Như đã đề cập trước đây, Điốt phát sáng hoạt động theo khái niệm cơ bản giống như các nguồn chiếu sáng truyền thống - chúng tạo ra ánh sáng bằng dòng điện chạy qua chúng. Tuy nhiên, đây là lúc những điểm tương đồng kết thúc. Không giống như các nguồn chiếu sáng truyền thống dựa vào nhiệt hoặc phản ứng hóa học để tạo ra ánh sáng, đèn LED dựa vào chất bán dẫn cho nguồn sáng của chúng. Đây là một công nghệ độc đáo mang lại lợi ích công nghệ đáng kể và tiềm năng tiến bộ liên tục lớn hơn nhiều.
Để giải thích cách hoạt động của đèn LED, điều quan trọng trước tiên là phải hiểu chất bán dẫn là gì và nó hoạt động như thế nào. Chất bán dẫn là vật liệu có khả năng dẫn dòng điện khác nhau. Điốt phát sáng là một số loại chất bán dẫn đơn giản nhất hiện có. Hầu hết các chất bán dẫn đều có tạp chất được thêm vào chúng để cho phép các electron chảy qua, vì trên vật liệu bán dẫn tinh khiết của chúng là một chất dẫn điện kém. Khi một chất bán dẫn có tạp chất được thêm vào, điều này được gọi là doping.
Nói chung, những chất bán dẫn này được làm bằng nhôm-gallium-arsenide (AlGaAs). Khi vật liệu này được pha tạp, nó có thể thêm các electron tự do hoặc tạo ra các lỗ hổng trên vật liệu nơi các electron có thể đi qua. Khi một chất bán dẫn có thêm electron, nó được gọi là vật liệu loại N vì nó có thêm các hạt tích điện âm. Khi có thêm các lỗ trên chất bán dẫn, nó được gọi là vật liệu loại P vì nó có hiệu quả có thêm các hạt tích điện dương.
Cấu trúc cơ bản của một diode bao gồm một phần vật liệu loại N và loại P được liên kết với nhau bằng các điện cực ở mỗi đầu. Trong sự sắp xếp này, điện chỉ được dẫn theo một hướng duy nhất. Không có điện áp được áp dụng, một vùng cạn kiệt được tạo ra giữa các vật liệu loại P và N, khôi phục chất bán dẫn về trạng thái cách điện ban đầu, nơi không có electron hoặc điện nào có thể chảy.
Để vùng cạn kiệt được loại bỏ, các electron phải được chuyển từ khu vực loại N sang khu vực loại P, cũng như các lỗ theo hướng ngược lại. Khi điều này xảy ra thông qua một điện áp đủ đáng kể, vùng suy giảm sẽ được loại bỏ và điện tích di chuyển qua diode. Chính sự tương tác giữa các electron và lỗ hổng này tạo ra ánh sáng nhìn thấy trong đèn LED.
Cụ thể, ánh sáng được tạo ra bởi đèn LED thực sự là kết quả của việc giải phóng các photon từ sự chuyển động của các electron này từ quỹ đạo này sang quỹ đạo của nguyên tử khác. Khoảng cách giữa các quỹ đạo càng lớn, năng lượng được giải phóng bởi một electron trong quá trình tương tác càng lớn và tần số ánh sáng tạo ra càng cao. Ngược lại, khoảng cách giữa các quỹ đạo càng ngắn, năng lượng giải phóng trong quá trình tương tác càng thấp và tần số càng thấp. Tần số thấp hơn thường nằm trong phần hồng ngoại của phổ ánh sáng có nghĩa là mắt người không nhìn thấy được.
Sự thay đổi này trong sự thay đổi quỹ đạo của electron chịu trách nhiệm cho một loạt các tùy chọn nhiệt độ màu có sẵn trong ánh sáng LED ngày nay. So với ánh sáng truyền thống với nhiệt độ màu cố định hoặc hạn chế, đèn LED cung cấp một loạt các khả năng gần như vô tận cho mọi loại bóng đèn. Trên thực tế, một số đồ đạc LED nhất định cung cấp tùy chọn để người dùng dễ dàng chuyển đổi giữa các nhiệt độ màu khác nhau.
