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發(fā)光二極管的核心部分是由p型半導體和n型半導體組成的晶片，在p型半導體和n型半導體之間有一個(gè)過(guò)渡層，稱(chēng)為p-n結。在某些半導體材料的PN結中，注入的少數載流子與多數載流子復合時(shí)會(huì )把多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，從而把電能直接轉換為光能。PN結加反向電壓，少數載流子難以注入，故不發(fā)光。這種利用注入式電致發(fā)光原理制作的二極管叫發(fā)光二極管，通稱(chēng)LED。當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)，半導體晶體就發(fā)出從紫外到紅外不同顏色的光線(xiàn)，光的強弱與電流有關(guān)。
LED的價(jià)格比較昂貴，較之于白熾燈，一只LED的價(jià)格就可以與幾只白熾燈的價(jià)格相當，而通常每組信號燈需由上300～500只二極管構成。
早應用半導體P-N結發(fā)光原理制成的LED光源問(wèn)世于20世紀60年代初。當時(shí)所用的材料是GaAsP，發(fā)紅光（λp=650nm），在驅動(dòng)電流為20 毫安時(shí)，光通量只有千分之幾個(gè)流明，相應的發(fā)光效率約0.1流明/瓦。 70年代中期，引入元素In和N，使LED產(chǎn)生綠光（λp=555nm），黃光（λp=590nm）和橙光（λp=610nm），光效也提高到1流明/瓦。 到了80年代初，出現了GaAlAs的LED光源，使得紅色LED的光效達到10流明/瓦。 90年代初，發(fā)紅光、黃光的GaAlInP和發(fā)綠、藍光的GaInN兩種新材料的開(kāi)發(fā)成功，使LED的光效得到大幅度的提高。在2000年，前者做成的LED在紅、橙區（λp=615nm）的光效達到100流明/瓦，而后者制成的LED在綠色區域（λp=530nm）的光效可以達到50流明/瓦。
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