由於随著LED的制造材料不同，产生出来的光子拥有的能量也不同，故业界透过制造材料来控制LED发光的波长，进而产生拥有不同光谱与颜色的各种LED。
全球第一颗LED采用的材料是砷(As) 化镓(Ga)，工作电压为1.424V，其发出的光线为红外光谱。之后，业界发展出以磷(P)化镓(Ga)作为LED的材料，工作电压为2.261V，发出的光为绿光。业界早期就透过这2种型态LED所需的材料，调配出从红外线到绿色光范围内所有波长的LED产品，发展出常见的红光LED、黄光LED、橙光LED等等，这3大类LED因为使用了镓、砷、磷3种元素，故被称为3元素LED，而蓝光LED、绿光LED与红外光LED则被称为2元素LED。业界后来发展出采用混合铝(Al)、钙(Ca) 、铟(In)和氮(N)共4种元素的4元素LED，就能够发出所有可见光范围与部份紫外线光谱的光线。
在讨论LED产品时，我们会注意的发光亮度有3种单位，分别是照度单位勒克司（Lux）、光量单位流明（Lumen；lm）、发光强度单位烛光（Candle power；CD），3种单位各自有适合使用的领域，但是在数值上是互通的。
1 CD表示完全辐射的物体，在白金凝固点温度下，每六十分之一平方公分面积的发光强度。适合用在主动发光灯具领域，如白热灯泡。
1 lm表示1 CD光照射在距离为1公分，面积为1平方公分平面上的光量。适合用在反射灯具与穿透灯具领域，如投影机。
1 Lux表示指1 Lm光量均匀分布在1平方公尺面积上的照度。适合用在摄影领域。
一般而言，单一LED的发光强度以CD为单位，并配上视角参数，而LED的发光强度从各位数mCD到5,000mCD不等。厂商在标示LED单一产品时，其发光强度规格是说LED在20mA电流下点亮时，最佳视角上和中心位置上发光强度最大点的发光强度。
发光二极体，通常称为LED。发光二极体只是一个微小的电灯泡。但不像常见的白炽灯泡，发光二极体没有灯丝，而且又不会特别热，它单单是由半导体材料裏的电子移动而使它发光。因为发光二极体没有灯丝会烧坏，所以寿命就更长。并且发光二极体的小小塑性灯泡使得发光二极体更持久耐用，再加上LED可以更加容易适合现在的电子电路。传统白炽灯的发光过程包含了产生大量热量，这完全是浪费能源。发光二极体所发出的热非常少，相对来说，越多电能直接发光就是越大程度上减少对电能的需求。
光是能量的一种形式，一种可以被原子释放出来。是由许多有能量和动力但没品质的微小粒子似的小捆组成的。这些粒子被叫做光子，是光的最基本单位。光子是因为电子移动才释放出来。在原子中，电子在原子的四周围以轨道形式移动。电子在不同的轨函数有著不同等的能量。通常来说，有著更大能量的电子以轨道移动远离了核子。当电子从一个更低的轨道跳到一个更高的轨道，能量水准就增高，反过来，当从更高轨函数跌落到更低的轨函数裏时电子就会释放能量。能量是以光子形式释放出来的。更高能量下降释放更高能量的光子，它的特点在於它的高频率。
自由电子从P型层通过二极体落入空的电子空穴。这包含从传导带跌落到一个更低的轨函数，所以电子就是以光子形式释放能量。这在任何二极体裏都会发生的，当二极体是由某种物质组成的时候，你只是可以看见光子。在标准矽二极体的原子，比如说，当电子跌落到相对短距离原子是以这样的方式排列。结果，由於电子频率这么低的情况下人的眼睛是无法看得到的。
可见光LED，比如用在数位显示式时钟的，间隙的大小决定了光子的频率，换句话说就是决定了光的色彩。当所有二极体都发出光时，大多数都不是很有效的。在普通二极体裏，半导体材料本身吸引大量的光能而结束。发光二极体是由一个塑性灯泡覆盖集中灯光在一个特定方向。
