材料科学与进展解析
材料科学与工程学科的发展历程和趋势
材料科学与工程学科发展历程和趋势摘要：本文结合国内几所高校材料学科的具体实例，综述了材料科学与工程学科的国内外发展的历史进程，讨论了材料科学与工程学科的发展趋势，同时展望了材料科学与工程学科在未来的发展前景。
关键词：材料科学与工程，发展历程，趋势AbstractIn this paper,on the basis of practice of materials science and engineering discipline in several domestic universities, the development process of materials science and engineering at home and abroad were reviewed, and the development trend of this discipline were discussed. Meanwhile, the prospect of this subject in the future were prospected.Keywords:materials science and engineering,development process,trend1 引言上个世纪70年代以来，人们把信息、材料和能源作为社会文明的支柱。
80年代又把新材料、信息技术和生物技术并列为新技术革命的重要标志。
随着科学技术的高速发展，新技术、新产品及新工艺对新材料的要求越来越强烈，也促进了当代材料科学技术的飞速发展。
现在，材料学科及教育的重要性已被人们认识，国内外许多工科院校及综合性大学都相继成立了材料科学与工程学院（系）。
2 材料科学与工程学科发展历程“材料科学”这个名词在20世纪60年代由美国学者首先提出。
1957年，苏联人造地球卫星发射成功之后，美国政府及科技界为之震惊，并认识到先进材料对于高技术发展的重要性，于是一些大学相继成立了十余个材料科学研究中心，从此，“材料科学”这一名词开始被人们广泛使用。
材料科学领域的发展现状与未来趋势分析
材料科学领域的发展现状与未来趋势分析近年来，材料科学领域取得了长足的发展，不仅为各个行业的技术创新提供了重要支撑，也为社会经济的发展带来了巨大的贡献。
本文将就材料科学领域的发展现状和未来趋势进行分析，以期揭示该领域的潜力和前景。
首先，我们来看一下材料科学领域当前的发展现状。
目前，材料科学领域正处于一个蓬勃发展的时期，各种新型材料不断涌现。
例如，碳纳米管、石墨烯等二维材料的发展，使得电子器件的性能得到了极大的提升。
此外，生物可降解材料和功能性材料的研究也取得了突破，应用领域不断拓展。
其次，我们来探讨一下材料科学领域未来的发展趋势。
首先，材料设计将会成为一个重要的研究方向。
通过精确设计材料的结构和组成，可以优化材料的性能，并实现对特定功能的精确控制。
其次，材料的多功能性将会成为未来的发展方向。
将多个功能集成到一个材料中，可以实现更高级别的性能，如自修复、传感和能量存储等。
此外，可持续发展也是未来的一个重要趋势。
人们越来越意识到资源的有限性和环境的脆弱性，所以对可持续和绿色材料的需求将日益增加。
在材料科学领域的发展中，全球合作将成为一个重要的推动力。
不同国家和地区拥有不同的资源和科研实力，在科研成果和技术转化方面可以形成互补合作的局面。
此外，新兴技术的出现也将推动材料科学的发展。
例如，人工智能和机器学习等技术可以加速新材料的发现和开发过程，大大提高效率和成功率。
然而，材料科学领域的发展依然面临着一些挑战。
首先，材料研发的周期相对较长，研究结果的验证和应用前景的评估需要耗费大量的时间和资源。
其次，材料科学的研究需要跨学科的合作，涉及多个领域的基础和应用研究。
因此，如何促进不同学科之间的合作将是一个亟待解决的问题。
为了应对这些挑战，我们需要加强材料科学领域的人才培养和基础设施建设。
培养一支高素质、跨学科的科研团队，将会为材料科学的发展提供极大的支持。
同时，加强实验室和科研设施的建设，为科学家们提供先进的仪器设备，也是保证研究质量和效率的关键。
材料科学的发展趋势
