图一显示的是LED的发光机理。发光二极管由P区、N区、和两者之间的势垒区组成，P区有多出的空穴，可当做带正电的单位粒子；N区有多出的电子，带负电；势垒区是P区的空穴和N区的电子相遇的地方，在未通电的情况下可以达到某种平衡。当在PN结两端注入正向电流时（即直流稳压电源的输入），注入的非平衡载流子（电子－空穴对）在扩散过程中复合发光。

图二显示发光二极管的发光原理同样可以用PN结的能带结构来解释。制作半导体发光二极管的材料是掺入了杂质的，热平衡状态下的N区有很多移动性很强的电子，P区有较多的移动性较弱的空穴。由于PN结阻挡层的限制，在常态下，二者不能发生自然复合。而当给PN结加以正向电压时，电子可以吸收qVbi的能量，成为高能态的电子，从而打破PN结的阻碍进入到P区一侧；空穴的运动过程相反。于是在PN结附近稍偏于P区一边的地方，处于高能态的电子与空穴相遇，辐射出的能量以光的形式表现出来，就是我们看到的LED 发出的光。图二