半导体零件的价格在过去10年中已经大幅度地降低，相信未来发光二极体在更广泛的应用下，是一个更划算的照明选择。
LED是一种可以将电能转化为光能的电子零件，并同时具备二极体的特性，也就是具备一正极一负极，LED最特别的地方在於只有从正极通电才是会发光，故一般给予直流电时，LED会稳定地发光，但如果接上交流电，LED会呈现闪烁的型态，闪亮的频率依据输入交流电的频率而定。LED的发光原理是外加电压，让电子与电洞在半导体内结合后，将能量以光的形式释放。目前全球产业所发展出的不同种类LED能够发出从红外线到蓝之间不同波长的光线，而业界也有紫色～紫外线的LED，近年来LED最吸引人的发展是在蓝光LED上涂上萤光粉，将蓝光转化成白光的白光LED产品。LED之所以被称为世纪新光源，原因在於LED具备点光源与固态光源的特性，能够节省能源、高耐震、寿命长、体积小响应快速、并且色彩饱和度高。
LED产品中，一项重要的规格数字就是色温，这关系到LED灯光照明产品所显示的颜色特性，一般的灯具也都有色温的规格。色?高低计量单位是以KelvinScale，也就是以K为单位，一开始是凯氏於钢铁厂内观察到溶解金属开始至最高?度时，金属发亮所呈现的颜色不同，而以数据单位记录下来，后来就产生色温的规格表。
一、色温的定义：
以绝对温度K来表示，即把标准黑体加热，温度升高到一定程度时该黑体颜色开始深红-浅红-橙黄-白-蓝，逐渐改变，某光源与黑体的颜色相同时，我们把黑体当的绝对温度称为该光源的色温。
二、不同光源环境下的色温：
下面是一般常见照明灯具所采用的色温
卤素灯 3000k
钨丝灯 2700k
高压钠灯 1950-2250k
蜡烛光 2000k
金属卤化物灯 4000-4600k
冷色营光灯 4000-5000k
高压汞灯 3450-3750k
暖色萤光灯 2500-3000k
晴空 8000-8500k
阴天 6500-7500k
夏日正午阳光 5500k
下午日光 4000k
三、不同色温下的光色：
1、低色温：色温在3300K以下，光色偏红给以温暖的感觉；有稳重的气氛，温暖的觉；当采用低色温光源照射时，能使红色更鲜艳。
2、中色温：色温在3000--6000K为中间，人在此色调下无特别明显的视觉心理效，有爽快的感觉；所以称为"中性"色温。当采用中色温光源照射时，使蓝色具有
清凉感。
3、高色温：色温超过6000K，光色偏蓝，给人以清冷的感觉，当采用高色温光源照时，使物体有冷的感觉。
众所周知，白光是由多种颜色混合而成的光，如二波长光(蓝色光+黄色光)或三波长光(蓝色光+绿色光+红色光) 都可以混合出白色光。因为目前的白光LED开发基础在於蓝光技术，所以LED产生白光的方式主要有以下几种：
1 .利用红、绿、蓝3种发光二极体调整其个别亮度来达到白光，一般来说，红、绿、蓝的亮度比应为3：6：1 ，或者只用红、绿或蓝、黄两颗LED调整其个别亮度来发出白光，这样的白光结构最大的缺点就是造价较高，不利於商品化发展。
2 . 要发出白光还可以用蓝色InGaN的LED去激发黄色的萤光粉。这种白光的结构就是将蓝光LED与YAG萤光物质放在一起，用蓝光激发萤光物质，这样它发出的光谱就是白光。在这方面日本LED大厂日亚化学公司（Nichia）拥有全球性的专利。
3.用紫外光Chip的LED去激发RGB（红、绿、蓝）萤光粉来产生白光。
综合前面的三条依据，我们可以将白光LED进行如下详细分类：
