همانطور که قبلا ذکر شد، دیودهای ساطع کننده نور با همان مفهوم اولیه منابع روشنایی سنتی کار می کنند - آنها نور را با جریان الکتریکی که از آنها عبور می کند تولید می کنند. با این حال، این همان جایی است که شباهت ها به پایان می رسد. بر خلاف منابع روشنایی سنتی که به گرما یا یک واکنش شیمیایی برای تولید روشنایی متکی هستند، LED ها برای منبع نور خود به یک نیمه هادی متکی هستند. این یک فناوری منحصر به فرد است که مزایای تکنولوژیکی قابل توجه و پتانسیل بسیار بیشتری را برای پیشرفت مداوم ارائه می دهد.
برای توضیح نحوه کار LED ها، مهم است که ابتدا بفهمیم نیمه هادی چیست و چگونه کار می کند. نیمه رساناها موادی هستند که توانایی انتقال جریان الکتریکی متفاوتی دارند. دیودهای ساطع نور از ساده ترین انواع نیمه هادی های موجود هستند. بیشتر نیمه هادی ها ناخالصی هایی به آنها اضافه می کنند تا به الکترون ها اجازه عبور داده شود، زیرا مواد نیمه هادی خالص خودشان رسانای ضعیفی هستند. هنگامی که یک نیمه هادی ناخالصی اضافه می کند، به آن دوپینگ گفته می شود.
به طور کلی، این نیمه هادی ها از آلومینیوم-گالیوم-آرسنید (AlGaAs) ساخته شده اند. هنگامی که این ماده دوپ می شود، می تواند الکترون های آزاد اضافه کند یا حفره هایی در مواد ایجاد کند که الکترون ها می توانند در آنجا بروند. هنگامی که یک نیمه هادی دارای الکترون های اضافی است، به عنوان یک ماده نوع N شناخته می شود زیرا دارای ذرات بار منفی اضافی است. هنگامی که سوراخ های اضافی در نیمه هادی وجود دارد، به عنوان یک ماده از نوع P شناخته می شود زیرا به طور موثر دارای ذرات بار مثبت اضافی است.
ساختار اصلی یک دیود شامل یک بخش از مواد نوع N و نوع P است که با الکترودها در هر انتها به هم متصل شده اند. در این آرایش، الکتریسیته تنها در یک جهت هدایت می شود. بدون اعمال ولتاژ، یک منطقه تخلیه بین مواد نوع P و N ایجاد می شود و نیمه هادی را به حالت عایق اولیه خود باز می گرداند که در آن هیچ الکترون یا برقی نمی تواند جریان یابد.
برای حذف ناحیه تخلیه، الکترون ها باید از ناحیه نوع N به ناحیه نوع P و همچنین حفره ها در جهت معکوس منتقل شوند. هنگامی که این از طریق یک ولتاژ به اندازه کافی قابل توجه رخ می دهد، منطقه تخلیه حذف می شود و شارژ در سراسر دیود حرکت می کند. این برهمکنش بین الکترون ها و حفره ها است که نور دیده شده در LED را تولید می کند.
به طور خاص، نور تولید شده توسط یک LED در واقع نتیجه آزاد شدن فوتون ها از حرکت این الکترون ها از یک مدار اتم به مدار دیگر است. هر چه فاصله بین اوربیتال ها بیشتر باشد، انرژی آزاد شده توسط یک الکترون در طول برهمکنش بیشتر و فرکانس نور تولید شده بیشتر می شود. برعکس، هرچه فاصله بین اوربیتال ها کوتاهتر باشد، انرژی آزاد شده در طول برهمکنش کمتر و فرکانس کمتر می شود. فرکانسهای پایینتر اغلب در بخش مادون قرمز طیف نور هستند که به این معنی است که برای چشم انسان نامرئی است.
این تغییر در تغییر مداری یک الکترون مسئول طیف گسترده ای از گزینه های دمای رنگ موجود در روشنایی LED امروزی است. در مقایسه با نورپردازی سنتی با دمای رنگ ثابت یا محدود، LED ها طیف تقریباً بی پایانی از امکانات را برای هر نوع لامپ ارائه می دهند. در واقع، برخی از وسایل ال ای دی این امکان را برای کاربر فراهم می کند که به راحتی بین دمای رنگ های مختلف جابجا شود.
