Jak wspomniano wcześniej, diody elektroluminescencyjne działają zgodnie z tą samą podstawową koncepcją, co tradycyjne źródła światła – generują światło za pomocą przepływającego przez nie prądu elektrycznego. Na tym jednak podobieństwa się kończą. W przeciwieństwie do tradycyjnych źródeł światła, które wykorzystują ciepło lub reakcję chemiczną w celu wytworzenia oświetlenia, diody LED wykorzystują półprzewodnik jako źródło światła. Jest to wyjątkowa technologia, która oferuje znaczne korzyści technologiczne i znacznie większy potencjał ciągłego rozwoju.
Aby wyjaśnić, jak działają diody LED, należy najpierw zrozumieć, czym jest półprzewodnik i jak działa. Półprzewodniki to materiały o zmiennej zdolności przewodzenia prądu elektrycznego. Diody elektroluminescencyjne to jedne z najprostszych istniejących rodzajów półprzewodników. Większość półprzewodników zawiera zanieczyszczenia, które umożliwiają przepływ elektronów, ponieważ sam materiał półprzewodnikowy jest słabym przewodnikiem. Gdy półprzewodnik ma dodane zanieczyszczenia, określa się to jako domieszkowanie.
Ogólnie rzecz biorąc, te półprzewodniki są wykonane z arsenku glinowo-galowego (AlGaAs). Kiedy ten materiał jest domieszkowany, może albo dodawać wolne elektrony, albo tworzyć dziury w materiale, w które mogą się przemieszczać elektrony. Kiedy półprzewodnik ma dodatkowe elektrony, jest znany jako materiał typu N, ponieważ zawiera dodatkowe ujemnie naładowane cząstki. Gdy w półprzewodniku znajdują się dodatkowe dziury, jest on znany jako materiał typu P, ponieważ skutecznie zawiera dodatkowe dodatnio naładowane cząstki.
Podstawowa konstrukcja diody składa się z odcinka materiału typu N i typu P połączonego ze sobą elektrodami na każdym końcu. W takim układzie prąd jest prowadzony tylko w jednym kierunku. Bez przyłożenia napięcia pomiędzy materiałami typu P i N tworzy się strefa zubożenia, przywracając półprzewodnikowi jego pierwotny stan izolacji, w którym nie mogą płynąć elektrony ani elektryczność.
Aby strefa zubożenia została usunięta, elektrony muszą zostać przesunięte z obszaru typu N do obszaru typu P, a także dziury w odwrotnym kierunku. Gdy nastąpi to przy wystarczająco wysokim napięciu, strefa zubożenia zostaje usunięta, a ładunek przemieszcza się przez diodę. To właśnie ta interakcja między elektronami i dziurami generuje światło widziane w diodzie LED.
W szczególności światło generowane przez diodę LED jest w rzeczywistości wynikiem uwolnienia fotonów z ruchu tych elektronów z jednej orbity atomu na drugą. Im większa odległość między orbitalami, tym większa energia uwalniana przez elektron podczas oddziaływania i wyższa częstotliwość wytwarzanego światła. I odwrotnie, im krótsza odległość między orbitalami, tym mniejsza energia uwalniana podczas interakcji i niższa częstotliwość. Niższe częstotliwości często znajdują się w podczerwonej części widma światła, co oznacza, że jest ona niewidoczna dla ludzkiego oka.
Ta zmienność zmiany orbity elektronu jest odpowiedzialna za szeroki zakres opcji temperatury barwowej dostępnych obecnie w oświetleniu LED. W porównaniu z tradycyjnym oświetleniem o stałych lub ograniczonych temperaturach barwowych, diody LED oferują niemal nieskończoną gamę możliwości dla każdego rodzaju żarówki. W rzeczywistości niektóre oprawy LED oferują użytkownikowi możliwość łatwego przełączania między różnymi temperaturami barwowymi.
