由於隨著LED的製造材料不同，產生出來的光子擁有的能量也不同，故業界透過製造材料來控制LED發光的波長，進而產生擁有不同光譜與顏色的各種LED。
全球第一顆LED採用的材料是砷(As) 化鎵(Ga)，工作電壓為1.424V，其發出的光線為紅外光譜。之後，業界發展出以磷(P)化鎵(Ga)作為LED的材料，工作電壓為2.261V，發出的光為綠光。業界早期就透過這2種型態LED所需的材料，調配出從紅外線到綠色光範圍內所有波長的LED產品，發展出常見的紅光LED、黃光LED、橙光LED等等，這3大類LED因為使用了鎵、砷、磷3種元素，故被稱為3元素LED，而藍光LED、綠光LED與紅外光LED則被稱為2元素LED。業界後來發展出採用混合鋁(Al)、鈣(Ca) 、銦(In)和氮(N)共4種元素的4元素LED，就能夠發出所有可見光範圍與部份紫外線光譜的光線。
在討論LED產品時，我們會注意的發光亮度有3種單位，分別是照度單位勒克司（Lux）、光量單位流明（Lumen；lm）、發光強度單位燭光（Candle power；CD），3種單位各自有適合使用的領域，但是在數值上是互通的。
1 CD表示完全輻射的物體，在白金凝固點溫度下，每六十分之一平方公分面積的發光強度。適合用在主動發光燈具領域，如白熱燈泡。
1 lm表示1 CD光照射在距離為1公分，面積為1平方公分平面上的光量。適合用在反射燈具與穿透燈具領域，如投影機。
1 Lux表示指1 Lm光量均勻分佈在1平方公尺面積上的照度。適合用在攝影領域。
一般而言，單一LED的發光強度以CD為單位，並配上視角參數，而LED的發光強度從各位數mCD到5,000mCD不等。廠商在標示LED單一產品時，其發光強度規格是說LED在20mA電流下點亮時，最佳視角上和中心位置上發光強度最大點的發光強度。
發光二極體，通常稱為LED。發光二極體只是一個微小的電燈泡。但不像常見的白熾燈泡，發光二極體沒有燈絲，而且又不會特別熱，它單單是由半導體材料裏的電子移動而使它發光。因為發光二極體沒有燈絲會燒壞，所以壽命就更長。並且發光二極體的小小塑性燈泡使得發光二極體更持久耐用，再加上LED可以更加容易適合現在的電子電路。傳統白熾燈的發光過程包含了產生大量熱量，這完全是浪費能源。發光二極體所發出的熱非常少，相對來說，越多電能直接發光就是越大程度上減少對電能的需求。
光是能量的一種形式，一種可以被原子釋放出來。是由許多有能量和動力但沒品質的微小粒子似的小捆組成的。這些粒子被叫做光子，是光的最基本單位。光子是因為電子移動才釋放出來。在原子中，電子在原子的四周圍以軌道形式移動。電子在不同的軌函數有著不同等的能量。通常來說，有著更大能量的電子以軌道移動遠離了核子。當電子從一個更低的軌道跳到一個更高的軌道，能量水準就增高，反過來，當從更高軌函數跌落到更低的軌函數裏時電子就會釋放能量。能量是以光子形式釋放出來的。更高能量下降釋放更高能量的光子，它的特點在於它的高頻率。
自由電子從P型層通過二極體落入空的電子空穴。這包含從傳導帶跌落到一個更低的軌函數，所以電子就是以光子形式釋放能量。這在任何二極體裏都會發生的，當二極體是由某種物質組成的時候，你只是可以看見光子。在標準矽二極體的原子，比如說，當電子跌落到相對短距離原子是以這樣的方式排列。結果，由於電子頻率這麼低的情況下人的眼睛是無法看得到的。
可見光LED，比如用在數位顯示式時鐘的，間隙的大小決定了光子的頻率，換句話說就是決定了光的色彩。當所有二極體都發出光時，大多數都不是很有效的。在普通二極體裏，半導體材料本身吸引大量的光能而結束。發光二極體是由一個塑性燈泡覆蓋集中燈光在一個特定方向。
