ＬＥＤ作为一种新兴的光源，初使用是在１９６２年。在市场的需求和技术进步的推动下，ＬＥＤ光源经历了一段光辉的历史，从初只能作为指示光源，到现在可以制作成室外用超大显示屏；从早期６５０ｎｍ的红色光，到现在的白光ＬＥＤ出现；从初的只有千分之几流明，发光效率只有０．１ｌｍ/Ｗ，到现在的白色ＬＥＤ发光效率也能超过４０ｌｍ/Ｗ。

　　尤其是在近十年中，ＬＥＤ的质量提高了１０倍，而制造成本却下降到早期产品的１/１０。这个趋势还在进一步发展中，这使ＬＥＤ成为信息光电子新兴产业中极具影响力的新产品，同时随着工艺技术的进一步提高，ＬＥＤ光源一定还有更广阔的使用前景。

　　但是就目前的工艺技术和使用情况来看，ＬＥＤ光源还远远没有发挥出它应有的潜力。

　　一、二极管发光原理

　　要了解二极管的发光原理，首先要了解半导体的基本知识。半导体材料的导电性质介于导体和绝缘体材料之间，它的独特之处在于：当半导体受到外界光和热条件的刺激时，它的导电能力会发生显著的变化；在纯净的半导体中加入微量的杂质，其导电能力也会显著的增加。在近代电子学中用得多的半导体就是硅（Ｓｉ）和锗（Ｇｅ），它们的外层电子都是４个，在硅或者锗原子组成晶体时相邻的原子相互影响，使外侧电子变成两个原子共有的，这就形成了晶体中的共价键结构，这是一种约束能力很小的分子结构。在室温（３００Ｋ）情况下，由于受到热激发就会使一些外层电子获得足够的能量而脱离共价键束缚变成自由电子，这个过程叫做本征激发。在电子摆脱束缚成为自由电子后，共价键中会留下一个空位，这个空位称为空穴，空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特征。

　　由于共价键出现了空穴，在外加电场或者其他的能源作用下，邻近的价电子就会填补这个空穴，而这个电子的原来位置上又形成新的空穴，以后其他电子再转移到这个新的空穴上。这样就产生了一定的电荷转移我们可以用以下公式对本征半导体中的自由电子的浓度进行计算：

　　ｎｉ（Ｔ）＝ＡＴ３/２ｅ－ＥＧ/２ｋＴ式中，

　　ＥＧ——电子挣脱共价键束缚所需要的能量，单位是ｅＶ（电子伏），又被称为禁带宽度；

　　Ｔ——温度；

　　Ａ——系数；

　　ｋ——波耳兹曼常数（１．３８×１０－２３Ｊ/Ｋ）；

　　ｅ——自然对数的底。

　　由于在本征半导体中自由电子和空穴是成对出现的，所以这个计算公式也可以用来表示空穴的浓度。在半导体中自由电子（或空穴）的浓度越高，导电能力越强，在常温附近，温度每升高８℃，硅的自由电子浓度增加1倍；温度每升高１２℃，锗的自由电子浓度升高1倍。

　　在本征半导体中加入少量的五价元素杂质如磷等，它在与其他半导体原子结成共价键以后会有一个多余的电子，这个多余的电子只需要非常小的能量就能摆脱束缚成为自由电子，这类杂质半导体被称为电子半导体（Ｎ型半导体）。而在本征半导体中加入少量的三价元素杂质（如硼等），因为它外层只有三个电子，在与周围的半导体原子组成共价键以后会在晶体中产生一个空位，这类杂质半导体被称为空穴半导体（Ｐ型半导体）。在Ｎ型和Ｐ型半导体结合后，在它们的交界处就会出现自由电子和空穴的浓度差别，于是电子和空穴都要向浓度低的地方扩散，留下了一些带电却不能移动的离子，从而破坏了Ｎ区和Ｐ区原来的电中性。这些不能移动的带电粒子通常被称为空间电荷，它们集中在Ｎ区和Ｐ区交界面附近形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的ＰＮ结。

　　在ＰＮ结的两端加上正向偏置电压（Ｐ型的一边加正电压）后，空穴和自由电子就会相互移动，形成一个内电场。随后新注入的空穴和自由电子再重新复合，复合的同时有时会以光子的形式释放多余能量，这就是我们所见到的ＬＥＤ发出的光。这样的光谱范围是比较窄的，由于每种材料的禁带宽度不相同，所以释放出的光子波长也不同，所以ＬＥＤ发光的颜色由所使用的基本材料决定。

　　二、LED光源主要优点

　　1、LED光源节能环保

　　ＬＥＤ的发光原理与白炽灯和气体放电灯的发光原理都不同，ＬＥＤ光源的能量转化效率非常高，理论上可以达到白炽灯１０％的能耗，ＬＥＤ相比荧光灯也可以达到５０％的节能效果。节能效果显著，这对能源十分紧张的中国来说，无疑具有十分重要的意义。LED还可以与太阳能电池结合起来应用，节能又环保。其本身不含有毒有害物质（如：汞），避免了荧光灯管破裂溢出汞的二次污染，同时又没有干扰辐射。

