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가시광 LED는 다양한 전자장치에서 사용된다.

이들 전자장치에는 자동차 뒷유리의 램프와 브레이크 램프 같은 지시 램프, 그리고 영문자·숫자의 디스플레이뿐만 아니라 총천연색 포스터로서의 전광판과 안내판 등이 있다. 적외선 LED는 자동 초점 카메라와 텔레비전의 원격제어에 이용되며, 광섬유 통신 시스템에서 광원으로 쓰인다.

기존의 전구는 전류를 흘려 가느다란 필라멘트를 가열시킴으로써 빛을 발생시키는 현상인 백열광을 통해 빛을 낸다.

즉 가열된 필라멘트가 빛의 기초 에너지 패킷인 광자를 방출하도록 하는 것이다. LED는 전기장 발광의 원리로 작동된다. 이 전기장 발광은 광자의 방출이 어떤 물질을 전기적으로 자극하여 초래되는 현상이다. 비록 알루미늄-갈륨-비소나 알루미늄-갈륨-인듐-인화물과 같은 기초 화합물의 다양한 변형들이 있기는 하지만, LED에서 가장 일반적으로 사용되는 물질은 비소화갈륨이다. 이러한 화합물들은 소위 III-V족 반도체로 불리는 물질들이다.

즉 원소 주기율표에서 세로열 3열과 5열에 있는 원소들로 만들어진다. 정밀하게 합성된 반도체를 다양화하여 방출되는 빛의 파장, 즉 빛의 색깔을 변화시킬 수 있다. 일반적으로 LED의 발광은 0.4~0.7㎛의 파장을 가진 스펙트럼의 가시영역과 0.7~2.0㎛ 파장 사이에 있는 근적외선 영역에서 일어난다. LED로부터 관찰되는 빛의 밝기는 LED에 의해 방출되는 힘과 방출된 파장에서의 눈의 상대적 민감도에 따라 달라진다. 최대 민감도는 0.555㎛에서 발생하는데, 그것은 황색과 녹색 영역이다. 대부분의 LED에 적용되는 전압은 2.0볼트 영역으로 상당히 낮고, 전류는 몇 밀리암페어부터 수백 밀리암페어까지 그 적용과 범위에 따라 다르다.

다이오드라는 용어는 발광 장치의 2개의 동일한 단자 구조와 관련이 있다.

예를 들어 손전등에서 가늘고 길다란 필라멘트는 2개의 단자를 통해 배터리와 연결된다. 하나는 음극이고 다른 하나는 양극이다. 트랜지스터와 같은 다른 반도체 장치에서처럼, LED에서의 단자는 2개의 반도체 물질이다. 실질적으로 다른 화합물이면서 다른 전기적 특징을 갖는 이 반도체 물질들은 결합하여 결합점을 형성한다. 하나의 물질(음극 또는 n형 반도체)에서 전하 운반자는 전자이다. 그리고 다른 하나(양극 또는 p형 반도체)에서 전하 운반자는 전자가 없는 빈 공간에 의해 만들어지는 양공(陽孔 : 정공 혹은 홀이라고도 함)이다.

예를 들어 LED가 켜질 때 배터리로 공급되는 전자장의 영향 아래서, 전류가 형성되어 p-n 결합점을 가로질러 흐른다. 이때 그 물질이 발광하도록 전자적 자극을 제공한다.

일반적인 LED 구조에서 투명한 에폭시 수지 돔은 몇 가지 역할을 한다. 리드 프레임(lead frame)을 지지하는 부분 구조로서의 역할과 발생된 빛을 모아주는 렌즈로서의 역할, 그리고 LED 칩에서 더 많은 빛이 나갈 수 있도록 해주는 굴절률 매치 역할을 한다. 전형적으로 LED 칩은 규격이 250×250×250㎛이며, 리드 프레임 안에 만들어진 반사 컵 위에 장착된다.

p-n-type GaP:N 층은 갈륨 인화물에 질소 원자가 관여하여 녹색의 빛을 낸다. p-n-type GaAsP:N 층은 비소화 갈륨 인화물에 질소를 추가하여 오렌지색과 노란색의 빛을 낸다. p-type GaP:Zn,O 층은 인화 갈륨에 아연과 산소가 관여하여 적색의 빛을 낸다. 1990년대에 더 한층 발전된 2가지 형태의 LED가 개발되었다. 하나는 알루미늄 갈륨 인듐 인화물을 기초로 하여 고효율의 녹색에서 적오렌지색까지 빛을 내는 LED이다. 그리고 다른 하나는 실리콘 카바이드나 갈륨 질화물을 기초로 하여 푸른 빛을 내는 LED이다.

푸른 빛을 내는 LED는 다른 LED들과 결합하여 흰색을 포함한 모든 색을 낼 수 있다. 이것은 총천연색 동적 디스플레이에 이용된다.

모든 LED는 100m 미만의 거리에서 사용되는 단거리 광섬유 전송 시스템에서 광원으로 이용될 수 있다. 하지만 장거리 광섬유 전송 시스템에서의 광원의 방출 속성은 광섬유의 전송 속성을 고려하여 그에 부합되도록 선택된다. 그래서 이 경우 적외선 LED가 가시광 LED보다 더 적합하다.

유리 광섬유는 1.3과 1.55㎛ 파장의 적외선 영역에서 가장 낮은 전송 손실을 보인다. 이러한 전송 속성들에 부합하기 위해서 LED는 인듐 인화물의 기질 위에 갈륨 인듐 비화 인화물로 만들어진다. 그 물질의 정확한 합성은 정확히 1.3 또는 1.55㎛에서 빛 에너지가 방출되도록 조절하는 것을 가능하게 한다.