Karakteristik LED

Tulisan kali ini kita akan membahas karakteristik LED. Karakteristik LED secara garis besar dapat dibagi menjadi 3 (tiga), antara lain:

1.      Karakteristik Fisik/Dimensi

2.      Karakteristik Kelistrikan

3.      Karakteristik Optik

Karakteristik Fisik/Dimensi

Karakteristik Fisik/Dimensi adalah mengenai ukuran fisik atau dimensi dari sebuah LED. Seperti yang sudah kita ketahui sebelumnya bahwa LED dibuat dalam berbagai variasi ukuran fisik mulai dari yang sangat kecil hingga relatif besar. Hal ini juga berhubungan dengan aplikasi penggunaan LED itu sendiri.

Bentuk LED secara fisik yang umum diproduksi adalah:

1.      Mount Hole

Ini adalah bentuk klasik dari LED yang sering kita jumpai dari pertama kali LED diproduksi, namun ada juga yang mempunyai penampang kotak selain lingkaran (tabung/cylinder).

Berkaitan dengan nama yang diberikan, biasanya posisi pemasangan LED ini cukup sederhana, yaitu dengan mendorong masuk LED ke dalam sebuah lubang yang ukurannya kurang lebih sama dengan LED tersebut sehingga LED dapat masuk dan menempel kuat dengan lubang tersebut.

LED jenis ini kini diproduksi dengan berbagai ukuran diameter penampang, mulai dari 3 mm, 5 mm, 8 mm, hingga 10 mm.

Jumlah kaki yang ada pada LED ini biasanya 2 (dua), kaki anoda (+) dan katoda (-). Namun dalam perkembangannya ada jenis LED seperti ini yang mempunyai 3 (tiga) kaki, 2 (dua) kaki anoda (+) dan 1 (satu) kaki katoda (-). Hal ini karena LED tersebut dapat memancarkan 2 (dua) warna sinar.

2.      Piranha

Ini adalah perkembangan dari bentuk klasik LED, mempunyai penampang bujursangkar dan mempunyai jumlah 4 (empat) kaki, 2 (dua) anoda (+) dan 2 (dua) katoda (-). Biasanya pula LED jenis ini diposisikan dipasang di atas PCB (Printed Circuit Board) dan memancarkan cahaya yang cukup terang.

3.      SMD (Surface Mount Device)

Ini adalah bentuk LED yang sangat kecil, ada yang mempunyai 2 (dua) kaki, 4 (empat) kaki, hingga 6 (enam) kaki. Ada yang khusus kali ini, kaki-kaki LED ini menempel tepat di samping LED, hal ini berkaitan dengan nama yang diberikan karena diposisikan untuk dipasang di atas PCB dengan menempel mengandalkan timah yang menghubungkan kaki-kaki LED tersebut dengan PCB.

Namun meskipun demikian biasanya hanya memancarkan 1 (satu) warna cahaya saja, kecuali memang diproduksi secara khusus untuk aplikasi tertentu.

Bentuk ini memungkinkan LED menjadi sumber cahaya di gadgets canggih yang biasa kita gunakan sehari-hari karena bentuknya yang sangat kecil.

4.      High Power LED

Kini, LED sudah mencapai perkembangannya yang luar biasa, mampu menghasilkan intentsitas cahaya yang tinggi disebut dengan High Power LED.

LED jenis ini mempunyai bentuk yang beragam, ada yang berpenampang lingkaran dan pipih seperti Piranha namun hanya mempunyai 2 (dua) kaki dan biasanya dijual dengan mini PCB berpenampang segi enam dari alumunium yang berfungsi menghantarkan panas ke bagian belakang LED tersebut. Namun mini PCB ini bukanlah modul pendingin.

Bentuk yang lain adalah LED saja tanpa mini PCB, karena untuk memakainya sudah disiapkan tempat di mana LED tersebut akan diposisikan dengan baik dan langsung berhubungan dengan modul pendingin.

