LED berwarna: bagaimana Anda mendapatkan warna yang berbeda?

Los LED berwarna Mereka telah menemani kami dalam beberapa tahun terakhir. Setiap kali warna LED baru muncul, karena tidak mudah dalam semua kasus. Misalnya, sebagai rasa ingin tahu, Anda harus tahu bahwa LED lampu putih dan LED lampu biru termasuk yang terakhir tiba di pasar.

Saat ini, mereka telah menjadi sejenis dioda penting untuk banyak bidang. Karena itu, dalam artikel ini Anda akan belajar Semua yang perlu Anda ketahui Pada ini komponen elektronika dasar, dan tentang mengapa mereka memancarkan cahaya, mengapa warna-warna itu, dan banyak lagi...

Sumber Pemancar Cahaya Semikonduktor

Seperti yang Anda ketahui, dua sumber pancaran cahaya yang dapat berasal dari perangkat semikonduktor adalah Dioda laser dan dioda LED. Sementara LED didasarkan pada emisi spontan, Laser didasarkan pada emisi terstimulasi. Itulah perbedaan antara keduanya.

Los dioda pemancar cahaya (Light Emitting Diode) mereka adalah sumber cahaya paling umum di antara peralatan elektronik. Mereka digunakan untuk menunjukkan waktu pada jam tangan digital, untuk menandakan pengoperasian atau pengisian baterai, dll. Aplikasinya banyak, dan sekarang mereka juga melompat ke pencahayaan dengan bohlam LED baru untuk menerangi semua jenis ruangan dan bahkan untuk kendaraan.

Perangkat LED ini termasuk dalam kelompok opto-semikonduktor, mampu mengubah arus listrik menjadi cahaya. Perangkat penerangan ini memiliki keuntungan besar karena tahan lama, karena tidak terbakar seperti bola lampu, dan juga jauh lebih efisien, sehingga konsumsinya jauh lebih rendah daripada bola lampu konvensional. Selain itu, biaya pembuatannya sangat rendah, itulah sebabnya mereka menjadi sangat populer.

Seperti perangkat semikonduktor lainnya, LED memiliki elemen utama dasar, seperti Zona P dengan lubang (+) dan zona N dengan elektron (-), yaitu, pembawa muatan biasa dari semikonduktor apa pun. Dan ini membuat:

• Ketika sisi P terhubung ke catu daya dan sisi N ke ground, koneksi bias maju, memungkinkan arus mengalir melalui dioda dan memancarkan cahaya yang dapat kita lihat.
• Jika sisi P terhubung ke ground dan sisi N terhubung ke catu daya, koneksi dikatakan bias terbalik, yang mencegah aliran arus. Anda sudah tahu bahwa dioda mencegah aliran arus dalam satu arah.
• Ketika bias maju, pembawa muatan mayoritas dan minoritas sisi-P dan sisi-N bergabung satu sama lain, menetralkan pembawa muatan di lapisan penipisan persimpangan PN. Dan, pada gilirannya, migrasi elektron dan lubang ini melepaskan sejumlah foton, yaitu sebagian energi dipancarkan dalam bentuk cahaya, dengan panjang gelombang konstan (monokromatik). Inilah yang akan mencirikan warna LED, karena tergantung pada panjang gelombang yang dipancarkannya bisa berupa IR, biru, kuning, hijau, kuning, kuning, putih, merah, UV, dll.
• Panjang gelombang yang dipancarkan dari spektrum elektromagnetik, dan oleh karena itu warnanya, ditentukan oleh bahan semikonduktor yang membentuk sambungan PN dioda. Oleh karena itu, senyawa semikonduktor dapat divariasikan atau dimainkan untuk menciptakan warna baru dalam spektrum atau rentang yang terlihat.