材料科学的发展趋势材料科学作为一门交叉学科，涉及材料的结构、性能、制备和应用等多个方面，并在各个领域中扮演着重要的角色。
随着科技的不断进步和社会的快速发展，材料科学也在不断地演进和创新。
本文将对材料科学的发展趋势进行探讨，并对未来的发展做出一些预测。
1. 新材料的广泛应用随着技术水平的提高和行业需求的变化，新材料将成为未来科技发展的关键驱动力之一。
从新型金属材料到高性能聚合物，从纳米材料到生物材料，不断涌现出具有特殊功能和优异性能的新型材料。
这些新材料不仅可以解决传统材料存在的问题，还可以满足新兴行业对高性能材料的需求。
例如，轻量化材料在汽车工业中的应用，可降低燃油消耗和碳排放量；有机电子材料在电子设备中的应用，可实现曲面显示和柔性电路等创新技术。
2. 智能化和功能化材料随着智能技术的迅速发展，智能化和功能化材料将成为未来材料科学研究的重要方向。
智能化材料指的是具有自感知、自诊断、自修复等智能功能的新型材料，可以根据外界环境变化做出相应的改变。
功能化材料则是通过调控其结构和组成，使其具备特定的物理、化学和生物活性，并能实现特定功能。
这些智能化和功能化材料将广泛应用于传感器、柔性电子、人工智能等领域，并推动相关产业的快速发展。
3. 可持续发展与绿色制造在全球环境问题日益严峻的背景下，可持续发展已经成为各个领域的关注焦点。
在材料科学领域，可持续发展主要包括两个方面：绿色制造和循环利用。
绿色制造强调低碳、节能、环保和资源有效利用等原则，在生产工艺和产品设计中尽量减少对环境的影响。
循环利用则是指通过回收再利用废弃物或者开发可再生资源，减少资源消耗和环境污染。
未来，绿色制造和循环利用将逐渐渗透到各个行业中，并成为产业转型升级和可持续发展的重要支撑。
4. 数字化设计与仿真模拟数字化设计与仿真模拟技术是近年来兴起的一种全新设计方法。
通过建立数值模型和仿真算法，可以实现对材料结构、性能和工艺过程的数字化描述、分析和优化。
材料科学的历史与发展趋势
材料科学的历史与发展趋势材料科学作为一门综合性的学科，涉及到各种物质的性质、结构以及应用。
它的发展历史可以追溯到人类开始使用工具的时代，而如今，材料科学已经成为现代科技发展的支柱之一。
本文将回顾材料科学的历史，并展望其未来的发展趋势。
材料科学的历史可以追溯到古代人类的生活需求。
人类早期使用的工具主要是利用天然材料制成的，如石头、木材和兽皮等。
然而，随着冶金技术的发展，人类开始了对金属的探索和利用。
青铜时代的到来标志着金属材料的应用，这使得人类的工具更加坚固和耐用。
此后，人类进一步探索了其他金属和材料，如铁、钢等，从而推动了社会的进步和发展。
在18世纪和19世纪，科学技术的迅速发展催生了工业革命，也为材料科学的进一步研究提供了契机。
光学显微镜的发明使得科学家们开始研究材料的微观结构和组织，从而开启了材料科学领域的新篇章。
通过对材料的结构与性能关系的探究，科学家们能够设计和开发出更好的材料，满足工业和社会的需求。
随着20世纪科学技术的飞速发展，材料科学进入了一个新的时代。
新材料的发现和应用逐渐改变了人们的生活。
在20世纪初期，发现了诸如塑料和合金等新材料，它们具备了独特的性能和应用。
而在20世纪后半叶，纳米材料的研究和应用成为热点。
纳米材料具有较大的比表面积和尺寸效应，表现出与传统材料不同的物理和化学特性。
纳米材料的研究在电子、光学、医疗等领域有着重要的应用，为科技进步提供了新的可能性。
未来，材料科学的发展趋势可以从以下几个方面来预测。
首先，随着科学技术的不断突破，新材料的研究将更加注重可持续性和环保性。
传统材料的生产和使用往往对环境造成不可逆的损害，因此，探索更加环保和可持续的材料成为材料科学的重要方向之一。
其次，功能性材料的研究将得到进一步发展。
功能性材料是一类能够改变其物理、化学或生物性能的材料，如智能材料、超导材料等。
这些材料在医疗、能源、传感器等领域具有广泛的应用前景，将为人类社会带来更多的便利和创新。
材料科学的现状和发展趋势
材料科学的现状和发展趋势材料科学是一个交叉学科，涉及物理学、化学、工程学等多个领域，具有广泛的应用价值。
随着科技的不断进步，材料科学也在不断发展，以下将就材料科学的现状和发展趋势展开论述。