Disebut High Power karena LED ini memerlukan daya yang cukup besar untuk bekerja dalam kondisi yang optimal dan mengeluarkan cahaya yang sangat terang, dan tentunya juga panas yang berlebih.

Karakteristik Kelistrikan

Karakteristik Kelistrikan adalah mengenai listrik yang dibutuhkan LED agar dapat bekerja secara optimal dan mempunyai jangka waktu usia pakai yang lama.

Ada banyak hal menyangkut karakteristik kelistrikan ini, tentunya kita harus mempunyai lembar spesifikasi (datasheet) yang dikeluarkan oleh pabrik yang memproduksi LED tersebut. Kita tidak akan membahas itu semua satu per satu, hanya ada beberapa hal yang perlu diperhatikan untuk pemakaian yang sederhana.

Dalam datasheet, ada bagian tertulis Absolute Maximum Ratings. Di dalam tabel ini disebutkan karakteristik-karakteristik beserta nilai-nilainya yang merupakan batas maksimum dari karakteristik-karakteristik tersebut. Jadi intinya kita tidak boleh memberikan listrik dengan spesifikasi yang nilainya melebihi dari yang tertera di dalam tabel tersebut.

Karakteristik kelistrikan yang penting untuk diketahui adalah:

1.      (Continuous) Forward Current (I_f)

Adalah besarnya arus listrik yang diperlukan agar LED mengeluarkan cahaya dalam satuan Ampere (A).

2.      Forward Voltage (V_f)

Adalah besarnya tegangan listrik yang diperlukan agar LED mengeluarkan cahaya dalam satuan Volt (V).

3.      Wattage (P)

Adalah besarnya daya listrik yang diperlukan agar LED mengeluarkan cahaya dalam satuan Watt (W).

Hubungan antara ketiga karakteristik kelistrikan di atas tercermin dalam rumus:

Contoh:

Disebutkan bahwa sebuah LED memerlukan tegangan sebesar 3,3 V dan arus sebesar 0,02 A. Maka besar daya listrik yang diperlukan agar LED memancarkan cahaya adalah sebesar:

P = V_f x I_f = 3,3 x 0,02 = 0,066 W

Idealnya, apabila kita menggunakan 1.000 buah LED seperti contoh di atas, kita dapat mengatakan bahwa modul LED tersebut membutuhkan daya 66 W. Namun, dalam kenyataannya daya listrik yang dipakai kemungkinan lebih dari 66 W, hal ini berkaitan erat dengan modul Power Supply (LED Driver) yang digunakan; biasanya 110% hingga 125% dari daya listrik idealnya.

Karakteristik Optik

Karakteristik Optik adalah mengenai berkas cahaya dan bagaimana berkas cahaya itu memancar dari LED. Karakteristik ini berkaitan erat dengan design Modul LED, penggunaan LED dengan Karakteristik Optik yang kurang sesuai mengakibatkan cahaya yang dihasilkan LED menjadi tidak sesuai dengan apa yang diharapkan, bahkan bukan tidak mungkin menjadi tidak ada manfaatnya sama sekali.

Karakteristrik Optik yang layak untuk diperhatikan adalah:

1.      Intensitas Cahaya (Brightness)

Adalah kekuatan cahaya yang dipancarkan LED dalam satuan candela (cd) atau biasanya juga sering dipakai adalah lumen (lm).

1 (satu) candela adalah intensitas cahaya yang setara dengan nyala 1 lilin, sedangkan lumen adalah intensitas cahaya yang perhitungannya sedikit lebih kompleks karena membutuhkan beberapa variabel lain untuk menghitungnya.

2.      Sudut Cahaya (View Angle)

Adalah besarnya sudut berkas cahaya yang dipancarkan dari LED.

