发光二极管(LED)是一种半导体光源，当电流流过时发光。半导体中的电子与电子空穴重新结合，以光子的形式释放能量。光的颜色(对应于光子的能量)是由电子穿过半导体带隙所需要的能量决定的。白光是通过在半导体器件上使用多个半导体或一层发光荧光粉而获得的。
1962年作为实用的电子元件出现，最早的led发出低强度红外(IR)光。[7]红外发光二极管用于远程控制电路，如与各种各样的消费电子产品一起使用的电路。第一批可见光led是低强度的，并且仅限于红色。现代的led有可见光、紫外线(UV)和红外波长，具有高光输出。
早期的led经常被用作指示灯，取代小型白炽灯，并用于七段显示。最近的发展已经生产出高输出白光led，适用于室内和室外区域照明。led已经产生了新的显示器和传感器，而它们的高开关率在先进的通信技术中非常有用。
与白炽灯相比，led有很多优势，包括更低的能耗、更长的使用寿命、更好的坚固性、更小的尺寸和更快的开关。led应用广泛，如航空照明，汽车大灯，广告，一般照明，交通信号，照相机闪光灯，照明墙纸，园艺种植灯，和医疗设备
与激光不同，LED发出的光既不是光谱相干的，也不是高度单色的。然而，它的光谱足够狭窄，人眼看起来是纯(饱和)颜色。与大多数激光器不同的是，它的辐射不是空间相干的，所以它不能接近激光器的高亮度特性。
电路符号
传统LED的部分。嵌在环氧树脂中的铁砧和柱的底部平面起到锚定作用，防止导线因机械应力或振动而被强力拉出。
发展史
发现和早期设备
1907年，英国Marconi实验室的实验人员h.j. Round使用碳化硅晶体和猫须探测器发现了电致发光现象。俄国发明家Oleg Losev在1927年报告了第一台LED的发明。他的研究成果发表在苏联、德国和英国的科学期刊上，但是几十年都没有得到实际应用
1936年，Georges Destriau观察到，当硫化锌(ZnS)粉末悬浮在绝缘体中，并在其上施加交流电场时，可以产生电致发光。在他的著作中，德斯特里奥经常把发光称为洛瑟夫光。戴斯特里奥在玛丽·居里夫人的实验室工作，玛丽·居里夫人也是镭发光研究领域的先驱
1939年，匈牙利佐尔坦湾公司和Gyorgy Szigeti公司为一种基于碳化硅的照明设备申请了专利，该照明设备可以选择使用碳化硼，根据杂质的存在，碳化硼会释放出白色、黄白色或绿白色
1951年，Kurt Lehovec, Carl Accardo和Edward Jamgochian解释了第一批led，使用的仪器使用SiC晶体，电流来源是电池或脉冲发生器，并与1953年的变体纯晶体进行了比较
美国无线电公司的Rubin Braunstein[21]在1955年报道了砷化镓(GaAs)和其他半导体合金的红外发射。[22]布劳恩斯坦观察到使用简单的锑化镓(GaSb)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)和硅锗(SiGe)合金在室温和77开尔文下产生的红外辐射。
1957年，布劳恩斯坦进一步证明了这种基本装置可以用于短距离的非无线电通信。正如Kroemer[23] Braunstein所指出的“…已经建立了一个简单的光通信链路:音乐从唱机中出现，通过合适的电子器件来调节砷化镓二极管的正向电流。”发射的光被远处的PbS二极管检测。这个信号被输入音频放大器，然后由扬声器播放。挡住光束，音乐停止了。我们在这个设置上玩得很开心。”这种设置预示着led在光通信应用中的使用。
德克萨斯州仪器SNX-100砷化镓LED包含在一个TO-18晶体管金属外壳