半導體零件的價格在過去10年中已經大幅度地降低，相信未來發光二極體在更廣泛的應用下，是一個更划算的照明選擇。
LED是一種可以將電能轉化為光能的電子零件，並同時具備二極體的特性，也就是具備一正極一負極，LED最特別的地方在於只有從正極通電才是會發光，故一般給予直流電時，LED會穩定地發光，但如果接上交流電，LED會呈現閃爍的型態，閃亮的頻率依據輸入交流電的頻率而定。LED的發光原理是外加電壓，讓電子與電洞在半導體內結合後，將能量以光的形式釋放。目前全球產業所發展出的不同種類LED能夠發出從紅外線到藍之間不同波長的光線，而業界也有紫色～紫外線的LED，近年來LED最吸引人的發展是在藍光LED上塗上螢光粉，將藍光轉化成白光的白光LED產品。LED之所以被稱為世紀新光源，原因在於LED具備點光源與固態光源的特性，能夠節省能源、高耐震、壽命長、體積小響應快速、並且色彩飽和度高。
LED產品中，一項重要的規格數字就是色溫，這關係到LED燈光照明產品所顯示的顏色特性，一般的燈具也都有色溫的規格。色?高低計量單位是以KelvinScale，也就是以K為單位，一開始是凱氏於鋼鐵廠內觀察到溶解金屬開始至最高?度時，金屬發亮所呈現的顏色不同，而以數據單位記錄下來，後來就產生色溫的規格表。
一、色溫的定義：
以絕對溫度K來表示，即把標準黑體加熱，溫度升高到一定程度時該黑體顏色開始深紅-淺紅-橙黃-白-藍，逐漸改變，某光源與黑體的顏色相同時，我們把黑體當的絕對溫度稱為該光源的色溫。
二、不同光源環境下的色溫：
下面是一般常見照明燈具所採用的色溫
鹵素燈 3000k
鎢絲燈 2700k
高壓鈉燈 1950-2250k
蠟燭光 2000k
金屬鹵化物燈 4000-4600k
冷色營光燈 4000-5000k
高壓汞燈 3450-3750k
暖色螢光燈 2500-3000k
晴空 8000-8500k
陰天 6500-7500k
夏日正午陽光 5500k
下午日光 4000k
三、不同色溫下的光色：
1、低色溫：色溫在3300K以下，光色偏紅給以溫暖的感覺；有穩重的氣氛，溫暖的覺；當採用低色溫光源照射時，能使紅色更鮮豔。
2、中色溫：色溫在3000--6000K為中間，人在此色調下無特別明顯的視覺心理效，有爽快的感覺；所以稱為"中性"色溫。當採用中色溫光源照射時，使藍色具有
清涼感。
3、高色溫：色溫超過6000K，光色偏藍，給人以清冷的感覺，當採用高色溫光源照時，使物體有冷的感覺。
眾所周知，白光是由多種顏色混合而成的光，如二波長光(藍色光+黃色光)或三波長光(藍色光+綠色光+紅色光) 都可以混合出白色光。因為目前的白光LED開發基礎在於藍光技術，所以LED產生白光的方式主要有以下幾種：
1 .利用紅、綠、藍3種發光二極體調整其個別亮度來達到白光，一般來說，紅、綠、藍的亮度比應為3：6：1 ，或者只用紅、綠或藍、黃兩顆LED調整其個別亮度來發出白光，這樣的白光結構最大的缺點就是造價較高，不利於商品化發展。
2 . 要發出白光還可以用藍色InGaN的LED去激發黃色的螢光粉。這種白光的結構就是將藍光LED與YAG螢光物質放在一起，用藍光激發螢光物質，這樣它發出的光譜就是白光。在這方面日本LED大廠日亞化學公司（Nichia）擁有全球性的專利。
3.用紫外光Chip的LED去激發RGB（紅、綠、藍）螢光粉來產生白光。