Masih ingat bahwa salah satu sifat LED adalah tidak membutuhkan proyektor? Karena itu tentunya berkas cahaya yang keluar dari LED membentuk sudut dan hal ini sudah ditentukan saat diproduksi di pabrik.

Besarnya sudut ini pula yang merupakan salah satu variabel yang digunakan untuk menghitung nilai Intensitas Cahaya yang dihitung dalam satuan lumen (lm).

3.      CRI (Color Rendering Index)

Adalah warna berkas cahaya yang dihasilkan oleh LED.

Dalam hal warna putih, kita sering mendengar istilah Warm White, Pure White, dan Cool White. Memang ada beberapa level warna putih yang dihasilkan LED yang perlu kita ketahui lebih jauh, ada juga yang menyebutkan dengan satuan Derajat Kelvin (°K).

Level warna putih paling rendah (Warm White) dengan nilai Derajat Kelvin lebih kecil cenderung mengandung warna kuning. Semakin tinggi level warna putih semakin putih terang (Pure White); hingga level tertinggi (Cool White) dengan nilai Derajat Kelvin yang lebih besar cenderung mengandung warna biru.

Perlu kiranya kita ketahui bahwa ketiga karakteristik LED memang saling berkaitan, namun tidak selalu seperti yang kita bayangkan berbanding lurus dengan besarnya nilai dari karakteristik-karakteristik tersebut.

Sebagai contoh, sebuah LED dengan Wattage lebih besar belum tentu lebih terang berbanding lurus dengan jumlah LED dengan Wattage yang lebih kecil dalam jumlah Wattage yang sama. Contoh yang lain, sebuah LED dengan dimensi yang besar belum tentu juga lebih terang daripada LED dengan dimensi yang lebih kecil. Contoh selanjutnya berkaitan dengan Intensitas Cahaya adalah LED dengan View Angle lebih kecil mempunyai Brightness lebih besar daripada LED dengan View Angle lebih besar, karena berkas cahaya yang dipancarkan lebih fokus dengan View Angle yang lebih kecil.

Masihkah Anda berpendapat bahwa semua LED yang ada di pasaran itu sama saja karena fisiknya sama?

Masihkah Anda berpendapat bahwa mendesain dan atau membuat LED Module itu mudah hanya dengan menggunakan beberapa komponen elektronika yang umum beredar di pasaran? Kita akan membahasnya dalam tulisan berikutnya.

Berbagai Istilah Seputar LED

Sebelum kita membahas tentang LED lebih jauh, mari kita mengenal dan menyamakan terlebih dahulu berbagai istilah seputar LED. Agar untuk ke depannya, kita dapat lebih memahami pembahasan di artikel-artikel selanjutnya dengan lebih baik.

LED Chip adalah satuan komponen dasar dari LED Emitter yang mengeluarkan cahaya. Biasanya 1 LED Emitter terdiri dari 1 LED Chip, namun ada beberapa LED Emitter yang memiliki beberapa chip di dalam 1 LED Emitter. Kemungkinan terbesar, hal ini berkaitan dengan ketersediaan tempat LED Emitter dalam rangkaian dengan intensitas cahaya dan power management. Namun perlu diingat bahwa LED merupakan komponen yang bergantung kepada kuat arus listrik yang mengalir melewatinya, dengan kata lain kita dapat mengatur intensitas cahaya LED Emitter melalui kuat arus yang mengalir, cara ini biasanya digunakan pada LED Emitter dengan 1 chip di dalamnya.

Sebagai contoh adalah tersedianya beberapa level intensitas cahaya dalam gadgets yang kita gunakan, di mana dalam beberapa detik setelah idle (tidak ada aktifitas) maka backlight akan dikurangi intensitas cahayanya dan kemudian akhirnya setelah beberapa detik idle kemudian cahaya dipadamkan.

LED Emitter adalah komponen elektronik yang merupakan variasi dari komponen elektronik dioda yang dapat mengeluarkan cahaya seperti yang sudah kita bahas dalam artikel Mari Mengenal LED sebelumnya.