1961年9月，当James R. Biard和Gary Pittman在德克萨斯州达拉斯的德州仪器公司工作时，他们在GaAs衬底上建造了一个隧道二极管，发现了近红外(900纳米)光发射。到1961年10月，他们已经证明了GaAs p-n结光发射器和电隔离半导体光电探测器之间有效的光发射和信号耦合。1962年8月8日，Biard和Pittman根据他们的发现申请了一项名为“半导体辐射二极管”的专利，该专利描述了一种锌扩散的p-n结LED，具有间隔阴极接触，允许在正向偏压下有效发射红外光。后建立基于工程工作的优先级笔记本比从通用电气公司提交实验室,RCA研究实验室,IBM研究实验室,贝尔实验室,麻省理工学院的林肯实验室,美国专利局发出的两个发明专利砷化镓红外发光二极管(美国专利US3293513),第一个实用的领导。在申请专利后，德州仪器(TI)立即开始了一个生产红外二极管的项目。1962年10月，TI宣布了第一个商业化的LED产品(SNX-100)，它使用了纯砷化镓晶体发射出890纳米的光输出。1963年10月，TI宣布制造出第一个商用的半球形LED——SNX-110
1962年，Nick Holonyak Jr.在通用电气工作时发明了第一个可见光谱(红色)LED。Holonyak在1962年12月1日的《应用物理快报》上首次报道了他的LED。M. George Craford，曾是Holonyak的研究生，在1972年发明了第一个黄色LED，并将红色和红橙色LED的亮度提高了10倍。1976年，T. P. Pearsall通过发明专门适用于光纤传输波长的新型半导体材料，设计了第一个高亮度、高效率的光纤通信led。
最初的商业开发
第一个商业可见光区域的发光二极管是常用的替代白炽灯和霓虹灯标志灯,七段显示,[31]首次在实验室等昂贵的设备和电子测试设备,然后在计算器等电器,电视、收音机、电话、手表(见信号使用的列表)。直到1968年，可见光和红外线led灯都非常昂贵，大约每台200美元，所以几乎没有什么实际用途
惠普公司(HP)在1962年至1968年期间在惠普协会和惠普实验室由霍华德·波登、杰拉尔德·皮基尼和穆罕默德·阿塔拉领导的研究团队从事实际led的研发工作。在此期间，Atalla在HP、[34]启动了一个关于砷化镓(GaAs)、砷化镓磷化(GaAsP)和砷化铟(InAs)器件的材料科学研究项目，并与孟山都公司合作开发了第一个可用的LED产品。[35]第一个可用的LED产品是惠普的LED显示器和孟山都的LED指示灯，都是在1968年推出的。[35]孟山都公司是第一个批量生产可见发光二极管的组织，1968年使用GaAsP生产了适用于指示灯的红色发光二极管。之前孟山都曾向惠普提供GaAsP，但惠普决定发展自己的GaAsP。[32] 1969年2月，惠普公司推出惠普5082-7000型数字显示器，这是第一个使用集成电路(集成LED电路)技术的LED设备。这是第一台智能LED显示器，是数字显示技术的一次革命，取代了数码管，成为后来LED显示器的基础
1969年，阿塔拉离开惠普，加入仙童半导体公司。从1969年5月开始到1971年11月，他一直是微波与光电子部门的副总裁和总经理。[39]他继续研究led，并在1971年提出可以将其用于指示灯和光学读出器。[40]在20世纪70年代，飞兆光电公司生产的LED器件在商业上获得了成功，每个LED器件的价格不到5美分。这些器件采用平面工艺制备的复合半导体芯片(由Jean Hoerni开发，[41][42]基于Atalla的表面钝化[43][44])。芯片制造的平面处理和创新的封装方法的结合使由光电子先驱Thomas Brandt领导的飞兆公司团队实现了所需的成本降低。LED生产商继续使用这些方法。
TI-30科学计算器(约1978年)的LED显示屏，它使用塑料透镜来增加可见数字的大小。
早期的红色led亮度仅够作为指示灯使用，因为输出的光不足以照亮一个区域。计算器上的读数是如此之小，以至于每个数字上都有塑料镜片以使其清晰可见。后来，其他颜色开始广泛使用，出现在器具和设备中。
早期的led被包装在类似于晶体管的金属外壳中，带有玻璃窗或透镜来释放光线。现代的led指示灯被包装在透明的模压塑料盒子里，管状或矩形的形状，并经常着色以匹配设备的颜色。红外线装置可以染色，以阻挡可见光。更复杂的封装被用于大功率led的有效散热。表面安装的led进一步减小了封装尺寸。与光纤电缆一起使用的led可以配备一个光连接器。
Blue LED
