發光二極管（Light Emitting Diode，簡稱 LED）是一種將電能轉化為光能的半導體器件。它利用半導體材料的特性，在 P 型半導體和 N 型半導體之間形成 PN 結，當電流通過 PN 結時，便會發出可見光。
一、發光二極管的結構和原理
（一）PN 結的形成
PN 結是發光二極管的核心結構，由 P 型半導體和 N 型半導體材料構成。P 型半導體富含空穴（正電荷載流子），N 型半導體富含電子（負電荷載流子）。將 P 型和 N 型半導體接觸，由于載流子濃度差異，電子和空穴相互擴散，在接觸面附近形成電場，這個區域即為 PN 結。
（二）能帶結構與發光原理
在半導體材料中，電子處于特定能級。價帶是電子參與化學鍵合的能級，導帶是電子獲得足夠能量后躍遷至的高能級。當電子從價帶獲得能量躍遷到導帶，再從導帶回落到價帶時，會釋放出能量，以光子形式釋放，從而產生光。在 PN 結中，電子和空穴復合時，能量以光子形式釋放，實現電能到光能的轉化。
（三）注入電流
為了使 LED 發光，需在 PN 結上施加電流，即注入電流。在正向偏置電壓下，電子從 N 型半導體流向 P 型半導體，空穴從 P 型半導體流向 N 型半導體。電子和空穴在 PN 結附近復合，產生光子。注入電流的大小直接影響 LED 的發光強度。
二、連接發光二極管
（一）并聯連接
并聯連接是將多個 LED 的陽極（長腳）連接在一起，陰極（短腳）連接在一起，然后接入電源。在這種連接方式下，所有 LED 同時導通，電流在各 LED 之間分流。并聯連接適用于需要多個 LED 同時發光的場合，如照明燈具，可提供較高的亮度。
（二）串聯連接
串聯連接是將多個 LED 依次首尾相連，形成閉合回路。電流在回路中依次通過每個 LED。在串聯連接中，每個 LED 的電流相同，但電壓在各 LED 之間分配。串聯連接適用于需要逐個點亮 LED 的場合，如數碼管顯示，可實現不同的顯示效果。
三、發光二極管的亮度控制
LED 的亮度與注入電流成正比。增大注入電流，LED 亮度增加；減小注入電流，亮度降低。然而，LED 的亮度與電流關系存在飽和點，當電流超過一定值時，亮度提升不再顯著。因此，在控制 LED 亮度時，需考慮其飽和特性，避免過度注入電流導致亮度浪費和器件損耗。
四、發光二極管的應用領域
隨著半導體技術的發展，LED 憑借節能、長壽命、響應速度快等優勢，逐漸取代傳統白熾燈和熒光燈，廣泛應用于照明、汽車、電子產品、通信、戶外廣告、攝影等領域。在照明領域，LED 照明燈具提供高效、節能的照明解決方案；在汽車領域，LED 車燈具備高亮度、長壽命和快速響應特點；在電子產品中，LED 用于顯示屏和指示燈；在通信領域，LED 作為光信號源；在戶外廣告和攝影領域，LED 提供高亮度、高對比度的顯示和照明效果。
綜上所述，發光二極管（LED）作為一種將電能轉化為光能的半導體器件，通過 PN 結和注入電流實現發光。其連接方式多樣，亮度可控，且在眾多領域得到廣泛應用，展現出良好的發展前景。
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