一、材料科学的现状材料科学作为一个交叉学科，涉及到的材料种类非常广泛，例如金属材料、高分子材料、复合材料、生物材料等。
近年来，随着信息技术、新材料、生物医药等领域的不断发展，对材料的需求越来越高，更高性能的材料正在被研究与发展之中。
材料科学的研究内容主要包括材料的结构、性能、制备、加工及应用等方面。
其中，结构研究是材料科学的基础，可以揭示材料的物理、化学、力学性质及其与加工、应用的关系。
而性能研究则是材料应用的直接体现，包括力学性能、热学性能、光学性能、电学性能等。
材料的制备和加工则是实现性能要求的基础，决定了材料的组织形态和微观结构。
而应用则是研究如何将材料应用在实际生产中，不断提高材料的使用范围和性能。
近年来，材料科学的研究重点主要集中在新材料与材料组合、先进材料制备和加工技术、绿色化材料、微纳米材料和智能材料等方面。
例如，高分子材料、复合材料的应用领域越来越广，已经成为了替代金属材料的主流材料；同时，金属材料的微观结构设计与调控也越来越受到重视。
此外，智能材料则是近年来材料研究的热点之一，该类材料可以根据外部环境的变化自动调整形态和性能，广泛应用于航天、医药及智能机器人等领域中。
二、材料科学的发展趋势材料科学是一个不断进步的学科，随着新技术的涌现，材料科学的研究领域也在不断扩展和深化。
下面将展示当前材料科学发展的趋势及未来的研究重点。
1. 结构材料的优化设计结构材料一直是材料科学研究的重点之一，而如何通过结构设计优化力学性能、化学性能等指标已经成为当前研究的主流。
其中，三维打印、纳米技术、材料计算等技术的发展为结构材料优化设计提供了强大的支撑。
同时，材料的多级组合也是优化设计的重要手段。
2. 先进材料制备和加工技术的研究材料制备和加工技术是材料科学研究的另一重要方向。
材料科学与技术学科的发展现状与趋势
材料科学与技术学科的发展现状与趋势一、发展现状材料科学与技术是一门研究物质的结构、性能、制备和应用等相关科学与技术的学科。
它涉及到诸多领域，如材料物理、材料化学、材料工程等。
材料科学与技术的发展已经取得了显著的成就，并且在多个重要领域发挥着重要作用。
首先，在能源领域，材料科学与技术的发展已经做出了重要贡献。
新能源材料的研究与开发，使得太阳能电池、锂离子电池等高效、环保的能源设备得以广泛应用。
此外，材料的节能性能也成为研究的热点，通过提高材料的热传导系数和耐高温性能，提高了能源利用效率。
其次，在信息领域，材料科学与技术为微电子、光电子、传感器等技术的发展提供了有力支撑。
例如，材料的先进制备技术和控制能力的提高，使得电子元件的尺寸逐渐减小并且性能得到大幅提升。
同时，材料的光学、电磁和热学性质的研究也促进了信息存储、通信等领域的发展。
另外，在医疗领域，材料科学与技术的应用也日益广泛。
生物材料的发展，使得人工关节、骨修复材料等得以快速发展，提高了医疗技术水平，改善了患者的生活质量。
此外，材料的生物相容性的研究，也为人体组织工程和再生医学的发展提供了重要支持。
二、发展趋势随着科学技术的不断进步，材料科学与技术的发展也将朝着以下几个方面发展。
首先，材料的多功能化发展是一个重要的趋势。
传统材料的单一功能已经无法满足日益复杂的工程需求，因此需要开发出具备多种功能的新型材料。
例如，在能源领域，研究人员致力于开发出既具有高储能密度又具有高导电性能的材料。
这样的多功能材料将为各个领域的工程应用提供更大的发展空间。
其次，材料的智能化发展也是一个重要趋势。
智能材料能够根据外界环境的改变自主地调节其力学、光学等性能，具有重要的应用价值。
例如，智能液晶材料可以根据光线的强弱自动调节透过率，用于调节窗户和汽车玻璃的透光性。
这样的智能材料可以提高生活质量，并且为人们提供更多的便利。
最后，可持续材料的发展将成为未来的发展趋势。
随着资源的日益紧缺和环境问题的日益突出，可持续发展成为了各个领域的共同关注点。
材料学中的新材料研究与发展趋势
材料学中的新材料研究与发展趋势材料科学与工程是一门研究材料制备、性质控制、公差和性能分析的交叉学科。
材料是现代工业和生活不可缺少的基础，因此材料科学与工程是一个重要的领域。
近年来，随着技术的进步和全球资源的日益枯竭，在绿色、环保、可持续发展的背景下出现了新材料。
新材料具有自我修复、智能感性、多功能化等优异性质，成为材料学研究的热点。