1972年，斯坦福大学材料科学与工程专业博士生Herb Maruska和Wally Rhines制作了第一个使用镁掺杂氮化镓的蓝紫色LED。当时Maruska正在RCA实验室休假，在那里他与Jacques Pankove合作做相关的工作。1971年，Maruska去了斯坦福大学，他的RCA同事Pankove和Ed Miller演示了第一个掺杂锌的氮化镓发出的蓝色电致发光，尽管随后Pankove和Miller建造的设备，第一个真正的氮化镓发光二极管，发出了绿光。1972年，美国专利局授予Maruska、Rhines和斯坦福大学教授David Stevenson一项专利(美国专利US3819974 a)。如今，氮化镓的镁掺杂仍然是所有商用蓝色led和激光二极管的基础。在20世纪70年代早期，这些设备对于实际应用来说太过暗淡，对氮化镓设备的研究也放缓了。
1989年8月，克里公司推出了第一款商用的基于间接带隙半导体碳化硅(SiC)的蓝色LED。SiC led的效率非常低，不超过0.03%，但在可见光光谱中确实发出蓝色的光
20世纪80年代末，GaN外延生长和p型掺杂[54]的关键突破，开启了GaN基光电器件的现代时代。在此基础上，波士顿大学的Theodore Moustakas于1991年申请了两步法生产高亮度蓝色led的专利
两年后的1993年，Nichia公司的Shuji Nakamura利用氮化镓生长工艺展示了高亮度的蓝色led。与此同时，名古屋的赤崎勇(Isamu Akasaki)和天野浩(Hiroshi Amano)也在研究蓝宝石衬底上重要的氮化镓沉积和氮化镓p型掺杂的演示。这一新的发展彻底改变了LED照明，使高功率蓝光光源变得实用，导致了蓝光等技术的发展。
中村的这项发明获得了2006年千禧年科技奖。中村、天野浩和赤崎勇因发明蓝色LED而获得2014年诺贝尔物理学奖。[60] 2015年，美国法院裁定三家公司侵犯了Moustakas先前的专利，并命令他们支付不少于1300万美元的许可费。[61]
1995年，卡迪夫大学实验室(GB)的Alberto Barbieri研究了高亮度LED的效率和可靠性，并演示了一种使用氧化铟锡(ITO)的“透明接触”LED (AlGaInP/GaAs)。
在2001年[62]和2002年[63]，在硅上生长氮化镓(GaN)发光二极管的工艺被成功演示。2012年1月，欧司朗(Osram)展示了在硅衬底上商业化生产的大功率InGaN led灯[64]，Plessey Semiconductors正在生产GaN-on-silicon led灯。截至2017年，一些制造商使用SiC作为LED生产的基片，但蓝宝石更为常见，因为它与氮化镓的特性最为相似，从而减少了蓝宝石晶片的花纹需求(花纹晶片被称为epi晶片)。三星、剑桥大学和东芝正在研究硅发光二极管上的氮化镓。东芝已经停止了研究，可能是由于低产量。[65][66][67][68][69][70][71]一些选择向外延,困难在硅,而其他人,像剑桥大学,选择对多层结构,以减少(水晶)晶格失配和热膨胀率不同,为了避免开裂LED芯片的高温(如生产过程),减少热量的产生,提高发光效率。外延(或图案蓝宝石)可以通过纳米压印光刻进行。氮化镓通常采用金属有机气相外延(MOCVD)沉积，也采用发射法沉积。
白色led和照明的突破
尽管单独使用红、绿、蓝三种led灯可以产生白光，但由于只发出三种波长的窄波段的光，因此其显色效果很差。在获得高效率的蓝色LED之后，很快就出现了第一个白色LED。在这个装置中，(又称“YAG”或Ce:YAG荧光粉)掺铈的荧光粉涂层通过荧光产生黄色光。在眼睛看来，黄色和剩余的蓝色的结合是白色的。使用不同的荧光粉通过荧光产生绿光和红光。由此产生的红、绿、蓝的混合物被认为是白光，与蓝色LED/YAG荧光粉组合相比，具有更好的显色效果。
演示了Haitz定律，显示了随着时间的推移每个LED灯的光输出的改善，在垂直轴上有一个对数刻度
第一批白色led既昂贵又低效。然而，led的光输出呈指数级增长。松下(Panasonic)、日尼亚(Nichia)等日本制造商，以及三星(Samsung)、金讯(Kingsun)等韩国和中国制造商，都在宣传最新的研发成果。这种产量增加的趋势被称为以Roland Haitz博士命名的Haitz定律。