LED Module adalah modul atau rangkaian LED, baik yang sudah jadi siap digunakan (ready to use) maupun yang masih setengah jadi dalam arti masih perlu ditambahkan modul rangkaian elektronik lainnya baru dapat digunakan. Biasanya terdiri dari 1 atau lebih LED Emitter, tergantung besar wattage dan fungsi LED Module itu sendiri.

Sebagai contoh adalah rangkaian LED yang berbentuk pita (strip), Lampu LED sebagai lampu sumber cahaya ruangan pengganti CFL, Lampu Sorot LED berikut dengan casing-nya (tempat atau bagian utama yang memberikan bentuk sekaligus penampilan dari suatu produk) sebagai heatsink, dan lain-lain.

LED Lamp adalah salah satu variasi dari LED Module yang sudah berbentuk lampu. Biasanya merujuk kepada Lampu LED yang berfungsi sebagai sumber cahaya utama ruangan di kantor maupun rumah. Meskipun tidak terbatas pada pemakaian untuk ruangan saja bahkan pada dunia otomotif dapat saja dikatakan sebagai lampu karena fungsinya sebagai pengganti bola lampu pijar yang membutuhkan wattage yang lebih besar.

LED Driver adalah rangkaian catu daya (power supply) khusus yang digunakan untuk menghidupkan LED agar mengeluarkan cahaya, tentunya sesuai dengan spesifikasi LED yang akan dipakai. Di sini lah letak kompleksitas rangkaian LED Module (termasuk LED Lamp) dan penyebab utama mahalnya harga LED Lamp yang ready to use selain desain casing yang mempunyai fungsi unik sebagai heatsink.

Karena LED sudah tidak memerlukan proyektor, maka aksesoris utama lainnya yang dapat ditambahkan adalah lensa optik untuk membiaskan cahaya dari LED itu. Biasanya digunakan untuk mengatur fokus sinar untuk aplikasi tertentu.

Secara garis besar, maka LED Module terdiri dari:

1. LED Emitter
2. LED Driver
3. Pendingin (Cooler)
4. Lensa (Lens)

LED Emitter dan LED Driver mutlak ada, sedangkan Pendingin dan Lensa sifatnya optional.

Mari Mengenal LED

LED merupakan salah satu variasi jenis komponen elektronika dioda. LED adalah singkatan dari Light Emitting Diode, yang artinya kurang lebih adalah dioda yang dapat memancarkan cahaya apabila dialiri arus listrik sesuai dengan aturan dioda pada umumnya, yaitu diberi arus listrik secara forward (arus listrik mengalir dari kutub positif ke kutub negatif).

Kita tidak akan membahas lebih dalam lagi mengenai karakteristik LED maupun dioda yang lainnya yang rumit. Dalam pembahasan kali ini kita hanya akan membahas LED secara garis besar dan kenyataan yang ada di sekitar kita mengenai LED.

Seperti yang kita ketahui, bahwa listrik berdasarkan arus listriknya dibedakan menjadi dua, yaitu arus listrik bolak-balik (AC/Alternating Current) dan arus listrik searah (DC/Direct Current). Apa yang kita bicarakan tadi sebelumnya adalah menggunakan arus listrik searah (DC), dan memang LED lebih baik kita gunakan sebagai sumber cahaya menggunakan DC. Mengapa demikian? AC sebenarnya juga dapat membuat LED mengeluarkan cahaya, akan tetapi karena AC mempunyai faktor frekuensi dalam karakteristiknya, maka nyala LED pun akan terlihat berkedip-kedip sesuai dengan frekuensi AC tersebut dan membuat mata kita tidak nyaman saat menggunakan LED yang dialiri AC tersebut sebagai sumber cahaya.