Harus dikatakan bahwa warna merah, biru dan hijau (RGB atau Red Green Blue) dapat dengan mudah dipadukan untuk dapat menghasilkan cahaya putih. Di sisi lain, harus dikatakan bahwa tegangan kerja LED juga bervariasi tergantung warnanya. Misalnya, warna merah, hijau, kuning, dan kuning membutuhkan sekitar 1.8 volt untuk bekerja. Dan rentang tegangan kerja dioda pemancar cahaya dapat ditentukan sesuai dengan tegangan tembus bahan semikonduktor yang digunakan untuk pembuatan LED.

jenis LED

LED dapat diklasifikasikan dalam beberapa cara, salah satu yang utama adalah melakukannya sesuai dengan panjang gelombang yang dipancarkannya, meninggalkannya dua kategori:

•  LED yang terlihat: adalah yang memancarkan panjang gelombang dalam spektrum tampak, yaitu antara 400nm dan 750nm. Kisaran inilah yang dapat dilihat oleh mata manusia, seperti halnya dalam medan suara yang hanya dapat kita dengar antara 20 Hz dan 20 Khz. Di bawah 20 Hz adalah infrasonik yang tidak dapat kita dengar, dan di atas 20 Khz adalah ultrasonografi yang juga tidak dapat kita tangkap. Hal serupa terjadi dalam kasus cahaya, memiliki inframerah atau IR saat berada di bawah 400 nm dan sinar ultraviolet saat berada di atas 750 nm. Keduanya tidak terlihat oleh mata manusia.
•  LED tak terlihat: adalah panjang gelombang yang tidak dapat kita lihat, seperti halnya dengan dioda IR atau dioda UV.

LED yang terlihat terutama digunakan untuk penerangan atau pensinyalan. LED tak terlihat digunakan dalam aplikasi termasuk sakelar optik, komunikasi dan analisis optik, dll., Dengan penggunaan sensor foto.

Efisiensi

Seperti yang Anda ketahui, pencahayaan LED banyak lebih efisien daripada konvensional, sehingga mengkonsumsi lebih sedikit energi. Ini karena sifat LED. Dan pada tabel berikut Anda dapat melihat hubungan antara fluks bercahaya dan daya input listrik yang disuplai ke LED. Artinya, dapat dinyatakan dalam lumen per watt (lm/W):

Konstruksi LED

Sumber: ResearchGate

La struktur dan konstruksi dioda pemancar cahaya sangat berbeda dari dioda normal, seperti zener, dll. Cahaya akan dipancarkan dari LED saat persimpangan PN-nya dibias maju. Persimpangan PN ditutupi oleh resin epoksi padat dan kubah setengah bola plastik transparan yang melindungi bagian dalam LED dari gangguan atmosfer, getaran, dan guncangan termal.

Persimpangan PN dibentuk menggunakan materi senyawa celah pita yang lebih rendah seperti galium arsenida, galium arsenida fosfida, galium fosfida, indium galium nitrida, galium aluminium nitrida, silikon karbida, dll. Misalnya, LED merah dibuat di atas substrat gallium arsenide, hijau, kuning, dan oranye di atas gallium phosphide, dll. Pada warna merah, lapisan tipe-N didoping dengan telurium (Te) dan lapisan P didoping dengan seng (Zn). Di sisi lain, lapisan kontak dibentuk menggunakan aluminium di sisi P dan timah-aluminium di sisi N.

Selain itu, Anda harus tahu bahwa sambungan ini tidak memancarkan banyak cahaya, jadi kubah resin epoksi itu dibangun sedemikian rupa sehingga foton cahaya yang dipancarkan oleh persimpangan PN paling baik dipantulkan dan difokuskan melaluinya. Artinya, tidak hanya berfungsi sebagai pelindung, tetapi juga sebagai lensa pemusat cahaya. Itulah alasan mengapa cahaya yang dipancarkan tampak lebih terang di bagian atas LED.

LED dirancang untuk memastikan bahwa sebagian besar rekombinasi pembawa muatan terjadi di permukaan persimpangan PN untuk alasan yang jelas, dan itu dicapai dengan cara ini:

• Dengan meningkatkan konsentrasi doping substrat, elektron pembawa muatan minoritas tambahan bergerak ke atas struktur, bergabung kembali, dan memancarkan cahaya pada permukaan LED.
• Dengan menambah panjang difusi pembawa muatan, yaitu L = √ Dτ, di mana D adalah koefisien difusi dan τ adalah umur pembawa muatan. Ketika meningkat melebihi nilai kritis, akan ada kemungkinan reabsorpsi foton yang dilepaskan di perangkat.

