Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Светодиод состоит из полупроводникового кристалла (чипа) на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Излучаемый полупроводниковым кристаллом свет попадает в миниатюрную оптическую систему, состоящую из рефлектора и прозрачного корпуса светодиода. Изменяя конфигурацию рефлектора и линзы, добиваются необходимой направленности излучения: светодиоды бывают как узко, так и широконаправленные.

Почему светодиод светит

Кристалл светодиода, как и у обычных диодов состоит из двух типов полупроводника – с электронной (n-типа) и с дырочной (p-типа) проводимостью. На границе разнотипных полупроводников существует энергетический барьер ("запрещённая зона"), который препятствует p-n переходам. Под действием электрического поля происходит рекомбинация электронно-дырочной пары с излучением кванта света. Однако, не всякий p-n-переход излучает свет. Для нужно выполнение 2х условий: во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона, а во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. На практике одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно для выполнения обоих условий и потому приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры ("гетероструктуры"). За изучение таких гетероструктцр российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

Цвет светодиода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют  электронно-дырочные пары, то есть от материала полупроводника, и от легирующих примесей. Именно с этим было связано столь позднее появление синих светодиодов.

Яркость светодиода зависит от проходящего через него тока. Чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя.

Отдельно следует сказать про белые светодиоды. Как известно, чистого белого света в природе не существует, а то, что мы называем белым светом, на самом деле есть комбинация зелёного, синего и красного цветов. Поскольку кристалл светодиода излучает чистый свет, то белый он излучать не может. Поэтому для получения белого света изготовителям приходится прибегать к некоторым трюкам. Существует 2 способа получить белый свет от светодиода:

1. смешивание цветов по технологии RGB, когда внутри светодиода близко друг к другу располагаются 3 кристалла: красный, зелёный и синий. Одновременное свечение всех 3х с одинаковой яркостью даст на выходе белый свет. Регулируя яркость отдельных цветов, можно получить нужный оттенок белого. Такой способ обычно применяется при изготовлении светодиодных экранов.
2. Покрывать синий или ультрафиолетоый светодиод слоями люминофора.

Особенности светодиодов

• При должном теплоотводе светодиод мало нагревается;
• светодиод излучает свет в узкой части спектра, что делает его цвет чистым, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют.
• В светодиоде отсутствуют хрупкие стеклянные элементы. Он механически прочен и надежен, а его срок службы может достигать 100 000 часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 5 — 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы.
• Светодиод — низковольтный электроприбор, а значит безопасный.