Daha önce bahsedildiği gibi, Işık Yayan Diyotlar, geleneksel aydınlatma kaynakları ile aynı temel konsepte göre çalışırlar - içlerinden geçen elektrik akımı ile ışık üretirler. Ancak benzerliklerin bittiği yer burasıdır. Aydınlatma üretmek için ısıya veya kimyasal reaksiyona dayanan geleneksel aydınlatma kaynaklarının aksine, LED'ler ışık kaynakları için bir yarı iletken kullanır. Bu, önemli teknolojik faydalar ve sürekli ilerleme için çok daha büyük potansiyel sunan benzersiz bir teknolojidir.
LED'lerin nasıl çalıştığını açıklamak için önce yarı iletkenin ne olduğunu ve nasıl çalıştığını anlamak önemlidir. Yarı iletkenler, elektrik akımını iletme yeteneği değişen malzemelerdir. Işık yayan diyotlar, var olan en basit yarı iletken türlerinden bazılarıdır. Çoğu yarı iletken, kendi saf yarı iletken malzemesi zayıf bir iletken olduğundan, elektronların içinden akmasına izin vermek için onlara eklenen safsızlıklara sahiptir. Bir yarı iletkene safsızlıklar eklendiğinde buna doping denir.
Genel olarak konuşursak, bu yarı iletkenler alüminyum-galyum-arsenitten (AlGaAs) yapılır. Bu malzeme katkılı olduğunda, ya serbest elektronlar ekleyebilir ya da malzemede elektronların gidebileceği delikler oluşturabilir. Bir yarı iletkenin fazladan elektronları olduğunda, fazladan negatif yüklü parçacıklara sahip olduğu için N-tipi malzeme olarak bilinir. Yarı iletkende fazladan delikler olduğunda, etkin bir şekilde ekstra pozitif yüklü parçacıklara sahip olduğu için P-tipi malzeme olarak bilinir.
Bir diyotun temel yapısı, her bir uçta elektrotlarla birbirine bağlanmış N-tipi ve P-tipi malzemeden bir bölümden oluşur. Bu düzenlemede, elektrik yalnızca tek bir yönde iletilir. Voltaj uygulanmadan, P ve N tipi malzemeler arasında bir tükenme bölgesi oluşturulur ve yarı iletkeni hiçbir elektronun veya elektriğin akamayacağı orijinal yalıtım durumuna geri getirir.
Tükenme bölgesinin ortadan kaldırılabilmesi için elektronların N-tipi alandan P-tipi alana ve ayrıca deliklerin ters yönde hareket ettirilmesi gerekir. Bu, yeterince önemli bir voltaj aracılığıyla gerçekleştiğinde, tükenme bölgesi kaldırılır ve şarj diyot boyunca hareket eder. Bir LED'de görülen ışığı üreten elektronlar ve delikler arasındaki bu etkileşimdir.
Spesifik olarak, bir LED tarafından üretilen ışık, aslında bu elektronların bir atomun bir yörüngesinden diğerine hareketinden fotonların salınmasının bir sonucudur. Yörüngeler arasındaki mesafe ne kadar büyük olursa, etkileşim sırasında bir elektron tarafından salınan enerji ve üretilen ışığın frekansı o kadar yüksek olur. Tersine, yörüngeler arasındaki mesafe ne kadar kısa olursa, etkileşim sırasında salınan enerji o kadar düşük ve frekans o kadar düşük olur. Daha düşük frekanslar genellikle ışık tayfının kızılötesi kısmındadır, bu da insan gözüyle görülmediği anlamına gelir.
Bir elektronun yörünge değişikliğindeki bu değişkenlik, günümüzde LED aydınlatmada mevcut olan çok çeşitli renk sıcaklığı seçeneklerinden sorumludur. Sabit veya sınırlı renk sıcaklıklarına sahip geleneksel aydınlatma ile karşılaştırıldığında, LED'ler her tür ampul için neredeyse sonsuz bir olasılık yelpazesi sunar. Aslında, belirli LED armatürleri, kullanıcıya farklı renk sıcaklıkları arasında kolayca geçiş yapma seçeneği sunar.
