LED(Light Emitting Diode)，發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電能轉(zhuǎn)化為光能。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附著在一個支架上，是負極，另一端連接電源的正極，整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P-N結(jié)”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長(光的顏色)，是由形成P-N結(jié)材料決定的。

當pn結(jié)兩端做好電極引出管腳并封裝好后，就形成了一個二極管。二極管的特性基本就是pn結(jié)的特性，有的用作整流，有的用來檢波，有的可以發(fā)光；這些只不過是參數(shù)的調(diào)節(jié)或者材料的改變，其基本原理是相同的。光是能量的一種形式，一種可以被原子釋放出來。是由許多有能量和動力但沒質(zhì)量的微小粒子似的小捆組成的。這些粒子被叫做光子，是光的最基本單位。光子是因為電子移動才釋放出來。電子在不同的軌函數(shù)有著不同等的能量。

當二極管的兩端加上正向偏壓，大部分電壓就加到空間電荷區(qū)上。這時內(nèi)建電場電壓降低，打破了載流子的擴散漂移平衡：p區(qū)空穴向n區(qū)擴散、n區(qū)電子向p區(qū)擴散，等效于外加電場給n區(qū)注入空穴、給p區(qū)注入電子。注入n區(qū)的空穴很快與電子復合輻射光子，注入p區(qū)的電子也很快與空穴復合輻射光子， pn結(jié)就在電場的作用下就不斷的發(fā)光。在外加正向電壓很小時，注入載流子的量極小，肉眼看不到發(fā)出的光；只有當外加電壓接近或超過內(nèi)建電場電壓時才會大量地注入載流子，這樣就可以看見二極管發(fā)出明亮的光。

對于發(fā)光二極管，需要注入的電子和空穴盡快地復合，復合電流占總電流的比例越大發(fā)光效率越高，讓電能更多地轉(zhuǎn)化為光能而不是熱能；而普通二極管一般需要注入的電子和空穴盡量少地復合。自由電子從P型層通過二極管落入空的電子空穴。這包含從傳導帶跌落到一個更低的軌函數(shù)，所以電子就是以光子形式釋放能量。這在任何二極管里都會發(fā)生的，在普通二極管里，半導體材料本身吸引大量的光能而結(jié)束。

那么，是什么決定了二極管發(fā)不同顏色的光？當一個電子從導帶躍遷到價帶就會輻射一個光子，這個光子的能量E就等于禁帶寬度Eg，而光子的波長λ=1.24/Eg(μm)，所以半導體的禁帶寬度基本決定了二極管發(fā)光的顏色。白光發(fā)光二極管發(fā)出的白光不是單色光，而是由多種光混合而成。常見的白光發(fā)光二極管使用的是氮化鎵半導體材料，其禁帶寬度約3.39eV，形成的pn結(jié)發(fā)的是藍光（已通過雜質(zhì)能級調(diào)節(jié)光子能量）。但是，在二極管中的pn結(jié)外面涂有一層黃光熒光粉，當藍光打到黃光熒光粉上后，發(fā)光二極管就發(fā)出黃藍光混合而成的白光。