Dioda pemancar cahaya

LED

Dioda pemancar cahaya(bahasa Inggris:light-emitting diode;LED) adalah suatusemikonduktoryang memancarkancahayamonokromatik yang tidakkoherenketika diberi tegangan maju.

Gejala ini termasuk bentukelektroluminesensi.Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa jugaultraviolet dekatatauinframerah dekat.

Teknologi LED

Fungsi fisik

Sebuah LED adalah sejenisdiodesemikonduktoristimewa. Seperti sebuah diode normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebutp-n junction.Pembawa-muatan -elektrondanlubangmengalir ke junction dari elektrode denganvoltaseberbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ketingkat energiyang lebih rendah, dan melepasenergidalam bentukphoton.

Emisi cahaya

Panjang gelombangdari cahaya yang dipancarkan, dan oleh karena itu warnanya, tergantung dari selisih pita energi dari bahan yang membentuk p-n junction. Sebuah diode normal, biasanya terbuat darisilikonataugermanium,memancarkan cahaya tampak inframerah dekat, tetapi bahan yang digunakan untuk sebuah LED memiliki selisih pita energi antara cahaya inframerah dekat, tampak, dan ultraungu dekat.

LED dalam aplikasi sebagai alat penerangan lampu langit-langit

Polarisasi

Tak sepertilampu pijardanneon,LED mempunyai kecenderunganpolarisasi.Chip LED mempunyaikutub positifdannegatif(p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan mengeluarkan emisi cahaya.

Chip LED pada umumnya mempunyaitegangan rusakyang relatif rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik, biasanya sifat isolator searah LED akan jebol menyebabkan arus dapat mengalir ke arah sebaliknya.

Tegangan maju

Karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik diode yang hanya memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi. Namun bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan yang diberikan adalah tegangan maju.

Tegangan yang diperlukan sebuah diode untuk dapat beroperasi adalah tegangan maju (Vf).

Sirkuit LED

Sirkuit LED dapat didesain dengan cara menyusun LED dalam posisiserimaupunparalel.Bila disusun secara seri, maka yang perlu diperhatikan adalah jumlah tegangan yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian tadi. Namun bila LED diletakkan dalam keadaan paralel, maka yang perlu diperhatikan adalah jumlah arus yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian ini.

Menyusun LED dalam rangkaian seri akan lebih sulit jika warna LED berbeda-beda, karena tiap warna LED yang berlainan mempunyai tegangan maju (Vf) yang berbeda. Perbedaan ini akan menyebabkan bila jumlah tegangan yang diberikan olehsumber daya listriktidak cukup untuk membangkitkan chip LED, maka beberapa LED akan tidak menyala. Sebaliknya, bila tegangan yang diberikan terlalu besar akan berakibat kerusakan pada LED yang mempunyai tegangan maju relatif rendah.

Pada umumnya, LED yang disusun secara seri harus mempunyai tegangan maju yang sama atau paling tidak tak berbeda jauh supaya rangkaian LED ini dapat bekerja secara baik. Jika LED digunakan untuk indikator pada voltase lebih tinggi dari operasinya, LED dapat dirangkai seri dengan resistor untuk menyesuaikan arus agar tidak melampaui batas arus maksimum LED, kalau arus maksimum terlampaui LED jadi rusak.

Substrat LED

Pengembangan LED dimulai dengan alat inframerah dan merah dibuat dengangallium arsenide.Perkembagan dalamilmu materialtelah memungkinkan produksi alat denganpanjang gelombangyang lebih pendek, menghasilkan cahaya dengan warna bervariasi.

LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi, menghasilkan warna sebagai berikut:

• aluminium gallium arsenide(AlGaAs) - merah dan inframerah
• gallium aluminium phosphide- hijau
• gallium arsenide/phosphide(GaAsP) - merah, oranye-merah,oranye,dankuning
• gallium nitride(GaN) - hijau, hijau murni (atau hijau emerald), danbiru
• gallium phosphide (GaP) - merah, kuning, dan hijau
• zincselenide(ZnSe) - biru
• indiumgallium nitride (InGaN) - hijau kebiruan dan biru
• indium gallium aluminium phosphide - oranye-merah, oranye, kuning, dan hijau
• silicon carbide(SiC) - biru
• diamond(C) - ultraviolet
• silicon(Si) - biru (dalam pengembangan)
• sapphire(Al₂O₃) - biru

LED biru dan putih

Sebuah GaN LEDultraviolet

LED birupertama yang dapat mencapai keterangan komersial menggunakan substrat galium nitrida yang ditemukan olehShuji Nakamuratahun1993sewaktu berkarier diNichia CorporationdiJepang.LED ini kemudian populer di penghujung tahun 90-an. LED biru ini dapat dikombinasikan ke LED merah dan hijau yang telah ada sebelumnya untuk menciptakan cahaya putih.

LED dengan cahaya putih sekarang ini mayoritas dibuat dengan cara melapisi substrat galium nitrida (GaN) denganfosforkuning. Karena warna kuning merangsang penerima warna merah dan hijau di mata manusia, kombinasi antara warna kuning dari fosfor dan warna biru dari substrat akan memberikan kesan warna putih bagi mata manusia.

LED putihjuga dapat dibuat dengan cara melapisi fosfor biru, merah dan hijau di substratultraviolet dekatyang lebih kurang sama dengan cara kerja lampu fluoresen.

Metode terbaru untuk menciptakan cahaya putih dari LED adalah dengan tidak menggunakan fosfor sama sekali melainkan menggunakan substratseng selenidayang dapat memancarkan cahaya biru dari area aktif dan cahaya kuning dari substrat itu sendiri.

Produsen terkemuka dunia

• Cree(Amerika Serikat), saat ini Cree juga telah memproduksi bohlam ber-Watt kecil untuk kepentingan rumah tangga sehari-hari.
• Philips Lumileds(Belanda)
• Avago(Amerika Serikat)
• Nichia(Jepang)
• Osram Opto Semiconductor(Jerman)
• Seoul Semiconductor(Korea Selatan)