Jak již bylo zmíněno, Light-Emitting Diodes fungují na stejném základním konceptu jako tradiční světelné zdroje – generují světlo elektrickým proudem, který jimi protéká. Zde však podobnosti končí. Na rozdíl od tradičních světelných zdrojů, které při výrobě osvětlení spoléhají na teplo nebo chemickou reakci, se LED diody jako zdroj světla spoléhají na polovodič. Jedná se o unikátní technologii, která nabízí významné technologické výhody a mnohem větší potenciál pro neustálý pokrok.
Abychom vysvětlili, jak LED diody fungují, je důležité nejprve pochopit, co je to polovodič a jak funguje. Polovodiče jsou materiály s různou schopností vést elektrický proud. Světelné diody jsou některé z nejjednodušších typů polovodičů, které existují. Většina polovodičů má k nim přidané nečistoty, aby umožnily průchod elektronů, protože samotný čistý polovodičový materiál je špatným vodičem. Když jsou do polovodiče přidány nečistoty, nazývá se to doping.
Obecně řečeno, tyto polovodiče jsou vyrobeny z hliníku-gallium-arsenidu (AlGaAs). Když je tento materiál dopován, může buď přidat volné elektrony, nebo vytvořit díry v materiálu, kam mohou elektrony jít. Když má polovodič další elektrony, je známý jako materiál typu N, protože má navíc záporně nabité částice. Jsou-li v polovodiči další otvory, je znám jako materiál typu P, protože účinně obsahuje další kladně nabité částice.
Základní konstrukce diody se skládá z části materiálu typu N a typu P, které jsou na každém konci spojeny elektrodami. V tomto uspořádání je elektřina vedena pouze jedním směrem. Bez přiloženého napětí se mezi materiály typu P a N vytvoří zóna vyčerpání, která obnoví polovodič do původního izolačního stavu, kde nemohou proudit žádné elektrony ani elektřina.
Aby mohla být zóna vyčerpání odstraněna, musí se elektrony přesunout z oblasti typu N do oblasti typu P, stejně jako otvory v opačném směru. Jakmile k tomu dojde prostřednictvím dostatečně významného napětí, zóna vyčerpání se odstraní a náboj se přesune přes diodu. Právě tato interakce mezi elektrony a dírami generuje světlo viděné v LED.
Konkrétně světlo generované LED je ve skutečnosti výsledkem uvolnění fotonů z pohybu těchto elektronů z jednoho orbitálu atomu na druhý. Čím větší je vzdálenost mezi orbitaly, tím větší je energie uvolněná elektronem během interakce a tím vyšší je frekvence produkovaného světla. Naopak, čím kratší je vzdálenost mezi orbitaly, tím nižší je energie uvolněná během interakce a tím nižší je frekvence. Nižší frekvence jsou často v infračervené části světelného spektra, což znamená, že je pro lidské oko neviditelné.
Tato variabilita změny orbitální dráhy elektronu je zodpovědná za širokou škálu možností teploty barev, které jsou dnes v LED osvětlení k dispozici. Ve srovnání s tradičním osvětlením s pevnou nebo omezenou teplotou barev nabízejí LED diody téměř nekonečnou škálu možností pro každý typ žárovky. Některá LED svítidla ve skutečnosti nabízejí uživateli možnost snadno přepínat mezi různými teplotami barev.
