Zoals eerder vermeld, werken Light-Emitting Diodes volgens hetzelfde basisconcept als traditionele lichtbronnen: ze genereren licht door elektrische stroom die er doorheen stroomt. Hier houden de overeenkomsten echter op. In tegenstelling tot traditionele lichtbronnen die afhankelijk zijn van warmte of een chemische reactie om verlichting te produceren, vertrouwen LED's voor hun lichtbron op een halfgeleider. Dit is een unieke technologie die aanzienlijke technologische voordelen biedt en een veel groter potentieel voor continue vooruitgang.
Om uit te leggen hoe LED's werken, is het belangrijk om eerst te begrijpen wat een halfgeleider is en hoe deze werkt. Halfgeleiders zijn materialen met een wisselend vermogen om elektrische stroom te geleiden. Light-emitting diodes zijn enkele van de eenvoudigste soorten halfgeleiders die er bestaan. Aan de meeste halfgeleiders zijn onzuiverheden toegevoegd om elektronen door te laten stromen, aangezien puur halfgeleidermateriaal op zichzelf een slechte geleider is. Wanneer aan een halfgeleider onzuiverheden zijn toegevoegd, wordt dit doping genoemd.
Over het algemeen zijn deze halfgeleiders gemaakt van aluminium-gallium-arsenide (AlGaAs). Wanneer dit materiaal is gedoteerd, kan het vrije elektronen toevoegen of gaten in het materiaal creëren waar elektronen kunnen gaan. Wanneer een halfgeleider extra elektronen heeft, staat het bekend als een N-type materiaal omdat het extra negatief geladen deeltjes heeft. Wanneer er extra gaten in de halfgeleider zijn, staat het bekend als een P-type materiaal omdat het in feite extra positief geladen deeltjes heeft.
De basisconstructie van een diode bestaat uit een gedeelte van N-type en P-type materiaal dat aan elk uiteinde met elektroden is verbonden. In deze opstelling wordt elektriciteit slechts in één richting geleid. Zonder toegepaste spanning wordt een uitputtingszone gecreëerd tussen de P- en N-type materialen, waardoor de halfgeleider wordt hersteld in zijn oorspronkelijke isolerende staat waar geen elektronen of elektriciteit kunnen stromen.
Om de uitputtingszone te verwijderen, moeten elektronen worden verplaatst van het N-type gebied naar het P-type gebied, evenals de gaten in de omgekeerde richting. Zodra dit gebeurt door een voldoende spanning, wordt de uitputtingszone verwijderd en beweegt de lading over de diode. Het is deze interactie tussen de elektronen en gaten die het licht genereert dat in een LED wordt gezien.
In het bijzonder is het licht dat door een LED wordt gegenereerd eigenlijk het resultaat van het vrijkomen van fotonen door de beweging van deze elektronen van de ene orbitaal van een atoom naar de andere. Hoe groter de afstand tussen orbitalen, hoe groter de energie die vrijkomt door een elektron tijdens de interactie en hoe hoger de frequentie van het geproduceerde licht. Omgekeerd, hoe korter de afstand tussen orbitalen, hoe lager de energie die vrijkomt tijdens de interactie en hoe lager de frequentie. Lagere frequenties bevinden zich vaak in het infrarode deel van het lichtspectrum, wat betekent dat het onzichtbaar is voor het menselijk oog.
Deze variabiliteit in de orbitale verandering van een elektron is verantwoordelijk voor het brede scala aan kleurtemperatuuropties die tegenwoordig beschikbaar zijn in LED-verlichting. Vergeleken met traditionele verlichting met vaste of beperkte kleurtemperaturen, bieden LED's een bijna eindeloos scala aan mogelijkheden voor elk type lamp. Sterker nog, bepaalde LED armaturen bieden de gebruiker de mogelijkheid om eenvoudig te wisselen tussen verschillende kleurtemperaturen.