Jadi, ketika dioda LED dihubungkan dengan panjar maju, pengangkut kargo mereka memperoleh energi yang cukup untuk mengatasi penghalang potensial yang ada di persimpangan PN. Pembawa muatan minoritas dalam semikonduktor tipe-P dan tipe-N disuntikkan melintasi persimpangan dan bergabung kembali dengan pembawa mayoritas. Kombinasi pembawa mayoritas dan minoritas dapat dilakukan dengan dua cara:

• yg memancarkan: ketika cahaya dipancarkan selama rekombinasi.
• tidak radiatif: selama rekombinasi tidak ada cahaya yang dipancarkan, panas dihasilkan. Artinya, sebagian energi listrik yang digunakan hilang dalam bentuk panas dan bukan cahaya. Tergantung pada persentase energi yang digunakan untuk menghasilkan cahaya atau panas, ini akan menjadi efisiensi LED.

semikonduktor organik

Baru-baru ini mereka juga masuk ke pasar OLED atau dioda pemancar cahaya organik, yang telah digunakan untuk tampilan. Dioda organik baru ini terdiri dari bahan organik, yaitu semikonduktor organik, di mana konduksi diperbolehkan sebagian atau seluruh molekul organik.

Bahan organik ini mungkin ada di fase kristal atau dalam molekul polimer. Ini memiliki keuntungan memiliki struktur yang sangat tipis, biaya rendah, membutuhkan voltase yang sangat rendah untuk beroperasi, memiliki kecerahan tinggi, dan kontras serta intensitas maksimum.

Warna LED

Tidak seperti dioda semikonduktor biasa, LED memancarkan cahaya itu karena senyawa yang mereka gunakan, seperti yang saya sebutkan sebelumnya. Dioda semikonduktor normal terbuat dari silikon atau germanium, tetapi dioda pemancar cahaya memilikinya senyawa seperti:

• galium arsenida
• galium arsenida fosfida
• Karbida silikat
• indium galium nitrida

Pencampuran bahan-bahan tersebut dapat menghasilkan panjang gelombang yang unik dan berbeda, guna mencapai warna yang diinginkan. Senyawa semikonduktor yang berbeda memancarkan cahaya di wilayah tertentu dari spektrum cahaya tampak dan karenanya menghasilkan tingkat intensitas cahaya yang berbeda. Pemilihan bahan semikonduktor yang digunakan dalam pembuatan LED akan menentukan panjang gelombang pancaran foton dan warna cahaya yang dihasilkan.

Pola radiasi

Pola radiasi didefinisikan sebagai sudut pancaran cahaya terhadap permukaan yang memancarkan. Jumlah daya, intensitas, atau energi maksimum akan diperoleh dalam arah tegak lurus terhadap permukaan yang memancarkan. Sudut pancaran cahaya bergantung pada warna yang dipancarkan dan biasanya bervariasi antara sekitar 80° dan 110°. Ini adalah tabel dengan warna dan bahan yang berbeda:

Warna cahaya yang dipancarkan oleh LED tidak ditentukan oleh warna bodi plastik yang membungkus LED. Ini harus dibuat sangat jelas. Seperti yang saya sebutkan sebelumnya, resin epoksi digunakan untuk meningkatkan keluaran cahaya dan untuk menunjukkan warna saat LED mati.

LED warna-warni

Di pasaran ada a berbagai macam LED tersedia, dengan berbagai bentuk, ukuran, warna, intensitas cahaya keluaran, dll. Namun, harus dikatakan bahwa raja yang tak terbantahkan untuk harganya adalah LED merah gallium arsenide phosphide, dengan diameter 5mm. Itu yang paling banyak digunakan di dunia, jadi itu yang diproduksi dalam jumlah terbesar.

