Diod pemancar cahaya

Diod pemancar cahaya atau LED merupakan sejenis diod semikonduktor yang menghasilkan cahaya tidak koheren berspektrum sempit apabila dikenakan voltan elektrik secara ke hadapan melalui simpang p-n. Prinsip tersebut dikenali sebagai elektroluminesasi.

LED dikeluarkan dalam pelbagai jenis warna cahaya, bergantung kepada jenis semikonduktor yang digunakan.

Teknologi LED 
Sebagaimana diod biasa, LED terdiri daripada cip semikonduktor yang didopkan untuk menghasilkan semikonduktor jenis positif atau negatif. Kedua-dua semikonduktor positif dan negatif dicantumkan bagi membentuk satu simpang p-n. Arus elektrik bergerak dari bahagian p, atau anod, ke bahagian n, atau katod. Pembawa cas - elektron dan lubang - mengalir ke simpang dari elektrod dengan voltan berbeza. Apabila elektron bertemu dengan lubang, ia akan jatuh ke tahap tenaga lebih rendah, dan melepaskan tenaga dalam bentuk foton.

Panjang gelombang cahaya dipancarkan, dan dengan itu warnanya, bergantung kepada jurang jalur tenaga bagi bahan yang digunakan yang membentuk simpang p-n. Di dalam diod silikon dan germanium, elektron dan lubang bergabung semula oleh transisi bukan radiatif yang tidak menghasilkan sebarang keluaran optikal. Bahan yang digunakan di dalam LED mempunyai jurang jalur terus dengan tahap tenaga menghasilkan gelombang inframerah, cahaya tampak, ataupun gelombang ultraungu.

Bahan LED 
Pada awalnya, LED dibuat menggunakan semikonduktor galium arsenida, tetapi kemajuan sains dan teknologi membolehkan LED dibuat bagi menghasilkan panjang gelombang cahaya yang lebih pendek, membolehkan pelbagai warna LED yang lain dihasilkan.

Warna cahaya yang dihasilkan LED bergantung kepada semikonduktor yang digunakan seperti berikut:-
 Aluminium galium arsenida (AlGaAs)- merah dan inframerah
 Aluminium galium fosfida (AlGaP) - hijau
 Aluminium galium indium fosfida - jingga-merah berkecerahan tinggi, jingga, kuning dan hijau
 Galium arsenida fosfida (GaAsP) - merah, jingga-merah, jingga dan kuning
 Galium fosfida - (GaP) - merah, kuning dan hijau
 Galium nitrida (GaN) - hijau, hijau tulen (atau hijau zamrud), dan biru serta putih (jika ada Batas Kuantum AlGaN)
 Indium galium nitrida (InGaN) - hampir ultraungu, hijau kebiruan dan biru
 Silikon karbida (SiC) sebagai substrat - biru
 Silikon (Si) sebagai substrat - biru (dalam pembangunan)
 Nilam (Al2O3) sebagai substrat - biru
 Zink selenida (ZnSe) - biru
 Berlian (C) - ultraungu
 Aluminium nitrida (AlN), aluminium galium nitrida (AlGaN), aluminium galium indium nitrida (AlGaInN) - hampir hingga jauh ke ultraungu (sehingga 210 nm)

Dengan pelbagai warna yang boleh dihasilkan, pelbagai tatasusunan warna LED boleh dihasilkan untuk menghasilkan warna bukan konvensional.

Kekutuban 

Tidak seperti lampu pijar yang boleh disambungkan tidak mengira kekutuban untuk berfungsi, LED hanya boleh menyala jika disambung mengikut kekutuban yang betul. Jika disambung dengan kekutuban yang salah, arus yang sangat sedikit dapat mengalir, menyebabkan tiada cahaya terhasil. Sesetengah LED boleh menyala jika disambungkan pada arus ulang-alik (AC), tetapi ia hanya akan menyala semasa voltan positif, menyebabkan LED berkelip mengikut frekuensi bekalan AC.

