Prinsip pencahayaan LED

Semualampu kerja isi ulang, lampu berkemah portabelDanlampu depan multifungsiGunakan jenis bohlam LED. Untuk memahami prinsip kerja dioda LED, pertama-tama pahami pengetahuan dasar semikonduktor. Sifat konduktif bahan semikonduktor berada di antara konduktor dan isolator. Ciri uniknya adalah: ketika semikonduktor dirangsang oleh cahaya dan panas eksternal, kemampuan konduktifnya akan berubah secara signifikan; penambahan 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 di sekitarnya berinteraksi satu sama lain, sehingga elektron terluar dibagi oleh kedua atom, yang membentuk struktur ikatan kovalen dalam kristal, yaitu struktur molekul dengan kemampuan konduksi yang rendah. 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 dilepaskan dan menjadi elektron bebas, terbentuklah kekosongan dalam ikatan kovalen. Kekosongan ini disebut lubang. Keberadaan lubang merupakan ciri 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, itu akan menciptakan kekosongan dalam kristal. Jenis semikonduktor pengotor semacam ini disebut semikonduktor lubang (semikonduktor tipe-P). Ketika semikonduktor tipe-N dan tipe-P digabungkan, ada perbedaan dalam konsentrasi elektron bebas dan lubang di persimpangan mereka. Baik elektron maupun lubang berdifusi menuju konsentrasi yang lebih rendah, meninggalkan ion-ion bermuatan namun tidak bergerak yang merusak netralitas listrik asli daerah tipe-N dan tipe-P. Partikel-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 diberikan pada kedua ujung sambungan PN (tegangan positif pada salah 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 juga berbeda, sehingga warna LED ditentukan oleh material dasar yang digunakan.