Namun, seperti yang telah Anda lihat, saat ini ada banyak warna berbeda, dan beberapa warna bahkan digabungkan untuk menghasilkan sebuah LED warna-warni seperti yang akan kita lihat di bagian ini…

bicolor

LED dua warna, seperti namanya, adalah a LED mampu memancarkan dalam dua warna berbeda. Ini dicapai dengan menggabungkan dua LED berwarna berbeda dalam paket yang sama. Dengan cara ini, Anda dapat mengubah dari satu warna ke warna lainnya. Misalnya, seperti LED yang Anda lihat di beberapa perangkat untuk menunjukkan status pengisian daya baterai yang berubah menjadi merah saat diisi dan hijau saat sudah diisi.

Untuk membangun LED ini terhubung secara paralel, dengan anoda satu LED terhubung ke katoda LED lain dan sebaliknya. Dengan cara ini, ketika daya dialirkan ke salah satu anoda, hanya satu LED yang akan menyala, yang menerima daya melalui anodanya. Jika kedua anoda diberi daya pada saat yang sama, dimungkinkan juga untuk menyalakan keduanya secara bersamaan dengan peralihan dinamis.

Triwarna

Kami juga memiliki LED tiga warna, yaitu mereka dapat memancarkan tiga warna yang berbeda bukannya dua. Ini menggabungkan tiga LED dengan katoda umum dalam paket yang sama, dan untuk menyalakan satu atau dua warna, Anda perlu menghubungkan katoda ke ground. Dan arus yang disuplai oleh anoda warna yang ingin Anda kontrol atau nyalakan.

Artinya, untuk pencahayaan LED satu atau dua warna, perlu menghubungkan catu daya ke salah satu anoda secara individu atau sekaligus. LED tiga warna ini juga sering digunakan di banyak perangkat, seperti ponsel, untuk menunjukkan notifikasi, dll. Selain itu, jenis dioda ini menghasilkan nuansa warna primer tambahan dengan menyalakan dua LED pada rasio arus maju yang berbeda.

RGB LED

Ini pada dasarnya adalah jenis LED tiga warna, dalam hal ini dikenal sebagai RGB (Merah Hijau Biru), karena memancarkan cahaya tiga warna tersebut. Ini telah menjadi sangat populer di strip trim berwarna dan perlengkapan game, seperti yang Anda ketahui. Namun, meskipun Anda memiliki warna primer, tidak mungkin menghasilkan semua warna dan nuansa. Beberapa warna berada di luar segitiga RGB, dan warna seperti merah muda, coklat, dll. Sulit didapat dengan RGB.

Keuntungan dan Kerugian LED

Sekarang saatnya untuk melihat apa yang utama kelebihan dan kekurangan dari dioda LED ini:

keuntungan

• Ukuran kecil
• Biaya produksi rendah
• Umur simpan yang lama (tidak akan meleleh)*
• Efisiensi energi tinggi/konsumsi rendah
• Suhu rendah/kurang panas yang dipancarkan
• Fleksibilitas desain
• Mereka dapat menghasilkan banyak warna berbeda, dan bahkan cahaya putih.
• Kecepatan peralihan tinggi
• intensitas cahaya yang tinggi
• Dapat dirancang untuk memfokuskan cahaya ke satu arah
• Mereka adalah perangkat semikonduktor solid-state, sehingga lebih kuat: lebih tahan terhadap kejutan termal dan getaran
• Tidak ada sinar UV

kerugian

• Ketergantungan suhu sekitar dari daya keluaran radiasi dan panjang gelombang LED.
• Kepekaan terhadap kerusakan akibat tegangan berlebih dan/atau arus berlebih.
• Efisiensi keseluruhan teoretis dicapai hanya dalam kondisi dingin atau berdenyut khusus.

aplikasi

Last but not least, perlu untuk menunjukkan apa saja aplikasi yang mungkin yang dimaksudkan untuk LED berwarna ini:

• untuk lampu kendaraan
• Signage: indikator, rambu, lampu lalu lintas
• Menampilkan informasi visual di dasbor
• Untuk tampilan yang pikselnya terdiri dari LED
• Aplikasi medis
• Mainan
• Pencahayaan
• Kontrol jarak jauh (LED IR)
• Lain-lain