白光LED，可以分为二波长型和三波长型两大类。其中二波长型又分为单晶粒（蓝InGaN+YAG）（蓝ZnSe+基板）和双晶粒（蓝InGaN+黄绿琥GaP）两小类。
三波长型又分为单晶粒（红蓝绿光1 Chip LED）（紫外光Chip+红蓝绿萤光体）和多晶粒（红蓝绿光LED 3Chip组成）两小类，都能达到让LED发出白光的目的。
LED的光学效应我们今天以三原色原理来说明，白光通过棱镜后被分解成多种颜色逐渐过渡的色谱，颜色依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，这就是可见光谱。其中人眼对红、绿、蓝最为敏感，人的眼睛就像一个三色接收器的体系，大多数的颜色可以通过红、绿、蓝三色按照不同的比例合成产生。同样绝大多数单色光也可以分解成红绿蓝三种色光。
这是色度学的最基本原理，即三原色原理。三种原色是相互独立的，任何一种原色都不能有其他两种颜色合成。红绿蓝是三原色，这三种颜色合成的颜色范围最为广泛。红绿蓝三原色按照不同的比例相加合成混色称为相加混色。三原色是这样的三种颜色，它们相互独立，其中任一色均不能由其他二色混合产生。
它们又是完备的，即所有其他颜色都可以由三原色按不同的比例组合而得到。
有两种原色系统，一种是加色系统，其原色是红、绿、蓝；另一种是减色系统，其三原色是黄、青、紫（或品红）。不同比例的三原色光相加得到彩色称为相加混色。
其规律为：
红＋绿＝黄
红＋蓝＝紫
蓝＋绿＝青
红＋蓝＋绿＝白
彩色还可由混合各种比例的绘画颜料或染料来配出，这就是相减混色。因为颜料能吸收入射光光谱中的某些成分，未吸收的部分被反射，从而形成了该颜料特有的彩色。当不同比例的颜料混合在一起的时候，它们吸收光谱的成分也随之改变，从而得到不同的彩色。
其规律为：
黄＝白－蓝
紫＝白－绿
青＝白－红
黄＋紫＝白－蓝－绿＝红
黄＋青＝白－蓝－红＝绿
紫＋青＝白－绿－红＝蓝
黄＋紫＋青＝白－蓝－绿－红＝黑
相减混色主要用於美术、印刷、纺织等，我们讨论的图像系统用的是相加混色，注意个要将二者混淆。用以上的相加混色三原色所表示的颜色模式称为RGB模式,而用相减混色三原色原理所表示的颜色模式称为CMYK模式,它们广泛运用於绘画和印刷领域。RGB模式是绘图软体最常用的一种颜色模式，在这种模式下，处理图像比较方便，而且，RGB存储的图像要比CMYK图像要小，可以节省记忆体和空间。CMYK模式是一种颜料模式,所以它属於印刷模式,但本质上与RGB模式没有区别,只是产生颜色的方式不同。RGB为相加混色模式，CMYK为相减混色模式。
例如，显示器采用RGB模式，就是因为显示器是电子光束轰击萤光屏上的萤光材料发出亮光从而产生颜色。当没有光的时候为黑色，光线加到最大时为白色。而印表机呢？它的油墨不会自己发出光线。因而只有采用吸收特定光波而反射其他光的颜色，所以需要用减色法来解决。
根据人眼上述的彩色视觉特徵，就可以选择三种原色，将它们按不同的比例组合而引起各种不同的彩色视觉。这就是三原色原理的主要内容。
LED的发光颜色和发光效率与制作LED的材料和制程有关，目前广泛使用的有红、绿、蓝三种。由於LED工作电压低（仅1.5-3V），能主动发光且有一定亮度，亮度又能用电压（或电流）调节，本身又耐冲击、抗振动、寿命长（10万小时）。制造LED的材料不同，可以产生具有不同能量的光子，藉此可以控制LED所发出光的波长，也就是光谱或颜色。
史上第一个LED所使用的材料是砷(As)化镓(Ga) ，其正向PN结压降(VF，可以理解为点亮或工作电压)为1.424V，发出的光线为红外光谱。另一种常用的LED材料为磷(P)化镓(Ga)，其正向PN结压降为2.261V，发出的光线为绿光。
