Kao što je već spomenuto, Light-Emitting Diodes rade po istom osnovnom konceptu kao i tradicionalni izvori rasvjete – stvaraju svjetlost električnom strujom koja teče kroz njih. Međutim, ovdje se sličnosti završavaju. Za razliku od tradicionalnih izvora rasvjete koji se oslone na toplotu ili hemijsku reakciju kako bi proizveli rasvjetu, LED-ovi se za svoj izvor svjetlosti oslone na poluvodiča. Ovo je jedinstvena tehnologija koja nudi značajne tehnološke prednosti i daleko veći potencijal za kontinuirano napredovanje.
Da bi se objasnilo kako LED-ovi funkcioniraju, važno je prvo razumjeti šta je poluvodič i kako funkcionira. Poluprovodnici su materijali s različitom sposobnošću za provođenje električne struje. Svjetlosne diode su neke od najjednostavnijih vrsta poluvodiča u postojanju. Većina poluprovodnika ima dodane nečistoće kako bi omogućili protok elektrona, budući da je na vlastitom čistom poluvodičnom materijalu loš provodnik. Kada poluprovodnik ima dodane nečistoće, ovo se naziva dopingom.
Generalno govoreći, ovi poluprovodnici su napravljeni od aluminij-galij-arsenida (AlGaAs). Kada se ovaj materijal dopira, može ili dodati slobodne elektrone ili stvoriti rupe u materijalu gdje elektroni mogu ići. Kada poluvodič ima dodatne elektrone, poznat je kao materijal N-tipa s obzirom da ima ekstra negativno naelektrisane čestice. Kada postoje dodatne rupe u poluvodiču, poznat je kao materijal P-tipa s obzirom da efektivno ima ekstra pozitivno naektivne čestice.
Osnovna konstrukcija diode se sastoji od sekcije materijala tipa N i P vezanog zajedno sa elektrodama na svakom kraju. U ovom aranžmanu struja se provodi samo u jednom smjeru. Bez primijenjenog napona, između materijala tipa P i N stvara se zona depletiranja, što obnavlja poluvodič u prvobitno izolacijsko stanje u kojem ne mogu teći elektroni ili struja.
Da bi se zona depletije uklonila, elektroni moraju biti premješteni iz područja N tipa u područje P tipa, kao i rupe u obrnutom smjeru. Nakon što se to dogodi kroz dovoljno značajan napon, zona dosađivanja se uklanja i naboj se kreće preko diode. Ta interakcija između elektrona i rupa stvara svjetlost viđenu u LED-u.
Preciznije, svjetlost koju generiše LED je zapravo rezultat oslobađanja fotona iz kretanja ovih elektrona iz jedne orbite atoma u drugu. Što je veća udaljenost između orbitala, veća je energija koju oslobađa elektron tokom interakcije i veća frekvencija proizvedene svjetlosti. Inverzno, što je kraća udaljenost između orbitala, to je manja energija oslobođena tokom interakcije i manja frekvencija. Niže frekvencije su često u infracrvenom dijelu svjetlosnog spektra što znači da je nevidljivo ljudskom oku.
Ova varijabilnost u orbitalnoj promjeni elektrona odgovorna je za širok spektar opcija temperature boje dostupnih u LED rasvjeti danas. U poređenju sa tradicionalnom rasvjetom sa fiksnim ili ograničenim temperaturama boja, LED-ovi nude skoro beskrajni raspon mogućnosti za svaku vrstu sijalice. U stvari, određeni LED učtivci nude opciju da se korisnik lako prebaci između različitih temperatura boje.
