Seperti disebutkan sebelumnya, Dioda Pemancar Cahaya bekerja dengan konsep dasar yang sama dengan sumber pencahayaan tradisional – mereka menghasilkan cahaya dengan arus listrik yang mengalir melaluinya. Di sinilah kesamaan berakhir namun. Tidak seperti sumber pencahayaan tradisional yang mengandalkan panas atau reaksi kimia untuk menghasilkan penerangan, LED mengandalkan semikonduktor untuk sumber cahayanya. Ini adalah teknologi unik yang menawarkan manfaat teknologi yang signifikan dan potensi yang jauh lebih besar untuk kemajuan berkelanjutan.
Untuk menjelaskan cara kerja LED, penting untuk terlebih dahulu memahami apa itu semikonduktor dan bagaimana fungsinya. Semikonduktor adalah bahan dengan kemampuan yang bervariasi untuk menghantarkan arus listrik. Dioda pemancar cahaya adalah beberapa jenis semikonduktor paling sederhana yang ada. Sebagian besar semikonduktor memiliki pengotor yang ditambahkan ke dalamnya untuk memungkinkan elektron mengalir, karena bahan semikonduktor murni mereka sendiri adalah konduktor yang buruk. Ketika semikonduktor memiliki pengotor yang ditambahkan, ini disebut sebagai doping.
Secara umum, semikonduktor ini terbuat dari aluminium-gallium-arsenide (AlGaAs). Ketika bahan ini didoping, ia dapat menambahkan elektron bebas atau membuat lubang di bahan tempat elektron dapat pergi. Ketika semikonduktor memiliki elektron ekstra, itu dikenal sebagai bahan tipe-N karena memiliki partikel bermuatan negatif ekstra. Ketika ada lubang ekstra di semikonduktor, itu dikenal sebagai bahan tipe-P karena secara efektif memiliki partikel bermuatan ekstra positif.
Konstruksi dasar dioda terdiri dari bagian bahan tipe-N dan tipe-P yang diikat bersama dengan elektroda di setiap ujungnya. Dalam pengaturan ini, listrik hanya dilakukan dalam satu arah. Tanpa tegangan yang diterapkan, zona penipisan dibuat antara bahan tipe P dan N, mengembalikan semikonduktor ke keadaan isolasi aslinya di mana tidak ada elektron atau listrik yang dapat mengalir.
Agar zona penipisan dihilangkan, elektron harus dipindahkan dari area tipe-N ke area tipe-P, serta lubang di arah sebaliknya. Setelah ini terjadi melalui tegangan yang cukup signifikan, zona penipisan dihapus dan muatan bergerak melintasi dioda. Interaksi antara elektron dan lubang inilah yang menghasilkan cahaya yang terlihat di LED.
Secara khusus, cahaya yang dihasilkan oleh LED sebenarnya adalah hasil dari pelepasan foton dari pergerakan elektron ini dari satu orbital atom ke yang lain. Semakin besar jarak antar orbital, semakin besar energi yang dilepaskan oleh elektron selama interaksi dan semakin tinggi frekuensi cahaya yang dihasilkan. Sebaliknya, semakin pendek jarak antar orbital, semakin rendah energi yang dilepaskan selama interaksi dan semakin rendah frekuensinya. Frekuensi yang lebih rendah sering berada di bagian inframerah dari spektrum cahaya yang berarti tidak terlihat oleh mata manusia.
Variabilitas dalam perubahan orbital elektron ini bertanggung jawab atas berbagai pilihan suhu warna yang tersedia dalam pencahayaan LED saat ini. Dibandingkan dengan pencahayaan tradisional dengan suhu warna tetap atau terbatas, LED menawarkan kemungkinan yang hampir tak terbatas untuk setiap jenis bohlam. Bahkan, perlengkapan LED tertentu menawarkan opsi bagi pengguna untuk dengan mudah beralih di antara suhu warna yang berbeda.