基於这两种材料，早期 LED工业运用GaAs1-xPx材枓结构，理论上可以生产从红外光一直到绿光范围内任何波长的LED，下标X代表磷元素取代砷元素的百分比。一般通过 PN结压降可以确定LED的波长颜色。其中典型的有GaAs0.6P0.4 的红光LED，GaAs0.35P0.65的橙光LED，GaAs0.14P0.86的黄光 LED等。由於制造采用了镓、砷、磷三种元素，所以俗称这些LED为三元素发光管。
而GaN（氮化镓）的蓝光 LED 、GaP 的绿光 LED和GaAs红外光LED，被称为二元素发光管。而目前最新的制程是用混合铝(Al)、钙(Ca) 、铟(In)和氮(N)四种元素的AlGaInN 的四元素材料制造的四元素LED，可以涵盖所有可见光以及部份紫外光的光谱范围。
发光强度：发光强度的衡量单位有照度单位（勒克司Lux）、光通量单位（流明Lumen）、发光强度单位（烛光 Candle power） 1CD（烛光）指完全辐射的物体，在白金凝固点温度下，每六十分之一平方公分面积的发光强度。（以前指直径为2.2公分，品质为75.5克的鲸油烛，每小时燃烧7.78克，火焰高度为4.5公分，沿水准方向的发光强度） 1L（流明）指1 CD烛光照射在距离为1公分，面积为1平方公分的平面上的光通量。
1Lux （勒克司）指1L的光通量均匀地分布在1平方公尺面积上的照度。一般主动发光体采用发光强度单位烛光 CD，如白炽灯、LED等；反射或穿透型的物体采用光通量单位流明L，如LCD投影机等；而照度单位勒克司Lux，一般用於摄影等领域。三种衡量单位在数值上是等效的，但需要从不同的角度去理解。比如：如果说一部LCD投影机的亮度（光通量）为1600流明，其投影到全反射萤幕的尺寸为60英寸（1平方公尺），则其照度为1600勒克司，假设其出光口距光源1公分，出光口面积为1平方公分，则出光口的发光强度为1600CD。而真正的LCD投影机由於光传播的损耗、反射或透光膜的损耗和光线分布不均匀，亮度将大打折扣，一般有50％的效率就很好了。
实际使用中，光强计算常常采用比较容易测绘的资料单位或变向使用。对於LED萤幕这种主动发光体一般采用CD／平方公尺作为发光强度单位，并配合观察角度为辅助参数，其等效於屏体表面的照度单位勒克司；将此数值与屏体有效显示面积相乘，得到整个屏体的在最佳视角上的发光强度，假设屏体中每个图元的发光强度在相应空间内恒定，则此数值可被认为也是整个屏体的光通量。一般室外LED萤幕须达到4000CD／平方公尺以上的亮度才可在日光下有比较理想的显示效果。普通室内LED，最大亮度在700～2000 CD／平方公尺左右。
单个LED的发光强度以CD为单位，同时配有视角参数，发光强度与LED的色彩没有关系。单管的发光强度从几个mCD到5000mCD不等。LED生产厂商所给出的发光强度指LED在20mA电流下点亮，最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点。封装LED时顶部透镜的形状和LED晶片距顶部透镜的位置决定了LED视角和光强分布。一般来说相同的LED视角越大，最大发光强度越小，但在整个立体半球面上累计的光通量不变。当多个LED较紧密规则排放，其发光球面相互叠加，导致整个发光平面发光强度分布比较均匀。