本文将就材料学中的新材料研究与发展趋势进行探讨。
一、先进金属材料金属材料一直以来都是我们日常生活中最常见的材料，但是传统的金属材料在应用时总是会存在一些缺陷，如脆性、导电性差等。
钨烯、碲化钥石、稀土超导材料等新金属材料的研究正在进行中。
其中最受关注的是钨烯材料。
钨烯是一种新型的二维纳米材料，具有优异的物理性能和应用前景。
它的强度比钢高200倍，最大的拉伸强度为130 GPa，强度和硬度比金刚石高。
因此，钨烯材料在制备高强度机械部件、电子元器件等方面具有广泛的应用前景。
二、智能材料智能材料是一种具有自我修复、智能感性、多功能化等性质的新型材料，这种材料可以在受到外界刺激的情况下自我调节、自我修复。
智能材料的研究涵盖多个领域，例如：光学、机械、电磁、化学、生物等。
具有这些性质的材料已经在许多领域得到应用。
例如，在医疗领域中，智能材料可以用于制备一种可控释药的药物输送系统。
在建筑领域中，智能材料则可以用于制备一些新型的墙面材料等等。
智能材料的研究正在加速发展，未来会在很多领域都发挥重要作用。
三、纳米材料纳米材料是一种新兴的功能材料，其宏观性质往往表现为非线性、非加性、非统计、量子化和尺寸效应等。
近年来，纳米材料制备技术得到了快速发展，新型纳米材料如纳米管、纳米线、纳米球等被应用于电子、机械、生物等领域。
例如，碳纳米管具有优异的机械性能和导电性能，因此可以用于制备仿生机器人、纳米电子元器件、防弹材料等。
纳米金属颗粒、量子点等新型纳米材料在生物医药领域也有着广泛的应用。
纳米材料研究的发展会带来更多新材料的创造，并广泛应用于现代科学技术之中。
材料科学的发展趋势
材料科学的发展趋势材料科学是当今世界上最重要的前沿科学领域之一，它涉及到众多材料类型的研发和应用，如金属、陶瓷、高分子、复合材料等。
随着科技的不断进步和工业的不断升级，材料科学的发展趋势也越来越受到人们的关注。
本文将从以下几个方面探讨材料科学的发展趋势。
一、纳米材料的应用越来越广泛纳米材料是指尺寸在纳米尺度下的材料，其具有许多独特的性质，如高强度、高硬度、高导电性、高透明性等。
随着纳米技术的不断发展，纳米材料的应用领域也越来越广泛。
在电子、通信、医疗、能源等领域，纳米材料都发挥着重要的作用。
未来，纳米材料将会在更多领域得到应用，如生物医用材料、环境材料等，其发展前景十分广阔。
二、绿色材料的研发成为热点随着环保意识的不断提高，绿色材料的研发成为材料科学领域的热点。
绿色材料是指在生产、使用和废弃过程中对环境影响最小的材料，其具有环保、安全、可持续等特点。
未来，绿色材料的研发将会更加注重材料的可回收利用、无毒无害、节能减排等方面，如生物降解材料、绿色陶瓷材料等。
三、智能材料的广泛应用智能材料是一种能够感知环境变化并能够做出相应响应的材料。
它们具有感知、分析、响应三个基本特征，能够实现自适应、自修复等功能。
智能材料在工程中的应用越来越广泛，如智能混凝土、智能纤维复合材料等。
未来，智能材料将会在更多领域得到应用，如建筑、交通、医疗等，它们将为人类带来更加安全、舒适的生活环境。
四、仿生材料的研发成为趋势仿生材料是模仿自然界中的生物所形成的结构或功能而研发的材料。
它们具有优异的力学性能、独特的结构特点、环保可持续等特点。
未来，仿生材料的研发将会更加注重模仿生物界的自然规律和结构特点，如模仿植物茎秆的纤维增强复合材料、模仿贝壳的生物无机材料等。
五、超导材料的突破有望实现超导材料是指在低温下具有零电阻和完全抗磁性的材料。
它们在磁悬浮、能源传输、超高速计算机等方面具有广泛的应用前景。
然而，超导材料的研发一直是一个挑战性很大的领域。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
白光LED用荧光粉的研究进展姓名：马艳艳学号：200910105448早在1907年，H. J. Round 就在半导体材料中观测到发光现象[1]。
直到二十世纪六十年代末，GaAsP红色发光二极管(LED)问世，开创了半导体发光材料与器件研究领域的先河。
从20世纪60年代第一只发光二极管问世以来，LED已经走过了近四十年的发展历程[2]。