蓝光和近紫外线led的光输出和效率上升，可靠设备的成本下降。这导致了相对大功率白光led用于照明，正在取代白炽灯和荧光灯。[80][81]
实验白色led已经被证明可以产生303流明每瓦电(lm/w);有些可以持续10万小时。[82][83]然而，市面上的led效率高达223 lm/w。[84][85][86]与白炽灯相比，这不仅极大地提高了电能的使用效率，而且尽管led的购买成本较高，但总体成本明显低于白炽灯。[87]
LED芯片被封装在一个白色塑料小模具中。它可以用树脂(聚氨酯基)，硅树脂，或环氧树脂(粉末)掺铈掺YAG磷。在允许溶剂蒸发后，LED经常进行测试，并放置在贴片设备上，用于LED灯泡生产。封装是在探测、切割、模具从晶片转移到封装、导线连接或倒装芯片安装之后进行的，可能使用透明导电体氧化铟锡。在这种情况下，键合线附着在已经沉积在led中的ITO薄膜上。一些“远程荧光粉”LED灯泡在几个蓝色LED上使用带有YAG荧光粉的单一塑料罩，而不是在单个芯片白色LED上使用荧光粉涂层。
光产生和发射的物理学
在发光二极管中，半导体中的电子和电子空穴的复合产生光(无论是红外、可见光或UV)，这个过程称为“电致发光”。光的波长取决于所用半导体的能带间隙。由于这些材料具有高折射率，器件的设计特性如特殊的光学涂层和模具形状需要有效地发光。
Colors
通过选择不同的半导体材料，可以制造出单色led，它可以发出波长较窄的光，从近红外到可见光谱，再到紫外线范围。当波长变短时，由于半导体的带隙变大，LED的工作电压增加。
蓝色和紫外线
蓝色led有一个活跃区域，由一个或多个InGaN量子阱组成，夹在较厚的氮化镓层(称为包层)之间。通过改变InGaN量子阱中的相对In/Ga分数，理论上可以将光发射从紫色变为琥珀色。
不同Al/Ga组分的氮化镓铝(AlGaN)可用于制造紫外光led的包层和量子阱层，但这些器件尚未达到InGaN/GaN blue/green器件的效率和技术成熟度。如果在这种情况下使用未掺杂的氮化镓来形成有源量子阱层，该装置就会发出以365纳米为中心的峰值波长的近紫外光。使用InGaN/GaN系统生产的绿色发光二极管比使用非氮化材料系统生产的绿色发光二极管更加高效和明亮，但实际设备在高亮度应用中效率仍然太低。[引文需要]
使用AlGaN和AlGaInN，甚至可以获得更短的波长。波长在360-395纳米的近紫外线发射器已经很便宜了，而且经常被用作黑光灯的替代品，用于检查文件和纸币上的防伪紫外线水印，以及用于紫外线固化。虽然价格昂贵，但市场上可以买到波长可达240nm的短波长二极管。由于微生物的光敏性与DNA的吸收光谱近似匹配，峰值约为260 nm，因此预期在未来的消毒和灭菌设备中，UV LED将发射250-270 nm。最近的研究表明，市面上的UVA led (365nm)已经是有效的消毒和灭菌设备。在实验室中使用氮化铝(210 nm)、氮化硼(215 nm)、91、92和金刚石(235 nm)获得了紫外- c波长。
白光
生产白色发光二极管有两种主要方法。一种方法是使用单独的发光二极管发出三种原色——红、绿、蓝，然后将所有颜色混合形成白光。另一种是使用磷材料将单色光从蓝色或UV LED转换为广谱白光，类似于荧光灯。黄色的荧光粉是掺杂了铈的YAG晶体，悬浮在封装中或涂在LED上。YAG荧光粉使白色led在关闭时看起来是黄色的，晶体之间的空隙允许一些蓝光通过。另外，白色led也可以使用其他的荧光粉，如掺镁的氟硅酸钾(PFS)或其他工程荧光粉。PFS协助红色光的产生，并与传统的Ce:YAG荧光粉一起使用。在带有PFS荧光粉的led中，一些蓝光通过荧光粉，Ce:YAG荧光粉将蓝光转换为绿光和红光，PFS荧光粉将蓝光转换为红光。LED的色温可以通过改变荧光粉的浓度来控制。
产生的“白”光被设计成适合人眼。由于同源性，有可能有完全不同的光谱呈现白色。然而，被光照射的物体的外观可能随着光谱的变化而变化。这是颜色再现的问题，与色温是完全不同的。一个橙色或青色的物体可能会出现错误的颜色和更暗，因为LED或荧光粉不发射它反射的波长。最好的颜色再现led使用混合的荧光粉，导致效率较低，但更好的显色。