綜合前面的三條依據，我們可以將白光LED進行如下詳細分類：
白光LED，可以分為二波長型和三波長型兩大類。其中二波長型又分為單晶粒（藍InGaN+YAG）（藍ZnSe+基板）和雙晶粒（藍InGaN+黃綠琥GaP）兩小類。
三波長型又分為單晶粒（紅藍綠光1 Chip LED）（紫外光Chip+紅藍綠螢光體）和多晶粒（紅藍綠光LED 3Chip組成）兩小類，都能達到讓LED發出白光的目的。
LED的光學效應我們今天以三原色原理來說明，白光通過棱鏡後被分解成多種顏色逐漸過渡的色譜，顏色依次為紅、橙、黃、綠、青、藍、紫，這就是可見光譜。其中人眼對紅、綠、藍最為敏感，人的眼睛就像一個三色接收器的體系，大多數的顏色可以通過紅、綠、藍三色按照不同的比例合成產生。同樣絕大多數單色光也可以分解成紅綠藍三種色光。
這是色度學的最基本原理，即三原色原理。三種原色是相互獨立的，任何一種原色都不能有其他兩種顏色合成。紅綠藍是三原色，這三種顏色合成的顏色範圍最為廣泛。紅綠藍三原色按照不同的比例相加合成混色稱為相加混色。三原色是這樣的三種顏色，它們相互獨立，其中任一色均不能由其他二色混合產生。
它們又是完備的，即所有其他顏色都可以由三原色按不同的比例組合而得到。
有兩種原色系統，一種是加色系統，其原色是紅、綠、藍；另一種是減色系統，其三原色是黃、青、紫（或品紅）。不同比例的三原色光相加得到彩色稱為相加混色。
其規律為：
紅＋綠＝黃
紅＋藍＝紫
藍＋綠＝青
紅＋藍＋綠＝白
彩色還可由混合各種比例的繪畫顏料或染料來配出，這就是相減混色。因為顏料能吸收入射光光譜中的某些成分，未吸收的部分被反射，從而形成了該顏料特有的彩色。當不同比例的顏料混合在一起的時候，它們吸收光譜的成分也隨之改變，從而得到不同的彩色。
其規律為：
黃＝白－藍
紫＝白－綠
青＝白－紅
黃＋紫＝白－藍－綠＝紅
黃＋青＝白－藍－紅＝綠
紫＋青＝白－綠－紅＝藍
黃＋紫＋青＝白－藍－綠－紅＝黑
相減混色主要用於美術、印刷、紡織等，我們討論的圖像系統用的是相加混色，注意個要將二者混淆。用以上的相加混色三原色所表示的顏色模式稱為RGB模式,而用相減混色三原色原理所表示的顏色模式稱為CMYK模式,它們廣泛運用於繪畫和印刷領域。RGB模式是繪圖軟體最常用的一種顏色模式，在這種模式下，處理圖像比較方便，而且，RGB存儲的圖像要比CMYK圖像要小，可以節省記憶體和空間。CMYK模式是一種顏料模式,所以它屬於印刷模式,但本質上與RGB模式沒有區別,只是產生顏色的方式不同。RGB為相加混色模式，CMYK為相減混色模式。
例如，顯示器採用RGB模式，就是因為顯示器是電子光束轟擊螢光屏上的螢光材料發出亮光從而產生顏色。當沒有光的時候為黑色，光線加到最大時為白色。而印表機呢？它的油墨不會自己發出光線。因而只有採用吸收特定光波而反射其他光的顏色，所以需要用減色法來解決。
根據人眼上述的彩色視覺特徵，就可以選擇三種原色，將它們按不同的比例組合而引起各種不同的彩色視覺。這就是三原色原理的主要內容。
LED的發光顏色和發光效率與製作LED的材料和製程有關，目前廣泛使用的有紅、綠、藍三種。由於LED工作電壓低（僅1.5-3V），能主動發光且有一定亮度，亮度又能用電壓（或電流）調節，本身又耐衝擊、抗振動、壽命長（10萬小時）。製造LED的材料不同，可以產生具有不同能量的光子，藉此可以控制LED所發出光的波長，也就是光譜或顏色。
史上第一個LED所使用的材料是砷(As)化鎵(Ga) ，其正向PN結壓降(VF，可以理解為點亮或工作電壓)為1.424V，發出的光線為紅外光譜。另一種常用的LED材料為磷(P)化鎵(Ga)，其正向PN結壓降為2.261V，發出的光線為綠光。
