發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個(gè)PN結(jié)組成，也具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結(jié)附近數(shù)微米內(nèi)分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復(fù)合，產(chǎn)生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導(dǎo)體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長(zhǎng)越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。發(fā)光二極管的反向擊穿電壓大于5伏。它的正向伏安特性曲線很陡，使用時(shí)串聯(lián)限流電阻以控制通過(guò)二極管的電流。

發(fā)光二極管的核心部分是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的晶片，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱為PN結(jié)。在某些半導(dǎo)體材料的PN結(jié)中，注入的少數(shù)載流子與多數(shù)載流子復(fù)合時(shí)會(huì)把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。PN結(jié)加反向電壓，少數(shù)載流子難以注入，故不發(fā)光。當(dāng)它處于正向工作狀態(tài)時(shí)（即兩端加上正向電壓），電流從LED陽(yáng)極流向陰極時(shí)，半導(dǎo)體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線，光的強(qiáng)弱與電流有關(guān)。

LED發(fā)光強(qiáng)度是表征它在某個(gè)方向上的發(fā)光強(qiáng)弱，由于LED在不同的空間角度光強(qiáng)相差很多，隨之而來(lái)我們研究了LED的光強(qiáng)分布特性。這個(gè)參數(shù)實(shí)際意義很大，直接影響到LED顯示裝置的小觀察角度。比如體育場(chǎng)館的LED大型彩色顯示屏，如果選用的LED單管分布范圍很窄，那么面對(duì)顯示屏處于較大角度的觀眾將看到失真的圖像。而且交通標(biāo)志燈也要求較大范圍的人能識(shí)別。

對(duì)于LED的光譜特性我們主要看它的單色性是否優(yōu)良，而且要注意到紅、黃、藍(lán)、綠、白色LED等主要的顏色是否。因?yàn)樵谠S多場(chǎng)合下，比如交通信號(hào)燈對(duì)顏色就要求比較嚴(yán)格，不過(guò)據(jù)觀察我國(guó)的一些LED信號(hào)燈中綠色發(fā)藍(lán)，紅色的為深紅，從這個(gè)現(xiàn)象來(lái)看我們對(duì)LED的光譜特性進(jìn)行研究是非常必要而且很有意義的。

LED用作袖珍計(jì)算器。數(shù)字手表和電子儀表的數(shù)字顯示，一般為七段顯示。但對(duì)臺(tái)式計(jì)算器,更靈活的顯示方式（產(chǎn)生全文字-數(shù)字）是35點(diǎn)矩陣，其中LED裝成7×5陣列。35點(diǎn)矩陣價(jià)格較高、驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，其應(yīng)用不及七段顯示器件廣泛。 　光耦合器件 　GaAs（或GaAsP）LED和Si－PN結(jié)探測(cè)器相結(jié)合，可以制成許多新型器件，進(jìn)行光-電和電-光的傳遞，通常稱為光耦合器件。熟知的是光耦合隔離器，它高速、可靠并可提供高至2.5千伏的電隔離。GaAsLED與Si晶體管相結(jié)合制成穿孔卡片或磁帶的光電子讀數(shù)頭，比鎢絲燈徑向分布可靠、穩(wěn)定、抗震和功耗小。采用光耦合器件的汽車點(diǎn)火裝置，省油、易起動(dòng)、工作平穩(wěn)。GaAlAs負(fù)阻發(fā)光二極管可用作發(fā)光開關(guān)、可控發(fā)光整流器和光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換等。

通信、信息處理和光耦合等應(yīng)用要求LED有良好的方向性。適于光通信應(yīng)用的兩種主要光源是高輻射度LED和半導(dǎo)體注入激光器。LED穩(wěn)定、可靠、壽命長(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、功率對(duì)溫度不敏感，廣泛用作中、短距離（鐵路、電力、交通、公安等）光通信系統(tǒng)的光源。GaAlAs－GaAs面發(fā)光管的帶寬為10～20兆赫，適用于二次群光通信系統(tǒng)(可傳輸120路電話),傳輸距離大于5公里。GaAlAs-GaAs快速邊發(fā)光管帶寬50～100兆赫，適用于三級(jí)群光通信系統(tǒng)(可傳輸480路電話)，傳輸距離數(shù)公里。InGaAsP-InP LED可用于更長(zhǎng)距離(大于10公里)的傳輸系統(tǒng)。此外，LED還用于信息處理、圖像傳輸、測(cè)距和傳感等方面。