RGB
混合红、绿、蓝光源产生白光需要电子电路来控制颜色的混合。因为led有轻微不同的发射模式，颜色平衡可能会改变取决于视角，即使RGB源在一个单独的包，所以RGB二极管很少用于产生白光。然而，由于混合不同颜色的灵活性，这种方法有很多应用，[97]，原则上，这种机制在产生白光方面也有更高的量子效率[98]。
有几种类型的多色白色led:二色、三色和四色白色led。在这些不同的方法中起作用的几个关键因素包括颜色稳定性、显色能力和光效。通常，较高的效率意味着较低的显色，这就需要在发光效率和显色之间进行权衡。例如，二色白色led具有最佳的发光效率(120 lm/W)，但显色能力最低。然而，四色白色led虽然具有优异的显色能力，但其发光效率往往较差。三原色白色led介于两者之间，具有良好的光效(>70 lm/W)和良好的显色能力。
其中一个挑战是开发更高效的绿色led。理论上，绿色led的最大流明是每瓦683流明，但在2010年，很少有绿色led超过100流明每瓦。蓝色和红色led接近了它们的理论极限。
多色led还提供了一种新的方式来形成不同颜色的光。大多数可感知的颜色可以由不同数量的三基色混合而成。这允许精确的动态色彩控制。然而，这种类型的LED的发射功率随着温度的升高呈指数衰减[99]，导致颜色稳定性发生实质性变化。这些问题阻碍了工业应用。没有荧光粉的多色LED不能提供良好的显色效果，因为每个LED是一个窄带光源。不含磷光的LED虽然是一般照明的较差解决方案，但却是显示器的最佳解决方案，无论是LCD的背光，还是直接基于像素的LED。
调暗多色LED光源以匹配白炽灯的特性是困难的，因为制造的变化、年龄和温度会改变实际的颜色值输出。为了模拟变暗白炽灯的外观，可能需要一个带有颜色传感器的反馈系统来主动监测和控制颜色。
发光二极管
这种方法包括用不同颜色的荧光粉覆盖一种颜色的led(大部分是由InGaN制成的蓝色led)，从而形成白光;由此产生的led称为磷基或磷转换白色led (pcLEDs)。[101]一部分蓝光经历斯托克斯位移，即从较短的波长转换为较长的波长。根据原始LED的颜色，使用各种彩色荧光粉。使用几种不同颜色的磷光层拓宽了发射光谱，有效地提高了显色指数(CRI)。
基于磷的led由于Stokes位移的热量损失和其他与磷相关的问题而造成效率损失。与普通LED相比，它们的发光效率取决于合成光输出的光谱分布和LED本身的原始波长。例如，一个典型的基于YAG黄色磷光体的白色LED的发光效率是原始蓝色LED的3到5倍，这是因为人眼对黄色比蓝色更敏感(在光度函数中建模)。由于制造简单，荧光粉法仍然是制造高强度白色led最流行的方法。使用含磷转换的单色发射器的光源或灯具的设计和生产比复杂的RGB系统更简单和便宜，目前市场上的大部分高强度白光led都是使用磷转换制造的。
提高基于led的白光光源的效率所面临的挑战之一是开发更高效的荧光粉。截至2010年，最有效的黄色荧光粉仍然是YAG荧光粉，其Stokes位移损失小于10%。由LED芯片和LED封装本身的再吸收引起的内部光损耗通常占另外10%到30%的效率损失。目前，在荧光粉LED的发展领域，许多努力都花在优化这些设备，以获得更高的光输出和更高的操作温度。例如，可以通过调整更好的封装设计或使用更合适的磷光体来提高效率。保形镀膜工艺常用于解决荧光粉厚度变化的问题。
一些磷基白色led封装在磷涂层环氧树脂内的蓝色led。或者，该LED可与远端荧光粉配对，这是涂有该荧光粉材料的预成型聚碳酸酯片。远程荧光粉提供更多的漫射光，这是许多应用的需要。远程荧光粉设计也更能容忍LED发射光谱的变化。常见的黄色磷光材料是掺铈的钇铝石榴石(Ce3+:YAG)。
白色led也可以通过在近紫外线(NUV) led上涂上一层能发出红色和蓝色的高效铕基荧光粉，加上能发出绿色的掺杂铜和铝的硫化锌(ZnS:Cu, Al)。这种方法类似于荧光灯的工作方式。这种方法的效率不如YAG:Ce荧光粉的蓝色led，因为Stokes位移更大，所以更多的能量被转换成热量，但产生的光具有更好的光谱特性，使颜色更好。由于紫外发光二极管的辐射输出比蓝色发光二极管高，因此两种方法的亮度相当。人们担心的是，紫外线可能会从故障光源处泄漏，对人的眼睛或皮肤造成伤害。