在计算萤幕发光强度时，需根据LED视角和LED的排放密度，将厂商提供的最大点发光强度值乘以30％～90％不等，作为单管平均发光强度。一般LED的发光寿命很长，生产厂家一般都标明为100，000小时以上，实际还应注意 LED的亮度衰减周期，如大部分用於汽车尾灯的UR红管点亮十几至几十小时后，亮度就只有原来的一半了。
亮度衰减周期与LED生产的材料制程有很大关系，一般在经济条件许可的情况下应选用亮度衰减较缓慢的四元素LED。配色、白平衡：白色是红绿蓝三色按亮度比例混合而成，当光线中绿色的亮度为69%，红色的亮度为21％，蓝色的亮度为10％时，混色后人眼感觉到的是纯白色。但LED红绿蓝三色的色品座标因制程过程等原因无法达到全色谱的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，称为配色。当为全彩色LED萤幕进行配色前，为了达到最佳亮度和最低的成本，应尽量选择三原色发光强度成大致为3:6:1比例的LED器件组成图素。
白平衡要求三种原色在相同的调灰值下合成的仍旧为纯正的白色。原色、基色：原色指能合成各种颜色的基本颜色。色光中的原色为红、绿、蓝，下图为光谱表，表中的三个顶点为理想的原色波长。如果原色有偏差，则可合成颜色的区域会减小，光谱表中的三角形会缩小，从视觉角度来看，色彩不仅会有偏差，丰富程度减少。
LED发出的红、绿、蓝光线根据其不同波长特性和大致分为紫红、纯红、橙红、橙、橙黄、黄、黄绿、纯绿、翠绿、蓝绿、纯蓝、蓝紫等，橙红、黄绿、蓝紫色较纯红、纯绿、纯蓝价格上便宜很多。三个原色中绿色最为重要，因为绿色占据了白色中69％的亮度，且处於色彩横向排列表的中心。因此在权衡颜色的纯度和价格两者之间的三基色组成方式，在三基色设计应用中通常是，通过调节设定LED电流来达到白平衡和最大的期望亮度值。
我们一般将最简单、最优化的配色方式作为，设计全彩显示技术的颜色再现方法。白平衡是检验颜色组成的重要标志之一。三基色白光一般是红绿蓝三基色按亮度比例混合而成，当光线中绿色的亮度为69%，红色的亮度为21%，蓝色的亮度为10%时，混色后人眼感觉到的是纯白色。早前的CRT电视机到现在的LCD液晶显示都是这样组成的。
随著亮度增加和价格降低，白光LED在通用照明领域的市场潜力越来越大。白光LED在通用照明产业的使用，将对能源策略和环保策略产生积极的影响。具有发热量低，发光寿命长( 5 万小时以上)、不易破，极具耐震与耐冲击性，可在较恶劣的情况下使用等特性。
白光LED基本上有两种方式。一种是多晶片型，一种是单晶片型。前者是将红绿蓝三种LED封装在一起，同时使其发光而产生白光，后者是把蓝光或者紫光、紫外光的LED作为光源，在配合使用萤光粉发出白光。前者的方式，必须将各种LED的特性组合起来，驱动电路比较复杂，后者单晶片型的话，LED只有1种，电路设计比较容易。单晶片型进一步分成两类，一类是发光源使用蓝光LED，另一类是使用近紫外和紫外光。现在，市场上的白光LED大多数是蓝光LED配合YAG萤光粉。另外，还有一种是蓝光LED加上RG萤光粉的组合。
在过去，只有蓝光LED使用GaN做为基板材料，但是现在从绿光领域到近紫外光领用的LED，也都开始使用GaN化合物作为材料了。并且伴随著白光LED应用的扩大，市场对其效能的期待也逐渐增加。从单纯的角度来看，高效率的追求一直都是被市场与业者所期待的。但是另一方面，演色性也将会是一个重要的性能指标，如果只是作为显示用途的话，发光色为白色可能就已经足够了，但是从照明的用途来说，为了达到更高效率，如何实现与自然光接近的颜色就显得非常必要了。
