Prinsip pencahayaan LED

SemuaLampu kerja isi ulang, lampu berkemah portabelDanlampu kepala multifungsiGunakan jenis bohlam LED. Untuk memahami prinsip dioda LED, pertama-tama pahami pengetahuan dasar tentang semikonduktor. Sifat konduktif material semikonduktor berada di antara konduktor dan isolator. Ciri khasnya adalah: ketika semikonduktor dirangsang oleh cahaya dan panas eksternal, 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 tetangga berinteraksi satu sama lain, sehingga elektron terluar menjadi terbagi oleh kedua atom tersebut, yang membentuk struktur ikatan kovalen dalam kristal, yang merupakan struktur molekuler dengan sedikit kemampuan pengikatan. Pada suhu kamar (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 menjadi elektron bebas, akan terbentuk kekosongan dalam ikatan kovalen. Kekosongan ini disebut lubang. Munculnya lubang merupakan ciri penting yang membedakan semikonduktor dari konduktor.

Ketika sejumlah kecil pengotor pentavalensi seperti fosfor ditambahkan ke semikonduktor intrinsik, ia akan memiliki elektron tambahan setelah membentuk ikatan kovalen dengan atom semikonduktor lainnya. Elektron tambahan ini hanya membutuhkan energi yang sangat kecil untuk melepaskan diri dari ikatan dan menjadi elektron bebas. Semikonduktor pengotor jenis ini disebut semikonduktor elektron (semikonduktor tipe-N). Namun, menambahkan sejumlah kecil pengotor unsur trivalensi (seperti boron, dll.) ke semikonduktor intrinsik, karena hanya memiliki tiga elektron di lapisan terluar, setelah membentuk ikatan kovalen dengan atom semikonduktor di sekitarnya, akan menciptakan kekosongan dalam kristal. Semikonduktor pengotor jenis ini disebut semikonduktor lubang (semikonduktor tipe-P). Ketika semikonduktor tipe-N dan tipe-P digabungkan, terdapat perbedaan konsentrasi elektron bebas dan lubang pada sambungannya. Baik elektron maupun lubang (hole) berdifusi menuju konsentrasi yang lebih rendah, meninggalkan ion bermuatan tetapi tidak bergerak yang merusak netralitas 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.

Ketika tegangan bias maju diterapkan pada kedua ujung sambungan PN (tegangan positif pada satu sisi tipe-P), lubang dan elektron bebas bergerak saling berinteraksi, menciptakan medan listrik internal. Lubang yang baru diinjeksikan kemudian bergabung kembali dengan elektron bebas, terkadang melepaskan energi berlebih dalam bentuk foton, yang merupakan cahaya yang kita lihat dipancarkan oleh LED. Spektrum tersebut 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.