Perangkat dan prinsip pengoperasian LED

Pada lampu pijar, cahayanya berasal dari filamen tungsten panas ke putih, yang pada dasarnya berasal dari panas. Seperti bara api dalam tungku, dipanaskan oleh efek pemanasan arus listrik, ketika elektron dengan cepat berosilasi dan bertabrakan dengan simpul kisi kristal logam penghantar, pada saat yang sama memancarkan cahaya tampak, yang, bagaimanapun, hanya mewakili lebih sedikit dari 15% dari total energi listrik yang dikonsumsi yang menggerakkan lampu...

LED, tidak seperti lampu pijar, memancarkan cahaya bukan karena panas sama sekali, tetapi karena kekhasan desainnya, yang terutama ditujukan untuk memastikan bahwa energi arus mengalir tepat ke pancaran cahaya, pada panjang gelombang tertentu. Hasilnya, efisiensi LED sebagai sumber cahaya melebihi 50%.

Arus mengalir di sini melintasi persimpangan p-n, sedangkan dalam transisi terjadi rekombinasi elektron dan lubang dengan pancaran foton (kuanta) cahaya tampak dengan frekuensi tertentu dan karenanya dengan warna tertentu.

Setiap LED pada dasarnya diatur sebagai berikut.Pertama, seperti disebutkan di atas, ada sambungan lubang-elektron, yang terdiri dari semikonduktor tipe-p (mayoritas pembawa arus adalah lubang) dan semikonduktor tipe-n yang bersentuhan satu sama lain (lebih banyak pembawa arus adalah lubang). elektron).

Ketika arus ditransmisikan ke arah depan melalui sambungan ini, maka pada titik kontak semikonduktor dari dua jenis yang berlawanan, terjadi transisi muatan (pembawa muatan melompat di antara tingkat energi) dari daerah dengan satu jenis konduktivitas ke daerah dengan jenis konduktivitas yang berbeda.

Dalam hal ini, elektron dengan muatan negatifnya bergabung dengan ion lubang bermuatan positif. Pada saat ini, foton cahaya lahir, yang frekuensinya sebanding dengan perbedaan tingkat energi atom (ketinggian penghalang potensial) antara zat di kedua sisi transisi.

Secara struktural, LED hadir dalam berbagai bentuk. Bentuk paling sederhana adalah badan lima milimeter — sebuah lensa. LED semacam itu sering ditemukan sebagai LED indikator pada berbagai peralatan rumah tangga. Di bagian atas, housing LED berbentuk seperti lensa. Reflektor parabola (reflektor) dipasang di bagian bawah rumahan.

Pada reflektor terdapat kristal yang memancarkan cahaya pada titik di mana arus melewati persimpangan pn. Dari katoda - ke anoda, dari reflektor - ke arah kawat tipis, elektron bergerak melalui kubus - kristal.

Kristal semikonduktor ini adalah elemen utama dari LED. Ini ukurannya 0,3 kali 0,3 kali 0,25 mm. Kristal terhubung ke anoda dengan jembatan kawat tipis.Badan polimer pada saat yang sama merupakan lensa transparan yang memfokuskan cahaya ke arah tertentu, sehingga memperoleh sudut divergensi berkas cahaya yang terbatas.

Hari ini, LED hadir dalam semua warna pelangi, dari ultraviolet dan putih hingga merah dan inframerah. Yang paling umum adalah warna LED merah, oranye, kuning, hijau, biru dan putih. Dan warna glitter di sini tidak ditentukan oleh warna casingnya!

Warna tergantung pada panjang gelombang foton yang dipancarkan oleh sambungan pn. Misalnya, warna merah dari LED merah memiliki panjang gelombang karakteristik 610 hingga 760 nm. Panjang gelombang, pada gilirannya, bergantung pada bahan yang digunakan dalam pembuatan bagian tertentu semikonduktor untuk LED ini Jadi, untuk mendapatkan warna dari merah menjadi kuning, digunakan pengotor aluminium, indium, galium dan fosfor.

Untuk mendapatkan warna dari hijau ke biru — nitrogen, gallium, indium. Untuk mendapatkan warna putih, fosfor khusus ditambahkan ke kristal, yang dengan bantuan mengubah warna biru menjadi putih fenomena fotoluminesensi.

Lihat juga: Mengapa LED harus dihubungkan melalui resistor