有机发光二极管（OLEDs）
在有机发光二极管(OLED)中，构成该二极管的发射层的电致发光材料是有机化合物。由于分子的全部或部分共轭导致pi电子离域，该有机材料具有导电性能，因此该材料具有有机半导体的功能。有机材料可以是晶体相的小有机分子，或聚合物。
oled的潜在优势包括薄、低成本、低驱动电压、宽视角、高对比度和色域。[108]聚合物led还具有可打印和柔性显示器的额外优点。[109][110][111] oled已被用于制造便携式电子设备的视觉显示，如手机、数码相机、照明和电视。
类型
led有不同的封装，适用于不同的应用。一个或几个LED接头可以封装在一个微型装置中，用作指示灯或指示灯。一个LED阵列可以包括控制电路在同一包，它可以从一个简单的电阻，闪烁或颜色变化控制，或一个可寻址控制器的RGB设备。大功率的白色发光装置将安装在散热器上，用于照明。字母数字显示在点阵或条格式是广泛可用的。特殊的封装允许led连接到光纤，用于高速数据通信链路。
led有各种形状和大小。塑料透镜的颜色通常与实际发出的光的颜色相同，但并不总是这样。例如，紫色塑料经常用于红外发光二极管，和大多数蓝色设备有无色的外壳。现代大功率led，如那些用于照明和背光通常发现在表面贴装技术(SMT)包(未显示)。
微型
这些主要是作为指示灯的单模led，它们有从2毫米到8毫米的各种尺寸，通孔和表面安装包。[112]典型的电流额定值范围在1 mA左右到20 mA以上。多个LED模具连接到一个柔性背带形成一个LED条灯。
常见的包形状包括带圆顶或平顶的圆形、带平顶的矩形(在条形图显示中使用)以及带平顶的三角形或正方形。封装也可以是清晰的或着色的，以提高对比度和观察角度。红外设备可能有一个黑色的色调，以阻挡可见光时，通过红外辐射。
超高输出led设计用于在阳光直射下观看
5v和12v led是普通的微型led，有一个串联电阻直接连接到5v或12v电源。
高功率
大功率led (HP-LEDs)或高输出led (HO-LEDs)的驱动电流从数百毫安到1安培以上，而其他led只有几十毫安。有些能发射超过一千流明。LED的功率密度达到了300w /cm2。由于过热是破坏性的，HP-LEDs必须安装在散热片上以允许散热。如果HP-LED的热量没有被移除，设备将在几秒钟内失效。一个HP-LED通常可以代替手电筒中的白炽灯，或者被设置成一个阵列来形成一个强大的LED灯。
在这一领域一些著名的HP-LEDs是Nichia 19系列，Lumileds Rebel Led，欧司朗Opto半导体金龙和Cree X-lamp。截至2009年9月，Cree公司生产的一些高亮led已经超过了105 lm/ w。
Haitz定律预测LED的光输出和效率随时间呈指数级增长，其中CREE hp - g系列LED在2009年达到了105 lm/W[115]，而2010年发布的Nichia 19系列LED的典型效率为140 lm/W[116]。
AC-driven
首尔半导体公司开发的led可以在交流电源下工作，而不需要直流转换器。在每个半周期中，LED的一部分发光，一部分变暗，在下一个半周期中，情况会相反。这种类型的HP-LED的效率通常为40 lm/W。大量串联的LED元件可以从线路电压直接工作。2009年，首尔半导体公司推出了一款名为“Acrich MJT”的高直流电压LED，它可以通过一个简单的控制电路由交流电源驱动。这些LED的低功耗使它们比原来的交流LED设计更加灵活。
应用
LED的用途可分为四大类:
视觉信号是指光线或多或少直接从光源进入人眼，以传达信息或意义
光线从物体中反射出来，对物体产生视觉反应的照明
不涉及人类视觉的过程的测量和交互[149]
窄带光传感器，其中led以反向偏置模式工作，对入射光作出响应，而不是发光[150][151][152][153]
指标和标志