基於這兩種材料，早期 LED工業運用GaAs1-xPx材枓結構，理論上可以生產從紅外光一直到綠光範圍內任何波長的LED，下標X代表磷元素取代砷元素的百分比。一般通過 PN結壓降可以確定LED的波長顏色。其中典型的有GaAs0.6P0.4 的紅光LED，GaAs0.35P0.65的橙光LED，GaAs0.14P0.86的黃光 LED等。由於製造採用了鎵、砷、磷三種元素，所以俗稱這些LED為三元素發光管。
而GaN（氮化鎵）的藍光 LED 、GaP 的綠光 LED和GaAs紅外光LED，被稱為二元素發光管。而目前最新的製程是用混合鋁(Al)、鈣(Ca) 、銦(In)和氮(N)四種元素的AlGaInN 的四元素材料製造的四元素LED，可以涵蓋所有可見光以及部份紫外光的光譜範圍。
發光強度：發光強度的衡量單位有照度單位（勒克司Lux）、光通量單位（流明Lumen）、發光強度單位（燭光 Candle power） 1CD（燭光）指完全輻射的物體，在白金凝固點溫度下，每六十分之一平方公分面積的發光強度。（以前指直徑為2.2公分，品質為75.5克的鯨油燭，每小時燃燒7.78克，火焰高度為4.5公分，沿水準方向的發光強度） 1L（流明）指1 CD燭光照射在距離為1公分，面積為1平方公分的平面上的光通量。
1Lux （勒克司）指1L的光通量均勻地分佈在1平方公尺面積上的照度。一般主動發光體採用發光強度單位燭光 CD，如白熾燈、LED等；反射或穿透型的物體採用光通量單位流明L，如LCD投影機等；而照度單位勒克司Lux，一般用於攝影等領域。三種衡量單位在數值上是等效的，但需要從不同的角度去理解。比如：如果說一部LCD投影機的亮度（光通量）為1600流明，其投影到全反射螢幕的尺寸為60英寸（1平方公尺），則其照度為1600勒克司，假設其出光口距光源1公分，出光口面積為1平方公分，則出光口的發光強度為1600CD。而真正的LCD投影機由於光傳播的損耗、反射或透光膜的損耗和光線分佈不均勻，亮度將大打折扣，一般有50％的效率就很好了。
實際使用中，光強計算常常採用比較容易測繪的資料單位或變向使用。對於LED螢幕這種主動發光體一般採用CD／平方公尺作為發光強度單位，並配合觀察角度為輔助參數，其等效於屏體表面的照度單位勒克司；將此數值與屏體有效顯示面積相乘，得到整個屏體的在最佳視角上的發光強度，假設屏體中每個圖元的發光強度在相應空間內恒定，則此數值可被認為也是整個屏體的光通量。一般室外LED螢幕須達到4000CD／平方公尺以上的亮度才可在日光下有比較理想的顯示效果。普通室內LED，最大亮度在700～2000 CD／平方公尺左右。
單個LED的發光強度以CD為單位，同時配有視角參數，發光強度與LED的色彩沒有關係。單管的發光強度從幾個mCD到5000mCD不等。LED生產廠商所給出的發光強度指LED在20mA電流下點亮，最佳視角上及中心位置上發光強度最大的點。封裝LED時頂部透鏡的形狀和LED晶片距頂部透鏡的位置決定了LED視角和光強分佈。一般來說相同的LED視角越大，最大發光強度越小，但在整個立體半球面上累計的光通量不變。當多個LED較緊密規則排放，其發光球面相互疊加，導致整個發光平面發光強度分佈比較均勻。