Sungguhpun kaedah yang 100% boleh diharap untuk mengenal pasti kekutuban LED adalah dengan membaca lembaran data LED, cara lain yang juga boleh diharap adalah seperti berikut:-

Cara yang kurang boleh diharap pula adalah seperti berikut:-

Beza keupayaan setiap LED mengikut warna

Jenis

LED dibuat dalam pakej yang berbeza untuk aplikasi yang berbeza. Satu persimpangan LED tunggal atau sedikit boleh dibungkus dalam satu peranti kecil untuk digunakan sebagai penunjuk atau lampu juruterbang. Satu arus LED mungkin termasuk litar pengawalan dalam pakej yang sama, yang mungkin terdiri daripada perintang mudah, berkelip atau kawalan menukar warna, atau pengawal yang boleh ditangani untuk peranti RGB. Peranti pemancaran putih yang lebih tinggi akan dipasang pada singki haba dan akan digunakan untuk pencahayaan. Memaparkan alfanumerik dalam format matriks atau bar boleh didapati secara meluas. Pakej khas membenarkan sambungan LED ke gentian optik untuk sambungan komunikasi data berkelajuan tinggi.

Miniatur

Ini adalah kebanyakannya LED dadu tunggal yang digunakan sebagai penunjuk, dan ia datang dalam pelbagai saiz dari 2 mm hingga 8 mm, pakej melalui lubang dan peletakan permukaan.  Penarafan arus semasa biasa dari sekitar 1 mA sehimngga atas 20 mA.  Berbilang dadu LED yang dilekatkan pada pita sokongan fleksibel membentuk lampu reben LED.

Bentuk bungkusan biasa termasuk bulat, dengan puncak kubah atau rata, segi empat tepat dengan puncak rata (seperti yang digunakan dalam paparan bar grafik), dan segi tiga atau segi empat dengan puncak rata. Pengkapsulan mungkin juga jelas atau berwarna untuk meningkatkan sudut kontras dan tontonan. Peranti inframerah mungkin mempunyai warna hitam untuk menghalang cahaya yang terlihat ketika melewati radiasi inframerah. 

LED keluaran ultra tinggi direka untuk dilihat dalam cahaya matahari langsung.

LED 5 V dan 12 V adalah LED mini kecil biasa yang mempunyai perintang siri untuk sambungan terus ke bekalan 5 V atau 12 V.

Berkuasa tinggi

LED berkuasa tinggi (HP-LED) atau LED keluaran tinggi (HO-LED) boleh didorong pada arus dari beratus-ratus mA kepada lebih daripada ampere, berbanding dengan puluhan mA untuk LED lain. Ada yang boleh mengeluarkan lebih dari seribu lumen. Ketumpatan kuasa LED sehingga 300 W/cm2 telah dicapai. Oleh kerana pemanasan melampau mengakibatkan merosakkan, LED-HP mesti dipasang pada singki haba untuk membolehkan pelesapan haba. Jika haba dari HP-LED tidak dikeluarkan, peranti gagal dalam beberapa saat. Satu HP-LED sering boleh menggantikan mentol pijar dalam lampu suluh, atau diatur dalam tatasusunan untuk membentuk lampu LED yang kuat.

Beberapa HP-LED yang terkenal dalam kategori ini ialah siri Nichia 19, Lumileds Rebel Led, Osram Opto Semiconductors Golden Dragon, dan Cree X-lamp. Sehingga September 2009, beberapa HP-LED yang dihasilkan oleh Cree kini melebihi 105 lm/W.

Contoh untuk hukum Haitz yang meramalkan peningkatan eksponen dalam keluaran cahaya dan keberkesanan LED dari masa ke masa-adalah LED siri CREE XP-G, yang mencapai 105 lm/W pada tahun 2009. and the Nichia 19 series with a typical efficacy of 140 lm/W, released in 2010.

