Teknologi LED Putih untuk Lampu Penerangan


LED (light emitting diode) sekarang ini telah banyak digunakan, antara lain untuk lampu sinyal lalu lintas dan lampu indikator kendaraan. Nilai efisasi (lumen per watt) LED yang semakin meningkat membuat sumber cahaya ini digunakan secara meluas pada bidang penerangan.

Cikal bakal lampu LED untuk penerangan tak terlepas dari kemunculan LED pertama kali di pasaran pada tahun 1960-an. LED berwarna merah merupakan jenis LED yang pertama kali muncul di pasaran, kemudian diikuti jenis LED berwarna kuning dan oranye.

Kehadiran LED di pasaran merupakan kemunculan satu jenis pencahayaan baru dengan konsumsi energi listrik yang rendah dibandingkan dengan lampu konvensional dan sangat sedikit panas yang dihasilkan. Setelah sekian lama LED diterima masyarakat kemudian muncullah ide untuk membuat lampu penerangan dengan menggunakan LED putih.

Keinginan membuat LED yang menghasilkan cahaya berwarna putih harus ditunjang dengan penemuan LED biru. Alasan untuk hal tersebut adalah karena cahaya putih yang dihasilkan LED bisa dihasilkan dengan cara mengombinasikan cahaya merah, hijau, dan biru dari masing-masing LED. Untuk memenuhi kebutuhan tersebut maka dilakukanlah penelitian terhadap bahan LED yang mampu menghasilkan warna biru.

Perkembangan terhadap penelitian di bidang sains material telah membantu penemuan LED biru. Terbuktilah pada tahun 1993, Shuji Nakamura di Nichia Chemical Industries memperlihatkan penemuan LED biru yang menggunakan bahan galium nitrida (GaN). Temuan ini mengantarkan penciptaan LED cahaya putih sekaligus pembuatan lampu LED untuk penerangan di dalam dan luar ruangan.

Proses penggabungan cahaya dari LED biru, merah, dan hijau untuk menghasilkan LED yang memancarkan cahaya putih saat ini mulai jarang digunakan. Sebagian besar LED cahaya putih saat ini dihasilkan berdasarkan struktur InGaN-GaN (indium galium nitrida-galium nitrida).

Lapisan aktif InGaN ditutup oleh suatu endapan fosfor berwarna kekuning-kuningan yang biasanya terbuat dari kristal cerium yang didop oleh yttrium aluminum garnet (Ce3+:YAG). Ketika chip LED memancarkan cahaya biru, maka saat itu juga muncul spektrum pada panjang gelombang sekitar 580 nanometer berwarna kuning yang dihasilkan oleh Ce3+:YAG. Karena cahaya kuning menstimulasi sel reseptor merah dan hijau pada mata manusia, maka campuran biru dan kuning menghasilkan cahaya yang tampak berwarna putih. Teknik pembuatan LED putih dengan cara seperti ini telah dikembangkan oleh Nichia sejak tahun 1996 untuk memproduksi LED cahaya putih.

Metode terbaru yang digunakan untuk menghasilkan LED cahaya putih adalah dengan tidak mendasarkan atau melibatkan keseluruhan bahan fosfor, tetapi dengan mendasarkan pada pertumbuhan seng selenida (ZnSe) di atas substrat ZnSe (secara homoepitaksial). Arsitektural secara homoepitaksial ZnSe seperti itu dapat menghasilkan cahaya biru dari area aktifnya dan memancarkan cahaya kuning dari substratnya. Teknik ini menghasilkan cahaya putih kekuning-kuningan yang serupa dengan cahaya yang dihasilkan lampu pijar.

Hasil penelitian lain yang berkaitan dengan pengembangan LED putih telah dilakukan oleh dua orang ilmuwan dari India, D. D. Sarma dan Angshuman Nag. (diinformasikan oleh ACS` The Journal of Physical Chemistry C, 9 September 2007, judul: White Light from Mn2+-Doped CdS Nanocrystals: A New Approach). Metode yang digunakan oleh kedua peneliti tersebut untuk menghasilkan cahaya putih dari LED adalah melalui pencampuran manggan (Mn) dengan bahan nanokristal semikonduktor kadmium sulfida (nanokristal CdS). Metode tersebut menghasilkan LED yang memancarkan cahaya putih yang stabil dan memiliki performa tinggi dibandingkan LED generasi sebelumnya.

D. D. Sarma dan Angshuman Nag menyatakan bahwa LED putih yang dikembangkannya itu merupakan LED putih yang menghasilkan cahaya sangat cemerlang, tahan lama, dan lebih banyak efisiensi energi dibandingkan sumber cahaya konvensional seperti lampu pijar dan lampu fluoresen, sehingga dapat menggantikan lampu konvensional di masa mendatang. Selain itu, LED putih tersebut menghasilkan cahaya putih bersih sehingga cocok digunakan untuk penerangan dalam rumah, kantor, dan bangunan-bangunan lain.

LED merupakan sumber cahaya yang cukup efisien. Rata-rata lampu LED putih yang dipasarkan menghasilkan efisasi cahaya sebesar 32 lumen per watt (lm/W), dan hasil pengembangan teknologi terbaru diharapkan sampai menghasilkan 80 lm/W. Umur operasi LED yang panjang telah membuat lampu LED putih sangat atraktif.

Bentuk fisik lampu LED putih yang digunakan sebagai lampu penerangan merupakan kumpulan (kluster) LED putih yang sudah disatukan dan dikemas sedemikian rupa sehingga membentuk sebuah sumber cahaya. Saat ini penyediaan lampu LED putih sebagai penerangan lebih banyak untuk di rumah-rumah dan harganya relatif masih mahal.***


Penulis:
Ilham Budiman, Mahasiswa Jurusan Pendidikan Fisika UPI, angkatan 2004.

Tulisan ini dimuat dalam Harian Umum Pikiran Rakyat pada hari Kamis, 29 Oktober 2009 di halaman 30.