发光是一种能量转换现象。当系统受到外界激发后，会从稳定的低能态跃迁到不稳定的高能态。当系统由不稳定的高能态重新回到稳定的低能态时，如果多余的能量以光的形式辐射出来，就产生发光现象。半导体发光二极管利用注入ＰＮ结的少数载流子与多数载流子复合，从而发出可见光，是一种直接把电能转化为光能的发光器件。从半导体中得到电致发光。在２０世纪６０年代中期，首先出现了商用化的红色发光二极管。
发光二极管的结构主要由ＰＮ结芯片、电极和光学系统组成。当在电极上加上正向偏压之后，使电子和空穴分别注入Ｐ区和Ｎ区，当非平衡少数载流子与多数载流子复合时，就会以辐射光子的形式将多余的能量转化为光能。其发光过程包括三个部
发光二极管（Light Emitting Diode，简称LED）是现代显示和光电技术中的关键元件，它的光学原理基于半导体物理学的电致发光效应。当一个系统受到外部能量激发，例如电流，它会经历能级跃迁，从低能态跃迁至高能态。这个过程在半导体材料中尤其显著，因为它们具有特殊的电荷载流子——电子和空穴。在正常状态下，电子在价带中，而空穴在导带中。当系统受到外部电场作用，如施加正向偏压，电子会从价带跃迁到导带，形成电子-空穴对。
在LED中，这种跃迁发生在P-N结处，即一个P型半导体（含有较多空穴）和N型半导体（含有较多自由电子）的交界区域。当外加电压使得电子从N区穿过P-N结向P区移动，空穴则从P区向N区移动，电子与空穴在P-N结附近复合。在这个复合过程中，电子从高能态跌落回低能态，释放出与其能级差相等的能量。这部分能量通常以光子的形式释放，即光的辐射，从而实现电能到光能的转换。
LED的结构主要包括P-N结芯片，这是发光的核心部分，负责电子和空穴的复合；电极，提供电流路径；以及光学系统，可以是封装材料或透镜，用于优化光的发射方向和亮度。发光过程涉及三个步骤：首先是正向偏压下的载流子注入，电子和空穴被推动穿越P-N结；接着是复合辐射，电子与空穴复合时发出光子；最后是光能传输，光子通过半导体材料或封装材料传播出去。
LED具有诸多优点，如低工作电压，能有效降低能耗；稳定性强，使用寿命长，通常可达到10万至1000万小时；抗冲击和耐振动性能优异，适合于各种恶劣环境；此外，其体积小巧、重量轻，便于集成，并且制造成本相对较低。目前，LED广泛应用于显示屏、指示器、光纤通信等领域。尽管当前的LED尚未普遍用于大范围照明，但由于其效率和环保特性，高亮度和全色域的LED照明技术正在成为研究和发展的热点，预示着LED在未来照明市场将扮演更加重要的角色。
