cahaya dipancarkan secara merata ke segala arah dan refleksi internal minimal terjadi.

Kaki LED yang lebih besar mewakili elektroda positif atau anoda.

LED dengan lebih dari 2 kaki juga tersedia, seperti konfigurasi 3, 4, dan 6 pin untuk mendapatkan multi-warna dalam satu paket LED. Tampilan LED yang dipasang di permukaan tersedia yang dapat dipasang di PCB.

LED biasanya membutuhkan arus beberapa puluh miliamper dan memerlukan hambatan seri yang tinggi karena jatuh tegangan maju yang lebih tinggi 1,5 hingga 3,5 volt, dibandingkan dengan dioda biasa.

LED Cahaya Putih atau Lampu LED Putih

Lampu, bohlam, dan pencahayaan jalan LED menjadi sangat populer akhir-akhir ini karena efisiensi LED yang sangat tinggi dalam hal output cahaya per unit daya input (dalam milliwatt), dibandingkan dengan bohlam pijar. Oleh karena itu, untuk pencahayaan umum, cahaya putih lebih disukai. Untuk menghasilkan cahaya putih dengan bantuan LED, digunakan dua metode:

Mencampur tiga warna primer RGB untuk menghasilkan cahaya putih. Metode ini memiliki efisiensi kuantum yang tinggi.

Metode lainnya adalah melapisi LED satu warna dengan fosfor warna berbeda untuk menghasilkan cahaya putih. Metode ini populer secara komersial untuk memproduksi bohlam dan pencahayaan LED.

Aplikasi LED

Tampilan elektronik seperti OLED, micro-LED, quantum dots, dll.