在計算螢幕發光強度時，需根據LED視角和LED的排放密度，將廠商提供的最大點發光強度值乘以30％～90％不等，作為單管平均發光強度。一般LED的發光壽命很長，生產廠家一般都標明為100，000小時以上，實際還應注意 LED的亮度衰減週期，如大部分用於汽車尾燈的UR紅管點亮十幾至幾十小時後，亮度就只有原來的一半了。
亮度衰減週期與LED生產的材料製程有很大關係，一般在經濟條件許可的情況下應選用亮度衰減較緩慢的四元素LED。配色、白平衡：白色是紅綠藍三色按亮度比例混合而成，當光線中綠色的亮度為69%，紅色的亮度為21％，藍色的亮度為10％時，混色後人眼感覺到的是純白色。但LED紅綠藍三色的色品座標因製程過程等原因無法達到全色譜的效果，而控制原色包括有偏差的原色的亮度得到白色光，稱為配色。當為全彩色LED螢幕進行配色前，為了達到最佳亮度和最低的成本，應儘量選擇三原色發光強度成大致為3:6:1比例的LED器件組成圖素。
白平衡要求三種原色在相同的調灰值下合成的仍舊為純正的白色。原色、基色：原色指能合成各種顏色的基本顏色。色光中的原色為紅、綠、藍，下圖為光譜表，表中的三個頂點為理想的原色波長。如果原色有偏差，則可合成顏色的區域會減小，光譜表中的三角形會縮小，從視覺角度來看，色彩不僅會有偏差，豐富程度減少。
LED發出的紅、綠、藍光線根據其不同波長特性和大致分為紫紅、純紅、橙紅、橙、橙黃、黃、黃綠、純綠、翠綠、藍綠、純藍、藍紫等，橙紅、黃綠、藍紫色較純紅、純綠、純藍價格上便宜很多。三個原色中綠色最為重要，因為綠色佔據了白色中69％的亮度，且處於色彩橫向排列表的中心。因此在權衡顏色的純度和價格兩者之間的三基色組成方式，在三基色設計應用中通常是，通過調節設定LED電流來達到白平衡和最大的期望亮度值。
我們一般將最簡單、最優化的配色方式作為，設計全彩顯示技術的顏色再現方法。白平衡是檢驗顏色組成的重要標誌之一。三基色白光一般是紅綠藍三基色按亮度比例混合而成，當光線中綠色的亮度為69%，紅色的亮度為21%，藍色的亮度為10%時，混色後人眼感覺到的是純白色。早前的CRT電視機到現在的LCD液晶顯示都是這樣組成的。
隨著亮度增加和價格降低，白光LED在通用照明領域的市場潛力越來越大。白光LED在通用照明產業的使用，將對能源策略和環保策略產生積極的影響。具有發熱量低，發光壽命長( 5 萬小時以上)、不易破，極具耐震與耐衝擊性，可在較惡劣的情況下使用等特性。
白光LED基本上有兩種方式。一種是多晶片型，一種是單晶片型。前者是將紅綠藍三種LED封裝在一起，同時使其發光而產生白光，後者是把藍光或者紫光、紫外光的LED作為光源，在配合使用螢光粉發出白光。前者的方式，必須將各種LED的特性組合起來，驅動電路比較複雜，後者單晶片型的話，LED只有1種，電路設計比較容易。單晶片型進一步分成兩類，一類是發光源使用藍光LED，另一類是使用近紫外和紫外光。現在，市場上的白光LED大多數是藍光LED配合YAG螢光粉。另外，還有一種是藍光LED加上RG螢光粉的組合。
在過去，只有藍光LED使用GaN做為基板材料，但是現在從綠光領域到近紫外光領用的LED，也都開始使用GaN化合物作為材料了。並且伴隨著白光LED應用的擴大，市場對其效能的期待也逐漸增加。從單純的角度來看，高效率的追求一直都是被市場與業者所期待的。但是另一方面，演色性也將會是一個重要的性能指標，如果只是作為顯示用途的話，發光色為白色可能就已經足夠了，但是從照明的用途來說，為了達到更高效率，如何實現與自然光接近的顏色就顯得非常必要了。
