Prinsip pencahayaan LED

Semualampu kerja isi ulang, lampu berkemah portabelDanlampu depan multifungsimenggunakan jenis bohlam LED. Untuk memahami prinsip kerja dioda led, pertama-tama pahami dulu pengetahuan dasar tentang semikonduktor. Sifat konduktif bahan semikonduktor berada di antara konduktor dan isolator. Fitur uniknya adalah: ketika semikonduktor dirangsang oleh cahaya eksternal dan kondisi panas, kemampuan konduktifnya akan berubah secara signifikan; Menambahkan sejumlah kecil pengotor ke semikonduktor murni secara signifikan meningkatkan kemampuannya untuk menghantarkan listrik. Silikon (Si) dan germanium (Ge) adalah semikonduktor yang paling umum digunakan dalam elektronik modern, dan elektron terluarnya berjumlah empat. Ketika atom silikon atau germanium membentuk kristal, atom-atom yang berdekatan berinteraksi satu sama lain, sehingga elektron terluar menjadi milik bersama oleh kedua atom, yang membentuk struktur ikatan kovalen dalam kristal, yang merupakan struktur molekul dengan sedikit kemampuan kendala. Pada suhu ruangan (300K), eksitasi termal akan membuat beberapa elektron terluar mendapatkan energi yang cukup untuk melepaskan diri dari ikatan kovalen dan menjadi elektron bebas, proses ini disebut eksitasi intrinsik. Setelah elektron terlepas dan menjadi elektron bebas, akan terbentuk kekosongan dalam ikatan kovalen. Kekosongan ini disebut lubang. Munculnya lubang merupakan fitur penting yang membedakan semikonduktor dari konduktor.

Ketika sejumlah kecil pengotor pentavalen seperti fosfor ditambahkan ke semikonduktor intrinsik, ia akan memiliki elektron ekstra setelah membentuk ikatan kovalen dengan atom semikonduktor lainnya. Elektron ekstra ini hanya membutuhkan energi yang sangat kecil untuk melepaskan diri dari ikatan dan menjadi elektron bebas. Semikonduktor pengotor semacam ini disebut semikonduktor elektronik (semikonduktor tipe-N). Namun, menambahkan sejumlah kecil pengotor unsur trivalen (seperti boron, dll.) ke semikonduktor intrinsik, karena hanya memiliki tiga elektron di lapisan luar, setelah membentuk ikatan kovalen dengan atom semikonduktor di sekitarnya, ia akan menciptakan kekosongan dalam kristal. Semikonduktor pengotor semacam ini disebut semikonduktor lubang (semikonduktor tipe-P). Ketika semikonduktor tipe-N dan tipe-P digabungkan, ada perbedaan konsentrasi elektron bebas dan lubang di persimpangan mereka. Baik elektron maupun lubang berdifusi ke arah konsentrasi yang lebih rendah, meninggalkan ion bermuatan tetapi tidak bergerak yang merusak kenetralan listrik asli dari daerah tipe-N dan tipe-P. Partikel bermuatan yang tidak bergerak ini sering disebut muatan ruang, dan terkonsentrasi di dekat antarmuka daerah N dan P untuk membentuk daerah muatan ruang yang sangat tipis, yang dikenal sebagai sambungan PN.

Bila tegangan bias maju diterapkan pada kedua ujung sambungan PN (tegangan positif pada satu sisi tipe-P), lubang dan elektron bebas bergerak mengelilingi satu sama lain, menciptakan medan listrik internal. Lubang yang baru disuntikkan kemudian bergabung kembali dengan elektron bebas, terkadang melepaskan energi berlebih dalam bentuk foton, yaitu cahaya yang kita lihat dipancarkan oleh LED. Spektrum seperti itu relatif sempit, dan karena setiap material memiliki celah pita yang berbeda, panjang gelombang foton yang dipancarkan berbeda, sehingga warna LED ditentukan oleh material dasar yang digunakan.