led的低能耗、低维护和小尺寸使得它被用作各种设备和安装上的状态指示器和显示器。大面积LED显示器被用作体育场显示器、动态装饰显示器和高速公路上的动态信息标志。稀薄、轻量级的消息显示用于机场和火车站，并作为火车、公共汽车、有轨电车和渡船的目的地显示。
红色和绿色LED交通信号
单色灯非常适合交通灯和信号，出口标志，紧急车辆照明，船舶导航灯，和led为基础的圣诞灯
由于其寿命长、切换时间快、高输出和聚焦在光天化日下的可见度高，led已被用于汽车刹车灯和转向信号。刹车的使用提高了安全性，因为充分点亮所需的时间大大减少，或上升时间更快，大约比白炽灯快0.1秒[引用需要]。这给了后面的司机更多的反应时间。在双强度电路(后方标记和刹车)中，如果LED的脉冲频率不够快，他们可以创建一个幻影阵列，如果眼睛快速扫描阵列，就会看到LED的幽灵图像。白色LED大灯开始出现。使用led具有造型上的优势，因为led可以形成比带抛物面反射器的白炽灯更薄的灯。
由于低输出led相对便宜，它们也被用于许多临时用途，如荧光棒、抛光片和光子纺织品Lumalive。艺术家们也将LED用于LED艺术。
Lighting
随着高效大功率led的发展，led在照明和照明方面的应用已经成为可能。为了鼓励转向LED灯和其他高效照明，2008年美国能源部创建了L奖竞赛。2011年8月3日，经过18个月的密集现场、实验室和产品测试，飞利浦照明北美LED灯泡赢得了第一届比赛。[154]
高效照明是可持续建筑所需要的。截至2011年，一些LED灯泡的功率可达150 lm/W，即使是便宜的低端型号通常也会超过50 lm/W，因此6瓦LED可以达到与标准40瓦白炽灯相同的效果。led较低的热量输出也减少了对空调系统的需求。在世界范围内，led灯被迅速采用，取代了白炽灯和节能灯等效率较低的光源，并减少了电能消耗和相关的排放。太阳能led灯被用作路灯和建筑照明。
机械坚固性和长寿命用于汽车照明，摩托车和自行车灯。LED路灯被用于电线杆和停车场。2007年，意大利的Torraca村率先将其街道照明改为led。
最近的空中客车和波音飞机使用了LED照明。led也被用于机场和直升机场的照明。LED机场灯具目前包括中等强度的跑道灯、跑道中心线灯、滑行道中心线和边缘灯、引导标志和障碍物灯。
LED也被用作DLP投影仪的光源，用于液晶电视(称为LED电视)和笔记本电脑显示器的背光。RGB led可将色域提高45%。电视和电脑显示器的屏幕可以用led作背光来变薄。[156]
led体积小，耐用，耗电小，因此被用于手持式设备，如手电筒。LED闪光灯或照相机闪光灯在安全、低电压下工作，而不是通常在基于氙气闪光灯的照明中发现的250+伏特。这在移动电话的相机上特别有用，因为在这种情况下，空间非常宝贵，而且体积庞大的升压电路是不可取的。
led用于包括安全摄像头在内的夜视系统中的红外照明。围绕在摄像机周围的一圈发光二极管，朝向一个向后反射的背景，允许在视频制作中进行色度键控。
领导矿工，增加矿井内的能见度
洛杉矶文森特托马斯桥用蓝色led照明
led用于采矿作业，作为为矿工提供照明的头灯。研究人员已经改进了用于采矿的led，以减少眩光并增加光照，从而降低矿工受伤的风险。[157]
led在医疗和教育领域的应用越来越多，比如可以增强情绪。[158]美国宇航局甚至赞助了使用led来促进宇航员健康的研究。[159]
数据通信和其他信令
光可以用来传输数据和模拟信号。例如，照明白色led可用于系统中，帮助人们在封闭空间中导航，同时搜索必要的房间或物体。
许多剧院和类似空间的辅助听力设备使用红外led阵列将声音发送到听众的接收器。发光二极管(以及半导体激光器)被用来通过多种类型的光纤电缆发送数据，从数字音频电缆到形成互联网主干的高带宽光纤链路。有一段时间，电脑通常都配备了IrDA接口，这使它们能够通过红外线向附近的机器发送和接收数据。
因为led可以每秒循环数百万次，所以可以获得很高的数据带宽。
机器视觉系统
机器视觉系统通常需要明亮和均匀的照明，因此感兴趣的特征更容易处理。led经常被使用。
条码扫描器是机器视觉应用程序中最常见的例子，其中许多扫描器使用红色led代替激光。光学计算机鼠标使用led作为鼠标内部微型照相机的光源。
