Ako už bolo spomenuté, diódy vyžarujúce svetlo fungujú na rovnakom základnom koncepte ako tradičné svetelné zdroje – generujú svetlo elektrickým prúdom, ktorý nimi prechádza. Tu sa však podobnosti končia. Na rozdiel od tradičných svetelných zdrojov, ktoré sa pri vytváraní osvetlenia spoliehajú na teplo alebo chemickú reakciu, LED diódy využívajú ako zdroj svetla polovodič. Ide o jedinečnú technológiu, ktorá ponúka významné technologické výhody a oveľa väčší potenciál neustáleho napredovania.
Aby sme vysvetlili, ako LED diódy fungujú, je dôležité najprv pochopiť, čo je polovodič a ako funguje. Polovodiče sú materiály s rôznou schopnosťou viesť elektrický prúd. Svetelné diódy sú jedny z najjednoduchších typov polovodičov, aké existujú. Väčšina polovodičov má pridané nečistoty, aby umožnili elektrónom prúdiť, pretože samotný čistý polovodičový materiál je zlým vodičom. Keď sú do polovodiča pridané nečistoty, označuje sa to ako doping.
Vo všeobecnosti sú tieto polovodiče vyrobené z hliníka-gálium-arzenidu (AlGaAs). Keď je tento materiál dopovaný, môže buď pridať voľné elektróny, alebo vytvoriť diery v materiáli, kam môžu ísť elektróny. Keď má polovodič ďalšie elektróny, je známy ako materiál typu N, pretože obsahuje extra negatívne nabité častice. Ak sú v polovodiči ďalšie diery, je známy ako materiál typu P, pretože efektívne obsahuje extra kladne nabité častice.
Základná konštrukcia diódy pozostáva z časti materiálu typu N a typu P, ktoré sú navzájom spojené elektródami na každom konci. V tomto usporiadaní je elektrina vedená iba v jednom smere. Bez použitia napätia sa medzi materiálmi typu P a N vytvorí zóna vyčerpania, čím sa polovodič vráti do pôvodného izolačného stavu, kde nemôžu prúdiť žiadne elektróny ani elektrina.
Aby sa zóna vyčerpania odstránila, musia sa elektróny presunúť z oblasti typu N do oblasti typu P, ako aj otvory v opačnom smere. Akonáhle k tomu dôjde prostredníctvom dostatočne významného napätia, zóna vyčerpania sa odstráni a náboj sa presunie cez diódu. Je to interakcia medzi elektrónmi a dierami, ktorá generuje svetlo videné v LED.
Konkrétne, svetlo generované LED je v skutočnosti výsledkom uvoľnenia fotónov z pohybu týchto elektrónov z jedného orbitálu atómu na druhý. Čím väčšia je vzdialenosť medzi orbitálmi, tým väčšia je energia uvoľnená elektrónom počas interakcie a tým vyššia je frekvencia produkovaného svetla. Naopak, čím kratšia je vzdialenosť medzi orbitálmi, tým nižšia je energia uvoľnená počas interakcie a tým nižšia je frekvencia. Nižšie frekvencie sú často v infračervenej časti svetelného spektra, čo znamená, že je pre ľudské oko neviditeľné.
Táto variabilita zmeny orbitálnej dráhy elektrónu je zodpovedná za širokú škálu možností teploty farieb, ktoré sú dnes dostupné v LED osvetlení. V porovnaní s tradičným osvetlením s pevnou alebo obmedzenou teplotou farieb ponúkajú LED diódy takmer nekonečné možnosti pre každý typ žiarovky. V skutočnosti niektoré LED svietidlá ponúkajú užívateľovi možnosť jednoducho prepínať medzi rôznymi teplotami farieb.
