發光二極管（Light-emitting diode，縮寫為LED），能發光的半導體電子元件，透過三價與五價元素所組成的復合光源。LED作為電子元件早在1962年出現，早期只能夠發出低光度的紅光，被惠普買下專利后當作指示燈利用。及后發展出其他單色光的版本；如今，能夠發出的光已經遍及可見光、紅外線及紫外線，光度亦提高到相當高的程度。隨著白光發光二極管的出現，用途已由初期的指示燈及顯示板等指示用途，逐漸發展至近年的照明用途。

發光二極管只能夠往一個方向導通（通電），叫作正向偏置，當電流流過時，電子與空穴在其內復合而發出單色光，這叫電致發光效應，而光線的波長、顏色跟其所采用的半導體物料種類與故意摻入的元素雜質有關。具有效率高、壽命長、不易破損、反應速度快、可靠性高等傳統光源不及的優點。白光LED的發光效率近年有所進步；每千流明成本，也因為大量的資金投入使價格下降，但成本仍遠高于其他的傳統照明。雖然如此，近年仍然越來越多被用在照明用途上。

2014年憑借“發明高亮度藍色發光二極管，帶來了節能明亮的白色光源”，日本工程學家天野浩與赤崎勇、中村修二共同獲得諾貝爾物理學獎。

LED使用的優點：

能量轉換效率高（電能轉換成光能的效率） - 也即較省電。

反應時間短 - 可以達到很高的閃爍頻率。

使用壽命長 - 且不因連續閃爍而影響其壽命。

在安全的操作環境下可達到10萬小時的壽命，即便是在50度以上的高溫，使用壽命還有約4萬小時。（螢光燈T8為8000小時、T5為20000小時、白熾燈為1，000 ~ 2，000小時）。

耐震蕩等機械沖擊 - 由于是固態元件，沒有燈絲、玻璃罩等，相對螢光燈、白熾燈等能承受更大震蕩。

體積小 - 其本身體積可以小于2mm。

便于聚焦 - 因發光體積細小，而易于以透鏡等方式達致所需集散程度，藉改變其封裝外形，其發光角度由大角度散射至細角度聚焦都可以達成。

單色性強 - 由于是單一能級光出的光子，波長比較單一（相對大部分人工光源而言），能在不加濾光器下提供多種單純的顏色。

LED的缺點

由于LED的驅動電壓較低，一般家用電壓為100V~240V，需要將LED及變壓器包裝為燈泡或燈管才能應用于家中，而在降低成本的考量下，許多市售產品搭配品質較差的變壓器，而加快損壞的可能。

發光二極管光度并非與電流成線性關系，光度調節略為復雜；使用PWM為最低成本的調節亮度方法，但頻率必須夠高才不傷眼（PWM調光是以快速閃爍的方式來調整亮度，例如每隔10次亮一次亮度為最大亮度的10%，但閃爍頻率不高會傷眼，1250Hz以下健康風險高，3250Hz以上則風險與不閃爍的調光方法一樣低；而舊型的螢光燈若用低頻PWM調光則不會那么傷眼，因為螢光燈有余暉效應而LED沒有）。

成本較高，售價較高。

因為發光二極管為光源面積小、分布較集中，作照明用途時會刺眼，須運用光學設計分散光源。

每枚發光二極管因生產技術問題都會在特性（亮度、顏色、偏置…等）上有一定差異，即使是同一批次的發光二極管差異也不少。

LED工作基本原理

發光二極管是一種特殊的二極管。和普通的二極管一樣，發光二極管由半導體芯片組成，這些半導體材料會預先透過注入或攙雜等工藝以產生p、n架構。與其它二極管一樣，發光二極管中電流可以輕易地從p極（陽極）流向n極（陰極），而相反方向則不能。兩種不同的載流子：空穴和電子在不同的電極電壓作用下從電極流向p、n架構。當空穴和電子相遇而產生復合，電子會跌落到較低的能階，同時以光子的模式釋放出能量（光子也即是我們常稱呼的光）。

它所發射出的光的波長是由組成p、n架構的半導體物材料的禁帶能量決定。由于硅、鍺是間接帶隙材料，在常溫下，這些材料內電子與空穴的復合是非輻射躍遷，此類躍遷沒有釋出光子，而是把能量轉化為熱能，所以硅和鍺二極管不能發光（在極低溫的特定溫度下則會發光，必須在特殊角度下才可發現，而該發光的亮度不明顯）。發光二極管所用的材料都是直接帶隙型的，因此能量會以光子形式釋放，這些禁帶能量對應著近紅外線、可見光、或近紫外線波段的光能量。

發展初期，采用砷化鎵（GaAs）的發光二極管只能發射出紅外線或紅光。隨著材料科學的進步，新研發成功的發光二極管能夠發射出頻率越來越高的光波。現今，已可制成各種顏色的發光二極管。

二極管通常建構于N型襯底，在其表面沉積一層P型半導體，用電極連結在一起。P型襯底比較不常見，但也有被使用。很多商業發光二極管，特別是GaN/InGaN，也會使用藍寶石襯底。

大多數用來制成發光二極管的物質具有非常高的折射率。這意味著大部分光波會在物質與空氣的接口會被反射回物質，因此，光波萃取對于發光二極管是很重要的論題，大量研究與發展都聚焦于這論題。

LED的應用場景太廣泛：

狀態顯示燈

交通、道路等的指示燈

LCD顯示器背光光源

顯示器

LED照明

光通訊

紅外線遙控玩具

紅外通訊技術（IrDA）數字資料傳輸

短距離光纖通訊

光照上網技術（Li-Fi），是一種無需WiFi信號，使用由發光二極管把光源轉換成網絡信號的形式來實現互聯網交接的技術。

光電耦合元件

窄波段光學感測器

如今Micro LED， OLED等等新的應用也出現（之后有機會分享）。

審核編輯 ：李倩