Light-Emitting Diode (LED) adalah semikonduktor pemancar cahaya. LED digunakan sebagai lampu indikator pada berbagai perangkat (devices), dan penggunaannya sebagai lampu penerangan belakangan ini semakin meningkat. LED diciptakan oleh: Oleg Losev (1927), James R. Biard (1961) dan Nick Holonyak, Jr  (1962) (Wikipedia, 2016). Pada mulanya LED hanya digunakan sebagai komponen elektronik praktis. LED generasi awal hanya dapat memancarkan cahaya merah dengan intensitas cahaya yang lemah. Seiring perkembangan jaman, saat ini telah tersedia LED dengan berbagai macam pilihan warna dari mulai spektrum cahaya tampak, ultraviolet hingga inframerah, dengan intensitas dan nyala terang yang kuat. Di bawah ini adalah gambar simbol elektronika LED:

LED potong

Sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode

Komponen LED tersusun atas diode semikonduktor. Ketika diode diberi tegangan maju (forward biased) atau dinyalakan, maka elektron akan merekombinasi lubang (holes) pada LED. Terjadinya rekombinasi memicu LED melepaskan energi dalam bentuk foton. Efek ini dikenal sebagai elektroluminesensi. Warna pancaran LED berhubungan erat dengan energi foton yang dihasilkan dan juga ditentukan oleh energi celah (gap energy) semikonduktor. Berikut adalah tampilan fisik LED dan komponen yang ada di dalamnya:

Komponen LED dipotong

Sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode

LED terdiri dari dua tipe semikonduktor yaitu: tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor tipe-n memiliki kelebihan elektron, sedangkan tipe-p memiliki kelebihan lubang. Pada batas dimana kedua tipe semikonduktor bertemu, elektron bebas dari semikonduktor tipe-n merekombinasi lubang pada semikonduktor tipe-p, yang kemudian membentuk apa yang disebut sebagai depletion zone, yaitu lapisan pada semikonduktor yang memiliki sedikit muatan pembawa dan memindahkan muatan listrik antara dua zona dengan konduktivitas yang berbeda. Zona ini bermuatan negatif pada tipe-p dan bermuatan positif pada tipe-n. Rekombinasi menyebabkan terbentuknya medan listrik pada batas antara dua semikonduktor. Medan listrik tersebut menahan pergerakan elektron bebas pada depletion zone (Frans & Tamasia, 2013). Gambar di bawah ini memperlihatkan proses rekombinasi elektron dengan lubang yang membentuk depletion zone sebagai berikut:

Depletion Zone LED potong

Sumber: Frans & Tamassia (2013)

Jika LED dihubungkan dengan sumber tegangan, misalnya kutub positif dihubungkan ke semikonduktor tipe-p dan kutub negatif ke tipe-n, sumber tegangan akan memberikan energi yang cukup untuk elektron melewati medan listrik pada depletion zone, sehingga elektron dapat mengalir dari semikonduktor tipe-n ke tipe-p, yang selanjutnya aliran elektron tersebut akan merekombinasi lubang. Gambar di bawah memperlihatkan LED yang diberi tegangan maju sebagai berikut:

tegangan depletion zone potong

Sumber: Frans & Tamassia (2013)

Ketika terjadi rekombinasi, elektron berpindah dari level energi tinggi (pita konduksi) ke level energi rendah (pita valensi). Perbedaan energi yang terjadi diemisikan dalam bentuk cahaya, dan LED pun menyala. Tegangan minimal yang dibutuhkan untuk menyalakan LED disebut sebagai tegangan minimum/batas (threshold voltage). Perpindahan elektron dari pita konduksi ke pita valensi tampak pada gambar di bawah ini:

Electron valence dipotong

Sumber: Frans & Tamassia (2013)

Referensi:

Frans, Reenat & Tamassia, Laura. 2013. Hands-On Activity: Measuring Planck’s Constant with LEDs. Lifelong Learning Programme. Quantum Spin-Off, European Union under the LLP Comenius Programme. https://sisu.ut.ee/sites/default/files/quantum/files/handsonactivity_measuringplanckconstantwithleds.pdf.

Wikipedia, 2016. Light-Emitting Diode. https://en.wikipedia.org/wiki/Light-emitting_diode

Advertisements