亮度（BRIGHTNESS)通俗来说是光量的意思。单位为mcd 与CD的关系是1000mcd=1cd 其中cd是发光强度单位，意为「烛光」也称「国际烛光」，其定义是:表面积60分之1平方公分面积的完全辐射物体，在加热到铂熔点(1668度)时的发光强度。与早期的LED发光二极管相比对，新型超高亮LED最显著的特点是亮度提高了近百倍。早期LED的发光强度仅十几～几十mcd，而新型LED的发光强度最低也可达到1500mcd。知道了辉度与发光强度之间的关系，那高辉度LED就是指高发光量的LED，与普通LED相比其具有以下几个特?：
1、顺向电压——顺向电流
高辉度白光与红光LED的VF-IF具备与一般二极管相同的特?，当顺向电压低於1.7伏特与2.8伏特以下时，几乎没有任何电流流动，不过一旦超过上述两电压，电流就开始流动，要使LED点灯的电压各产品不同，一般需要1.7伏特~4伏特左右的电压。
2、顺向电流——相对光度
直流驱动时LED的亮度一直到该产品的设计值为止，通常与电流呈直线性比例，利用PWM脉冲驱动时，LED的亮度与Duty几乎呈直线性关系。
若IF=20mA亮度为1时，IF产生的相对光度，那么2倍的电流亮度不会变成2倍，主要原因是增加电流，LED本身具有自我发热特?造成套件温度上升，换句话说大部份的电能转换成热能，实际上使LED点亮的电流与施加的电流并不是呈现2倍的关系。
3、顺向电流适应值
一般来说，大多数高辉度LED的适应顺向电流与发光色无关都设定为20mA，虽然LED的规格书中并未明确记载，一般该值都被设定成可以充分配挥LED的效能与可靠性，也就是说规格书记载的项目，都采用20mA点灯时的资料。同品种LED随各LED差异， VF会有散乱分散现象，但这并非意味著该款LED是不良品或是瑕疵品。
一、解析常用发光强度衡量单位
发光体的发光强度的衡量单位有：
1. 照度单位：勒克斯（Lux）
2. 光通量单位：流明（Lumen）
3. 发光强度单位：烛光（Candle power）
这裏先说明一下1CD（烛光：坎德拉）：是指完全辐射的物体，在白金凝固点温度下，每六十分之一平方厘米面积的发光强度。
再说明一下1Lux（勒克斯）：是指每平方米内所接收的光通量为1流明时的照度。照度与光度、距离间的关系是：E(照度)=I(光度)/r2(距离平方)
最后说明一下1L（流明）：指1 CD烛光照射在距离为1厘米，面积为1平方厘米的平面上的光通量。
二、LED发光强度单位释疑
诸如LED、白炽灯一类的主动发光体采用烛光（CD）为发光强度单位。而反射或穿透型的物体采用流明（L）光通量单位。照度单位勒克司（Lux）则用於摄影等领域。这三种衡量单位在数值上是等效的，但需要从不同的角度去理解。比如LCD投影机的亮度（光通量）为1600流明，如果投影到尺寸为60英寸（1平方米）的全反射萤幕，那么其照度为1600勒克司。再假设其出光口距光源1厘米，出光口面积为1平方厘米，那么出光口的发光强度为1600CD。但是，事实上由於LCD投影机在光传播的损耗、反射或透光膜的损耗等原因，其亮度一般能达到50％的效率就不错了。以目前的应用经验来说，室外LED显示幕要想在日光下获得比较理想的显示效果须达到4000CD／平方米以上的亮度才行。普通室内LED，最大亮度在700～2000 CD／平方米左右即可。
最后需要说明的是LED生产厂商所给出的发光强度是指LED在20mA电流下点亮，最佳视角上及中心位置上发光强度最大的点。这样，虽然单个LED的发光强度以CD为单位，但是其发光强度与LED的色彩没有关系。一般来说单管发光强度范围应该从几mCD到5000mCD之间。