led对机器视觉很有用，因为它们提供了一种紧凑、可靠的光源。LED灯可以根据视觉系统的需要进行开关，产生的光束的形状可以根据系统的要求进行调整。
生物检测
美国陆军研究实验室(ARL)在氮化铝镓(AlGaN)合金中发现的辐射复合导致了将紫外光发射二极管(led)纳入用于生物试剂检测的光诱导荧光传感器的概念。[162][163][164] 2004年，埃奇伍德化学生物中心(ECBC)开始致力于创建一种名为TAC-BIO的生物探测器。该计划利用了美国国防高级研究计划局(DARPA)开发的半导体紫外光源(SUVOS)。
紫外诱导荧光是用于快速实时检测生物气溶胶的最可靠的技术之一。[164]最早的紫外传感器是激光，缺乏现场使用的实用性。为了解决这个问题，DARPA整合了SUVOS技术来制造一种低成本、小、轻、低功率的设备。taco - bio探测器的反应时间是在它感觉到生物制剂后的一分钟。还证明，该探测器可以在无人看管的室内和室外同时工作数周。
雾化的生物颗粒在紫外线照射下会发出荧光和散射光。观察到的荧光依赖于应用的波长和生物制剂内的生化荧光团。紫外诱导荧光技术为生物试剂检测提供了一种快速、准确、高效和切实可行的方法。这是因为使用UV荧光的试剂较少，或者不需要添加化学物质来产生反应，没有消耗品，或者不产生化学副产品。
此外，TAC-BIO可以可靠地区分威胁和非威胁气溶胶。据称，它的灵敏度足以检测到低浓度，但又不会敏感到导致误报。该设备中使用的粒子计数算法通过对荧光和散射检测器单位时间内的光子脉冲进行计数，并与设置的阈值进行比较，将原始数据转换为信息[165]。
最初的TAC-BIO是在2010年推出的，而第二代TAC-BIO GEN II是在2015年设计的，因为使用的是塑料部件，所以成本效率更高。它体积小、重量轻，可以安装在车辆、机器人和无人机上。第二代设备还可以作为环境探测器用于监测医院、飞机甚至家庭的空气质量，检测真菌和霉菌。[166][167]
其他
发光二极管发出的光可被快速调制，因此广泛应用于光纤和自由空间光学通信。这包括遥控器，例如经常使用红外发光二极管的电视机。光隔离器使用LED与光电二极管或光电晶体管相结合，在两个电路之间提供具有电气隔离的信号通路。这在医疗设备中特别有用，在这些设备中，与生物接触的低压传感器电路(通常是电池供电的)发出的信号必须与在潜在危险电压下运行的记录或监测设备中可能出现的电气故障电隔离。光隔离器还可以让信息在不共用地电势的电路之间传输。
许多传感器系统依靠光作为信号源。由于传感器的要求，led通常是理想的光源。任天堂Wii的感应条使用了红外线led。脉搏血氧计用它们来测量氧饱和度。一些平板扫描仪使用RGB led阵列而不是典型的冷阴极荧光灯作为光源。拥有独立控制的三种照明颜色允许扫描仪校准自己更准确的颜色平衡，而且不需要预热。此外，它的传感器只需要是单色的，因为在任何时候被扫描的页面只被一种颜色的光照射。
由于led也可以用作光电二极管，它们可以用于光电发射和检测。例如，这可以用在记录手指或触控笔反射光线的触摸屏上。[168]许多材料和生物系统对光敏感，或依赖于光。生长灯利用led提高植物的光合作用[169]，利用UV led杀菌可以从水和其他物质中去除细菌和病毒[89]。
深紫外发光二极管,光谱范围247 nm - 386 nm,其他应用程序,比如水/空气净化,表面消毒,环氧固化、空间nonline-of-sight沟通,高效液相色谱,紫外固化和印刷、光疗、医疗/分析仪器,和DNA吸收。[163][170]
led在电子电路中也被用作中等质量的电压基准。正向电压降(约1.7 V的红色LED或1.2V的红外线)可以用来代替一个齐纳二极管在低压稳压器。红色led在膝盖以上的I/V曲线最平坦。氮基led有一个相当陡峭的I/V曲线，在这个目的是没有用的。虽然LED正向电压比齐纳二极管更依赖电流，但击穿电压低于3v的齐纳二极管并不广泛使用。
低压照明技术(如LED和oled)的逐渐小型化，适合纳入低厚度的材料，促进了将光源和内墙覆盖表面以LED墙纸形式结合的实验。
