LED(Light Emitting Diode)，发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电能转化为光能。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附着在一个支架上，是负极，另一端连接电源的正极，整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个“P-N结”。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长(光的颜色)，是由形成P-N结材料决定的。
当pn结两端做好电极引出管脚并封装好后，就形成了一个二极管。二极管的特性基本就是pn结的特性，有的用作整流，有的用来检波，有的可以发光；这些只不过是参数的调节或者材料的改变，其基本原理是相同的。光是能量的一种形式，一种可以被原子释放出来。是由许多有能量和动力但没质量的微小粒子似的小捆组成的。这些粒子被叫做光子，是光的最基本单位。光子是因为电子移动才释放出来。电子在不同的轨函数有着不同等的能量。
当二极管的两端加上正向偏压，大部分电压就加到空间电荷区上。这时内建电场电压降低，打破了载流子的扩散漂移平衡：p区空穴向n区扩散、n区电子向p区扩散，等效于外加电场给n区注入空穴、给p区注入电子。注入n区的空穴很快与电子复合辐射光子，注入p区的电子也很快与空穴复合辐射光子， pn结就在电场的作用下就不断的发光。在外加正向电压很小时，注入载流子的量极小，肉眼看不到发出的光；只有当外加电压接近或超过内建电场电压时才会大量地注入载流子，这样就可以看见二极管发出明亮的光。
对于发光二极管，需要注入的电子和空穴尽快地复合，复合电流占总电流的比例越大发光效率越高，让电能更多地转化为光能而不是热能；而普通二极管一般需要注入的电子和空穴尽量少地复合。自由电子从P型层通过二极管落入空的电子空穴。这包含从传导带跌落到一个更低的轨函数，所以电子就是以光子形式释放能量。这在任何二极管里都会发生的，在普通二极管里，半导体材料本身吸引大量的光能而结束。
那么，是什么决定了二极管发不同颜色的光？当一个电子从导带跃迁到价带就会辐射一个光子，这个光子的能量E就等于禁带宽度Eg，而光子的波长λ=1.24/Eg(μm)，所以半导体的禁带宽度基本决定了二极管发光的颜色。白光发光二极管发出的白光不是单色光，而是由多种光混合而成。常见的白光发光二极管使用的是氮化镓半导体材料，其禁带宽度约3.39eV，形成的pn结发的是蓝光（已通过杂质能级调节光子能量）。但是，在二极管中的pn结外面涂有一层黄光荧光粉，当蓝光打到黄光荧光粉上后，发光二极管就发出黄蓝光混合而成的白光。