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发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。发光二极管的反向击穿电压大于5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时串联限流电阻以控制通过二极管的电流。
发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。
LED灯内部不含有任何的汞等重金属材料，但是白炽灯中含有，这就体现了LED灯环保的特点。现在的人都十分重视环保，所以，会有更多的人愿意选择环保的LED灯。
LED灯还有一个的特点，就是反应的速度比较快。只要一接通电源，LED灯马上就会亮起来。对比我们平时使用的节能灯，其反应速度，在打开传统灯泡时，往往需要很长的时间才能照亮房间，在灯泡的发热之后，才能亮起来。
对于LED的光谱特性我们主要看它的单色性是否优良，而且要注意到红、黄、蓝、绿、白色LED等主要的颜色是否。因为在许多场合下，比如交通信号灯对颜色就要求比较严格，不过据观察我国的一些LED信号灯中绿色发蓝，红色的为深红，从这个现象来看我们对LED的光谱特性进行研究是非常必要而且很有意义的。
随着发光二极管高亮度化和多色化的进展,应用领域也不断扩展.从下边较低光通量的指示灯到显示屏，再从室外显示屏到中等光通量功率信号灯和特殊照明的白光光源，后发展到右上角的高光通量通用照明光源。2000年是时间的分界线，在2000年已解决所有颜色的信号显示问题和灯饰问题，并已开始低、中光通量的特殊照明应用，而作为通用照明的高光通量白光照明应用，似乎还有待时日，需将光通量进一步大幅度提高方能实现。当然，这也是个过程，会随亮度提高和价格下降而逐步实现。
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