LED是继1950年代硅(Si)半导体技术后，由三五族(III-V族)化合物半导体发展的半导体器件。LED的发光原理是利用半导体中的电子和空穴结合而发出光子，不同于灯泡需要在3000度以上的高温下操作，也不必像日光灯需使用高电压激发电子束，LED和一般的电子元件相同，只需要2-4V的电压，在常温下就可以正常动作，因此其寿命也比传统光源来得更长。

LED所发出的颜色，主要是取决于电子与空穴结合所释放出来的能量高低，也就是由所用的半导体材料的能隙所决定。同一种材料的波长都很接近，因此每一颗LED的光色都很纯正，与传统光源都混有多种颜色相比，LED可说是一种数字化的光源。

其实，LED技术研发之路，最为人津津乐道的故事，就是开发蓝光LED时，碳化硅(SiC)与氮化镓(GaN)两大门派之争。这也是许多研发团队辛勤投入开发蓝光LED元件时，必须痛苦抉择的两条截然不同的道路。

之前，全球许多大公司皆投入SiC研发，结果日本一家专门做荧光粉业务的公司——日本日亚化工公司(Nichia Chemical Industries Ltd.)的研发人员中村修二先生(Shuj Nakamura)于1994年和1995年，在氮化镓(GaN)研究方面获得重大突破，并取得震惊全球的专利。这位研发人员的重大突破，引发了包括Sony及Toshiba等大厂的最高主管都出面为自己所做的错误决策导致技术落后而道歉。这位Nakamura的技术突破，让氮化镓(GaN)阵营正式快速超越SiC。

原本做荧光粉业务的Nichia由于在蓝光LED技术上的成功，使其年营业额从约1亿美元快速发展到2003年的9亿美元。而原本该公司准备发给Nakamura的专利奖励金是日币200万元，经过一场官司后，Nichia被判定应该给这位研究人员日币2亿元。

LED晶片大小可以因用途而随意切割，常用的大小为0.3-1.0mm左右，跟传统的灯泡或日光灯相比，体积相对小得多。为了使用方便，LED通常都使用树脂包装，做成5mm左右的各种形状，十分坚固耐震。

LED的制作过程与制作硅晶圆IC很相似，首先使用化学周期表中超高纯度的III族元素——铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)，以及V族元素——氮(N)、磷(P)、砷(As)为材料，在高温下反应成为化合物，经过单晶生长技术，制成单晶棒，经过切割、研磨、拋光成为晶片，再将其作为基板(substrate)，使用磊晶技术将发光材料生长在基板上，制成的磊晶片经过半导体镀金和蚀刻工艺后，通过细切加工成LED晶粒。

值得注意的是，除了大家常见的可见光外，LED还有不可见光，如“紫外光”与“红外光”等，例如电视遥控器就是一种红外光应用，其波长约为900nm，而紫外光则因为具有杀菌功能，所以被广泛应用在医疗用途上。

(1)提高发光强度及发光效率

作为指示灯方面的应用，有几个mcd的发光强度也可以了，但由LED组成的数码管或字符管则显得亮度不足，若要用于户外作信号或标志显示，则其亮度太低，不能满足使用的要求。所以LED的主要发展方向是提高发光强度(也就是一般所指的提高亮度)。

LED另一个重要性能指标是发光效率η，用lm/W来表达。30多年来，LED的发光效率提高了250倍以上。例如，Cree公司生产的1W白光LED XL7090WHT，其发光效率可达60lm/W。

XL7090WHT是超高亮度、小尺寸封装的白光LED。XL7090WHT的发光强度大，电流350mA时的典型光通量为60lm，在瞬态脉冲电流700mA时典型光通量可达98lm，而目前一般1W白光LED的光通量为30-45lm)；XL7090WHT的发光效率高达60lm/W，视角宽达100°；封装尺寸仅为9×74.3mm；工作温度范围是-20 - +80℃。

由于XL7090WHT发光强度大、发光效率高，因此它适用于家庭、商业或公共场所明、DVD、笔记本电脑、电视机的彩色显示屏的背光；广告灯、路灯及标志灯；汽车及运输工具的内外照明及数码相机的闪光灯等。

(2)提高LED功率

我们知道，LED的发光强度与正向电流IF几乎成线性关系，即增加正向电流IF可增加发光强度。但LED有一个最大功耗PD值的限制，PD=VF×IF(VF为正向压降)，若过大地增加IF而使PD超过最大值时，LED会过热而损坏。为了要提高发光强度，开发出中功率LED(一般为几百mW)，其工作电流也提高到70mA。近年来，为进一步提高发光强度，开发出大功率LED，其功率一般为1-10W(有一些还大于10W)。它的工作电流一般为350-700mA，有些可达1A以上。