LED tidak menghasilkan cahaya yang mengandung panas, akan tetapi LED itu sendiri mengeluarkan panas saat mengeluarkan cahaya, dan panas tersebut harus terbuang dengan sempurna agar tidak merusak LED itu sendiri. Untuk itu dibutuhkan pendingin yang menempel dengan LED tersebut.

Biasanya LED yang memiliki Wattage 1W dan lebih besar dari 1W yang membutuhkan pendingin. Akan tetapi bukan berarti LED yang kecil tidak mengeluarkan panas, hanya saja panas yang dihasilkan tidak banyak sehingga tidak sampai merusak LED tersebut dan tidak diperlukan pendingin.

Pendingin yang digunakan biasanya adalah heatsink (sirip pendingin) yang digunakan untuk membuang panas ke udara sekitar. Ada banyak teknik untuk pendingin ini antara lain gabungan antara heatsink dengan fan (kipas angin), heatpipe (pipa logam yang berisikan cairan untuk menghantarkan panas dari ujung yang menempel dengan LED ke ujung lain yang menempel heatsink atau alat lain sebagai media pembuangan panas), water cooling (pipa logam yang dialiri air dengan sistem looping tertutup seperti halnya mesin kendaraan mobil dengan radiator).

Berdasarkan tujuan pemakaian LED yang beragam, maka LED pun dibuat dalam berbagai variasi, baik dari ukuran fisik LED, intensitas cahaya yang dihasilkan dari LED, derajat kemiringan berkas cahaya yang dipancarkan dari LED, hingga faktor Wattage yang diperlukan agar LED dapat mengeluarkan cahaya secara maksimal dari pabrik pembuatnya.

Sebagai contoh saja, LED yang digunakan sebagai sumber sinar dalam gadget seperti telepon genggam berukuran dimensi fisik yang kecil, tidak menghasilkan intensitas cahaya yang besar sekali, dan hanya membutuhkan arus listrik yang kecil pula, sehingga tidak memerlukan pendingin juga. Beda halnya dengan LED yang dipakai untuk lampu sorot yang ukuran fisiknya relatif lebih besar, menghasilkan intensitas cahaya yang besar, membutuhkan arus listrik yang besar, sehingga memerlukan pendingin untuk membuang panas yang dihasilkan.

Layaknya teknologi baru, maka dari segi harga pun LED relatif lebih mahal. Namun itu hanya harga inisial saja, dalam arti untuk pembelian pertama kali memang dapat dikatakan lebih mahal (dalam hal ini LED sebagai lampu ruangan) daripada lampu sumber cahaya lain seperti CFL (Compact Fluorescent Lamp) yang sudah banyak di pasaran. Akan tetapi, apabila dihitung secara cermat dengan melibatkan faktor usia pakai dan energi listrik yang lebih irit, maka soal harga menjadi relatif jauh lebih murah.

Berbicara mengenai usia pakai suatu produk, tentunya tidak terlepas dari kualitas produk tersebut. Sayangnya, kualitas LED ini tidak dapat dibuktikan dalam waktu singkat, mengingat usia pakai LED biasanya rata-rata 50.000 jam hingga 100.000 jam. Ada yang harganya murah, tapi kemudian setelah dipakai 3-6 bulan sudah redup atau putus (padam). Kita tidak berbicara soal cacat produk dari pabrik, karena hal itu tidak dapat kita hindari mengingat dalam produksi massal pasti ada berapa persen kecil yang merupakan cacat produksi. Nah, untuk mengatasi hal tersebut ada baiknya kita mengetahui chip (elemen penghasil cahaya) LED tersebut dari pabrik mana.

Ada pun pabrik besar penghasil chip LED di dunia internasional antara lain CREE, Lumiled, dan Nichia. Dari segi harga mungkin memang relatif mahal dan susah didapat. Namun segi kualitasnya lebih dapat dipercaya.