亮度（BRIGHTNESS)通俗來說是光量的意思。單位為mcd 與CD的關係是1000mcd=1cd 其中cd是發光強度單位，意為「燭光」也稱「國際燭光」，其定義是:表面積60分之1平方公分面積的完全輻射物體，在加熱到鉑熔點(1668度)時的發光強度。與早期的LED發光二極管相比對，新型超高亮LED最顯著的特點是亮度提高了近百倍。早期LED的發光強度僅十几～几十mcd，而新型LED的發光強度最低也可達到1500mcd。知道了輝度與發光強度之間的關係，那高輝度LED就是指高發光量的LED，與普通LED相比其具有以下幾個特?：
1、順向電壓——順向電流
高輝度白光與紅光LED的VF-IF具備與一般二極管相同的特?，當順向電壓低於1.7伏特與2.8伏特以下時，幾乎沒有任何電流流動，不過一旦超過上述兩電壓，電流就開始流動，要使LED點燈的電壓各產品不同，一般需要1.7伏特~4伏特左右的電壓。
2、順向電流——相對光度
直流驅動時LED的亮度一直到該產品的設計值為止，通常與電流呈直線性比例，利用PWM脈衝驅動時，LED的亮度與Duty几乎呈直線性關係。
若IF=20mA亮度為1時，IF產生的相對光度，那么2倍的電流亮度不會變成2倍，主要原因是增加電流，LED本身具有自我發熱特?造成套件溫度上升，換句話說大部份的電能轉換成熱能，實際上使LED點亮的電流與施加的電流並不是呈現2倍的關係。
3、順向電流適應值
一般來說，大多數高輝度LED的適應順向電流與發光色無關都設定為20mA，雖然LED的規格書中并未明確記載，一般該值都被設定成可以充分配揮LED的效能與可靠性，也就是說規格書記載的項目，都釆用20mA點燈時的資料。同品種LED隨各LED差異， VF會有散亂分散現象，但這並非意味著該款LED是不良品或是瑕疵品。
一、解析常用發光強度衡量單位
發光體的發光強度的衡量單位有：
1. 照度單位：勒克斯（Lux）
2. 光通量單位：流明（Lumen）
3. 發光強度單位：燭光（Candle power）
這裏先說明一下1CD（燭光：坎德拉）：是指完全輻射的物體，在白金凝固點溫度下，每六十分之一平方釐米面積的發光強度。
再說明一下1Lux（勒克斯）：是指每平方米內所接收的光通量為1流明時的照度。照度與光度、距離間的關係是：E(照度)=I(光度)/r2(距離平方)
最後說明一下1L（流明）：指1 CD燭光照射在距離為1釐米，面積為1平方釐米的平面上的光通量。
二、LED發光強度單位釋疑
諸如LED、白熾燈一類的主動發光體採用燭光（CD）為發光強度單位。而反射或穿透型的物體採用流明（L）光通量單位。照度單位勒克司（Lux）則用於攝影等領域。這三種衡量單位在數值上是等效的，但需要從不同的角度去理解。比如LCD投影機的亮度（光通量）為1600流明，如果投影到尺寸為60英寸（1平方米）的全反射螢幕，那麼其照度為1600勒克司。再假設其出光口距光源1釐米，出光口面積為1平方釐米，那麼出光口的發光強度為1600CD。但是，事實上由於LCD投影機在光傳播的損耗、反射或透光膜的損耗等原因，其亮度一般能達到50％的效率就不錯了。以目前的應用經驗來說，室外LED顯示幕要想在日光下獲得比較理想的顯示效果須達到4000CD／平方米以上的亮度才行。普通室內LED，最大亮度在700～2000 CD／平方米左右即可。
最後需要說明的是LED生產廠商所給出的發光強度是指LED在20mA電流下點亮，最佳視角上及中心位置上發光強度最大的點。這樣，雖然單個LED的發光強度以CD為單位，但是其發光強度與LED的色彩沒有關係。一般來說單管發光強度範圍應該從幾mCD到5000mCD之間。