Dorongan AC
LED yang dibangunkan oleh Seoul Semiconductor boleh beroperasi pada kuasa AC tanpa penukar DC. Untuk setiap kitaran separuh, sebahagian daripada LED memancarkan cahaya dan sebahagiannya gelap, dan ini dibalikkan dalam kitaran separuh seterusnya. Keberkesanan jenis HP-LED ini biasanya 40 lm/W. Sejumlah besar elemen LED dalam siri mungkin dapat beroperasi secara langsung dari voltan garis. Pada tahun 2009, Seoul Semiconductor mengeluarkan LED voltan DC tinggi, dinamakan sebagai 'Acrich MJT', mampu dipandu dari kuasa AC dengan litar kawalan yang mudah. Pelesapan rendah kuasa LED ini memberikan mereka fleksibiliti lebih daripada reka bentuk LED asal AC.

Variasi khusus penggunaan

Berkelip
LED berkelip digunakan sebagai petunjuk mencari tumpuan tanpa memerlukan elektronik luaran. LED berkelip menyerupai LED standard tetapi ia mengandungi litar bersepadu pemberbilang getar yang menyebabkan LED berkelip dengan tempoh biasa satu saat. Dalam lensa LED yang tersebar, litar ini dapat dilihat sebagai titik hitam kecil. Kebanyakan LED berkelip memancarkan cahaya satu warna, tetapi peranti yang lebih canggih boleh berkelip dengan pelbagai warna dan juga memudar menerusi urutan warna dengan menggunakan pencampuran warna RGB.

Dwiwarna
LED dua warna mengandungi dua pemancar LED berbeza dalam satu kes. Terdapat dua jenis ini. Satu jenis terdiri daripada dua mati disambungkan kepada dua yang sama antiselari kepada satu sama lain. Aliran semasa dalam satu hala memancarkan satu warna, dan semasa ke arah yang bertentangan memancarkan warna lain. Jenis lain terdiri daripada dua orang yang mati dengan petunjuk berasingan untuk kedua-duanya mati dan satu lagi petunjuk untuk anod biasa atau katod supaya mereka dapat dikawal secara bebas. Kombinasi warna dua yang paling biasa adalah warna merah/hijau tradisional, namun, kombinasi lain yang lain termasuk ambar (kuning jingga)/hijau tradisional, merah/hijau tulen, merah/biru, dan biru/hijau tulenn.

Triwarna RGB
LED tiga warna mengandungi tiga pemancar LED berbeza dalam satu kes. Setiap pemancar dihubungkan dengan memimpin berasingan supaya mereka boleh dikawal secara berasingan. Pengaturan empat hala adalah tipikal dengan satu petunjuk biasa (anod atau katod) dan satu petunjuk tambahan untuk setiap warna. Walau bagaimanapun, yang lain hanya mempunyai dua petunjuk (positif dan negatif) dan mempunyai pengawal elektronik terbina dalam. 

LED RGB terdiri daripada satu LED merah, satu hijau, dan satu biru. Secara berasingan menyesuaikan masing-masing daripada tiga, LED RGB mampu menghasilkan warna gamut yang luas. Tidak seperti LED warna berdedikasi, bagaimanapun, ini tidak menghasilkan panjang gelombang tulen. Modul mungkin tidak dioptimumkan untuk pencampuran warna yang licin.

Multiwarna hiasan
LED multiwarna hiasan menggabungkan beberapa pemancar warna yang berbeza yang dibekalkan oleh hanya dua wayar plumbum. Warna dihidupkan secara dalaman dengan mengubah voltan bekalan.

Abjad angka	

LED abjad angka boleh didapati dalam format paparan tujuh, empat belas segmen, dan matriks bintik. Paparan tujuh segmen mengendalikan semua nombor dan set huruf yang terhad. Paparan empat belas segmen boleh memaparkan semua huruf. Paparan matriks bintik biasanya menggunakan 5x7 piksel setiap aksara. Paparan LED tujuh segmen telah digunakan secara meluas pada tahun 1970-an dan 1980-an, tetapi peningkatan penggunaan paparan hablur cecair, dengan keperluan kuasa yang lebih rendah dan fleksibiliti paparan yang lebih besar, telah mengurangkan populariti paparan LED angka dan abjad angka.

