发光二极管（LED）是一种将电能直接转化为光能的半导体器件，其工作原理基于“自由电子”与“空穴”在PN结处的复合过程。当在LED上施加正向电压时，电子从导带跃迁至价带，与空穴复合，释放能量，以光的形式发光。复合过程的能量转化效率极高，这也是LED为何能发出光的原因。

LED的发光并非源自电子从导带跌落到价带的电势能增加，而是因为复合过程中电子与空穴的能级差异。这种复合过程释放的能量与半导体材料和杂质的性质有关，不同材料的禁带宽度不同，导致复合后释放的能量不同，进而发出不同颜色的光。可见光LED的光谱覆盖了从红、橙、黄、绿、蓝、紫等颜色，而LED还可发出紫外线、红外线等不可见光。

LED的结构主要包括芯片、支架、金线和透明树脂等部分，这些组件共同作用，使LED具有封装、保护、导电和透光等功能。与普通二极管相比，LED的光线能够穿透封装，而普通二极管的光线则被阻挡在封装内部，这是LED发光而普通二极管不发光的原因之一。

根据封装、发光面和特性不同，LED可分为多种类型，包括插件型、贴片型、高功率型、LED数码管、LED点阵屏、智能LED以及特殊用途的红外线、紫外线LED等。这些类型在各种应用中广泛使用，从手机电筒、强光手电、家用节能灯到夜视监控摄像头、数码显示等。

LED的主要参数包括正向电压VF、正向电流IF和发光强度IV。正向电压VF是当正向电流流过时，阳极与阴极之间的电压；正向电流IF是加正向电压时，阳极与阴极之间的电流。发光强度IV表示从特定方向观测到的亮度，单位为cd/mcd。在使用LED时，需注意其正向电压和电流的范围，避免超过工作电压和电流，以延长LED的使用寿命。

LED因其高效能、低能耗、长寿命和环保特性，在各种领域中得到广泛应用，从日常照明、显示技术到新能源、医疗设备、汽车电子等，都离不开LED的身影。随着技术的不断进步，LED的应用将更加广泛，成为推动社会可持续发展的重要力量。