　　2、LED光源寿命长

　　正常情况下使用LED，其光衰可以减到７０％的标称寿命１０万小时，减少了更换频率和其他维护工作。

　　3、LED光源光色纯正
由于典型的ＬＥＤ的光谱范围都比较窄，不像白炽灯那样拥有全光谱。因此，LED可以随意进行多样化的搭配组合，特别适用于装饰等方面。

　　4、LED光源防潮、抗震动

　　由于ＬＥＤ的外部多采用环氧树脂来保护，所以密封性能和抗冲击的性能都很好，不容易损坏。它可以应用于水下照明。

　　还有其他优点如：低热量、小型化、响应时间短等，这些都使ＬＥＤ光源具有很大的优势，为应用于实际生产生活中创造了有利条件。

　　三、LED光源主要应用

　　随着ＬＥＤ工艺技术的发展，特别是１９９４年以ＩｎＧａＡｌＰ和ＩｎＧａＮ为代表的新型可见光材料的出现，实现了ＬＥＤ的高亮度和颜色的多样性。加之封装技术的改进，这些都为ＬＥＤ的商业化用途创造了有利条件。现在ＬＥＤ光源在灯具中应用主要有以下几种。

　　1、交通信号灯

　　随着超高亮度红光、黄光、绿光ＬＥＤ光源的出现，它自身具有的高亮度、光响应速度快、寿命长、不易破损，维护少、省电等特点，使它开始逐步取代了城市交通中的红绿灯以及公路、铁路、航运等领域的信号指示灯。由于ＬＥＤ光源信号灯优点十分明显，与以前的白炽信号灯相比，可以不用滤光片直接安装使用，避免了能源的损耗，在亮度相同的情况下，可以省电９０％左右，使整灯的功率大幅度下降，所以已经被广泛地使用。

　　在我们国家经过多年的替换工作，全国主要城市将由传统交通灯替换为ＬＥＤ交通信号灯的工作已经接近尾声，现在的道路交通指示信号灯基本上都是采用ＬＥＤ信号灯。ＬＥＤ交通灯市场在经历了多年的高速成长期后，２００５年市场规模达到１５．２亿元。但是随着替换工作的完成，ＬＥＤ交通灯市场可能不再维持高速增长，据有关部门预计：２００６年我国ＬＥＤ交通灯市场只能实现５．８％的增长，达到１６．１亿元。

　　2、装饰用节日灯串

　　ＬＥＤ本身具有的低热量、高亮度、颜色多种多样的特点非常适用于各种装饰性的灯具，包括节日灯串。以往的节日灯串基本上是采用白炽灯泡，如果是需要彩色灯串就通过使用滤色片的方法达到彩色的效果。这种灯串主要存在两大问题：首先是热量高，因为通过白炽发光的原理我们可以知道白炽灯在发光的同时有很大一部分能量没有转化成光能而是转变为热能，所以整个白炽灯的外壳很热，如果我们在使用白炽灯串的时候不注意摆放位置的话，灯的热量过于集中可能会导致烧焦电线引起短路，甚至是火灾；其次就是在使用滤色片时的能量消耗问题。而采用ＬＥＤ节日灯串就避免了这种情况，因为它本身不产生热量又有白光及各种单色光，所以避免了过热导致的安全问题，同时颜色变化多可以任意组合且不会造成能量损失。我国每年都有大批量的节日灯串出口欧洲市场，从近几年的产品类型上来看，ＬＥＤ光源的节日灯串已经越来越多地取代了传统的灯串，成为现在节日灯串市场上的主力军。

　　3、汽车车灯的应用

　　以前在汽车上使用的白炽灯不耐震动、撞击，极易破碎，使用寿命短，需要经常更换。在ＬＥＤ光源的亮度显著提高以后，它也被应用在汽车的非强制性附加的第三类主要安装的刹车灯上。ＬＥＤ作为汽车车灯主要得益于低功耗、长寿命和响应速度快等特点。因为ＬＥＤ结构牢固，成本较低，寿命长不用经常更换。有统计显示，在汽车以１００公里的时速行驶下，装有ＬＥＤ刹车灯的车辆较没有装ＬＥＤ刹车灯的车辆刹车距离将减少７英尺。所以ＬＥＤ将逐步取代白炽灯用于汽车的刹车灯和尾灯。

　　4、地埋灯

　　现在已经有很多制造商开始用ＬＥＤ光源制作地埋灯，部分取代传统的金卤灯光源的地埋灯。ＬＥＤ光源地埋灯相比较金卤灯光源地埋灯有以下优势：首先在颜色变化上选择更多，因为ＬＥＤ光源体积很小，在相同大小的灯具中ＬＥＤ光源地埋灯可以通过安装不同颜色的ＬＥＤ实现颜色的变化，这是金卤灯光源地埋灯无法实现的；其次，热量大大降低避免了烫伤的危险，同时使灯具的防尘防水性能提高。

　　5、其他灯具

　　此外又出现了其他类型的ＬＥＤ灯具，比如路灯、台灯等等。但是由于生产商的自身技术以及ＬＥＤ光源的本身特点，决定了这些灯在目前只能处于试验阶段，暂时还不能大批量地投入到生产中去。ＬＥＤ不同于其他光源，它本身就有了光的分配特性，这是其他光源所不具备的。图3就是1个２００Ｗ的LED道路灯的配光曲线，由此图可以看出这个灯具的光束角很小，不是很适合用于道路照明。产生这个问题的原因就是因为ＬＥＤ本身有个光束角度，在安装的过程中不能过于密集，否则会影响散热，这类灯具的ＬＥＤ安装板都很大，不能像其他光源一样安装反射器，所以整个灯具的光线分配很难控制。因为每个ＬＥＤ都有自己的大光强方向，所以在用于不同的场所时，ＬＥＤ的排列和角度控制的要求非常高。