Dewasa ini LED sudah cukup banyak tersedia di pasaran dari banyak pabrik dari banyak negara terutama China. Dari yang sudah dalam bentuk jadi modul lampu, maupun komponen LED emitter; harganya pun relatif lebih murah daripada pabrik-pabrik besar seperti Philips, Osram, Panasonic, dll.

Ada baiknya bagi orang-orang yang mengerti atau hobi elektronika, dan ingin membuat LED Lamp (Lampu LED) cukup berhati-hati dalam mencari penjual LED emitter yang berkualitas. Mengapa demikian? Kita mempunyai pengalaman bertemu dengan beberapa penjual LED emitter yang ternyata tidak mengerti karakteristik LED, bagaimana mereka dapat mengerti kualitas LED emitter yang mereka jual apabila tidak mengerti LED sama sekali? Seakan-akan kita pembeli ini digiring untuk coba-coba tapi bayar ke mereka, kalau nanti ada masalah beli lagi ke mereka. Hal-hal seperti ini yang menyebabkan orang enggan menggunakan LED, sedangkan LED itu adalah sumber cahaya di masa depan.

Dari apa yang kita ketahui dari apa yang sudah kita ketahui di atas, maka dapat kita simpulkan bahwa LED mempunyai kelebihan antara lain:

1. Untuk menghasilkan intensitas cahaya yang sama, LED membutuhkan energi listrik lebih kecil daripada sumber cahaya yang lainnya.
2. LED tidak memerlukan proyektor untuk memfokuskan berkas cahaya yang dihasilkan karena dari pabriknya kita dapat memilih berapa derajat sudut kemiringan berkas cahaya yang dihasilkan oleh LED tersebut.
3. LED dapat dipakai atau digunakan untuk sumber cahaya di berbagai tempat dan tujuan, kita dapat memilih dari banyaknya variasi LED yang ada.
4. LED memungkinkan kita untuk membagi sumber cahaya ke beberapa titik sumber pencahayaan agar intensitas cahaya lebih merata sesuai dengan area yang kita inginkan, tanpa harus menggunakan energi listrik yang berlebih.
5. LED relatif tidak rapuh, karena tidak menggunakan elemen kawat filamen, sehingga tidak mudah rusak karena jatuh. Biasanya yang terjadi adalah rusak karena faktor cacat produksi dari pabrik, pemberian arus listrik yang tidak sesuai dan panas berlebih yang tidak terbuang yang dihasilkan saat LED nyala.

Adapun kekurangan dari LED adalah:

1. Berkaitan dengan sumber energi listrik yang dibutuhkan LED kecil , maka LED membutuhkan power supply (driver) yang handal yang dapat menghasilkan listrik sesuai yang dibutuhkan, baik dari segi tegangan maupun kuat arus yang stabil dan presisi.
2. LED tidak memerlukan proyektor, namun berkas cahaya yang dihasilkan juga tidak dapat menyebar ke semua arah seperti halnya bola lampu yang menggunakan kawat filamen sebagai sumber cahaya.
3. Untuk menggunakan LED dengan banyak titik dibutuhkan kemampuan desain berkaitan dengan kelistrikan dan pemasangan kabel.
4. Dalam pemanfaatan LED sebagai sumber cahaya, memang LED tidak menghasilkan cahaya yang mengandung panas, akan tetapi LED itu sendiri menghasilkan panas sebagai efek samping dari pengeluaran cahaya tersebut. Untuk itu diperlukan pendingin bagi beberapa jenis LED.
5. Faktor harga inisial yang relatif lebih mahal dibandingkan sumber cahaya yang lain.

Walau pun kita melihat bahwa kelebihan dan kekurangan LED mempunyai bobot point yang sama seperti yang kita lihat di atas, namun dalam kenyataannya dengan desain dan tujuan pemakaian yang tepat, kita dapat menggunakan LED dengan baik dan efesien sehingga kita dapat lebih memperoleh keuntungan daripada sisi kekurangan yang sudah disebutkan di atas.