Digital RGB
Digital RGB LED berwayar mengandungi elektronik kawalan "pintar" mereka sendiri. Sebagai tambahan kepada kuasa dan bumi, ini menyediakan sambungan untuk data masuk, data keluar, dan kadang kala isyarat jam atau strob. Ini disambungkan dalam rantai daisy. Data yang dihantar ke LED pertama boleh mengawal kecerahan dan warna masing-masing LED secara bebas daripada yang lain. Ia digunakan di mana kombinasi kawalan maksimum dan minimum elektronik yang kelihatan diperlukan seperti rentetan untuk matriks Krismas dan LED. Ada juga yang mempunyai kadar penyegaran dalam lingkungan kHz, yang membolehkan aplikasi video asas. Peranti ini diketahui oleh nombor bahagian mereka (WS2812 yang umum) atau nama jenama seperti NeoPixel

Filamen
Sebuah filamen LED terdiri daripada pelbagai cip LED bersambung secara siri pada substrat longitudinal biasa yang membentuk rod nipis yang mengingatkan filamen pijar tradisional. These are being used as a low-cost decorative alternative for traditional light bulbs that are being phased out in many countries. The filaments use a rather high voltage, allowing them to work efficiently with mains voltages. Often a simple rectifier and capacitive current limiting are employed to create a low-cost replacement for a traditional light bulb without the complexity of the low voltage, high current converter that single die LEDs need. Biasanya, dibungkus dalam mentol yang serupa dengan lampu yang mereka direka untuk menggantikan, dan diisi dengan gas lengai untuk mengeluarkan haba dengan cekap.

Tatasususnan cip atas papan
LED yang dipasang di permukaan sering menghasilkan tatasusunan cip atas papan (COB),  yang membolehkan pelesapan haba yang lebih baik daripada dengan satu LED keluaran yang bersamaan.   LED boleh disusun sekitar silinder, dan dipanggil "lampu tongkol jagung" kerana barisan LED kuning.

Kelebihan dan kelemahan LED

Kelebihan 
 LED menghasilkan lebih cahaya bagi setiap watt berbanding lampu pijar.
 LED boleh menghasilkan warna tertentu tanpa memerlukan sebarang penapis cahaya seperti yang digunakan pada lampu tradisional, sekaligus menjimatkan kos.
 Pembungkusan pepejal LED boleh direka bagi menumpukan cahayanya.
 Bila dimalapkan, warna LED boleh dikekalkan, tidak seperti lampu kalimantang yang akan berubah warnanya kepada kekuningan apabila voltan dikurangkan.
 LED sesuai digunakan bagi aplikasi dengan kitar hidup-padam yang tinggi seperti lampu brek, tidak seperti lampu pijar yang mempunyai kitar hidup-padam yang lebih pendek.
 Sebagai komponen keadaan pepejal, LED sukar dirosakkan akibat hentakan mekanikal.
 LED mempunyai jangka hayat yang sangat panjang, sehingga antara 100,000-1,000,000 jam penggunaan.
 LED akan gagal dengan menjadi malap mengikut masa, tidak seperti lampu pijar yang boleh terbakar secara tiba-tiba.
 LED menyala dengan kadar yang pantas, iaitu beberapa mikrosaat bagi LED merah.
 LED adalah kecil dan boleh dimuatkan pada papan litar bercetak.
 LED tidak mengandungi raksa sebagaimana lampu kalimantang.

Kelemahan 
 Kos per lumen bagi LED adalah lebih mahal berbanding lampu pijar. Namun demikian, kos penggunaannya dapat menampung kelemahan ini kerana LED amat menjimatkan tenaga elektrik.
 Prestasi LED amat bergantung kepada persekitaran. Prestasi LED akan menjadi kurang baik jika digunakan pada suhu tinggi, menyebabkannya gagal.
 LED mesti digunakan mengikut voltan yang betul.
 LED hanya memancarkan cahaya pada satu arah serta dengan sudut kecil berbanding lampu pijar atau lampu kalimantang pada lumen yang sama.
 LED kurang sesuai digunakan dalam aplikasi yang memerlukan penumpuan cahaya yang sangat tajam. Dalam kes ini, laser atau LED laser lebih sesuai.

Rujukan

Lihat juga 
 Diod pemancar cahaya organik
 Lampu pijar
 Lampu kalimantang

Elektronik
Optoelektronik
Lampu
Pencahayaan