早期所用的发光材料GaAsP只能发红光(λp= 650 nm)，在驱动电流20 mA时，光通量只有千分之几流明，发光效率只有0.1l m/W，只能用来做指示灯。
20世纪70年代，随着新型发光材料研究的不断深入，使发光颜色种类不断拓展，LED能够产生绿光(λp = 555 nm)、黄光(λp = 590 nm)和橙光(λp= 610 nm)，光效提高到1 lm/W，其应用进入显示领域。
80年代以后，出现了采用GaAlAs做发光材料的LED，封装技术也逐步提高，红光、黄光LED 光效可达10 lm/W。
90年代初，发红光、黄光的GaAlInP和发绿光、蓝光的GaInN 两种新材料开发成功，使LED光效大幅度提高。
1993年日本日亚化学公司率先在蓝色氮化镓LED技术上取得突破[3]，并很快实现了产业化；进而于1996年实现白光发光二极管（White light Emitting Diodes，简称白光LED）[4]，并于1998年推向市场作为照明光源使用，为LED找到了新舞台。
人们在GaN基材料体系上成功地制备出纯绿色、蓝色和紫色LED。
这一历史性的突破使得LED的波长向短波方向迈进了一大步，由原来的550 nm扩展到380 nm，LED的光谱已经覆盖了整个可见光谱区，从而形成了三基色完备的发光体系，并且蓝色和纯绿色LED的发光效率已经接近红色LED的发光效率，使得LED的应用领域得到了迅速扩展从而使得LED的用途从最早的信号指示逐渐拓宽到普通照明、汽车、个人通讯、设备、LED背光源和照明等领域。
1 白光LED1.1 白光LED的发展白光LED作为一种新型全固态照明光源，深受人们的重视。
由于其具有众多的优点，广阔的应用前景和潜在的市场，被视为21世纪的绿色照明光源，已经得到各国政府的大力支持并被寄予厚望。
有人认为，白光LED的研制成功将像爱迪生发明白炽灯一样，引起照明工业的一场革命，并将带动一大批相关产业的飞速发展。
白光LED照明光源主要优点（或特点）在于：（1）寿命长：白光LED光源的寿命是光源中最长的，可达到100,000小时。
（2）效率高：目前白光LED的效率是普通白炽灯的2倍。
（3）抗恶劣环境：抗冲击和抗震动性能远优于其它传统光源。
（4）光谱范围宽：白光LED光源的发光谱覆盖整个可见光区。
（5）可视距离远：由于发光二极管的发射光谱半宽度窄，因此可视距离远。
（6）绿色环保无污染：白光LED 在生产和使用过程中不产生对环境的有害物质，特别是消除了汞对人体和环境的污染。
（7）节能：具有良好的节能效果。
（8）安全：低电压工作，温升低。
（9）显色性好：显色指数大于80。
（10）响应时间短：其响应时间为120 ns，为白炽灯的千分之一。
（11）无频闪，无红外和紫外辐射。
（12）体积小：外型小巧，便于造型设计。
白光LED诸多的优点中最为重要三个的优点是节能、环保和绿色照明。
白光LED照明耗电量低，耗电量是同等照明亮度的白炽灯的20%，日光灯的50%。
据统计在1998年，全球照明消耗2300亿美元，在发电过程中，产生4.1亿吨CO2气体，美国照明用电消耗630亿美元，占能源的20%，在发电中产生1.12亿吨CO2气体。
1997 年京都协议书确定的联合国气候变化纲要公约要求各国承诺在2008-2012 年间，将CO2的排放量减到1990年的95%（美国减到93%，日本减到94%，欧盟减到92%）。
因此CO2排放量将成为限制，影响各国能源分配，产业结构，经济发展的重要因素。
采用白光LED照明，可以节能，减少发电量，从而减少CO2排放量，防止室温效应；绿色照明的概念源于健康的原因。
白光LED用于照明无频闪、无红外和紫外辐射，光色度及无污染等的优点都是白炽灯和日光灯无法达到的。
然而，当前固态白光的研究水平，无论在性能还是在制造成本上均与普通照明光源存在一定差距，为使白光LED进入通用照明市场，还需要科学工作者的进一步努力。
人们对白光LED的发展前景制定了2010年光效达到或超过100 lm/w，价格降到1美分/lm，实现普通照明，进入家庭应用。
由于白光LED在照明方面的发展潜力，一些先进国家与地区对LED的发展都制定了国家级的发展计划[5]，日本从1998年开始实施“21世纪光计划”（The light for 21st century），预计2010年白光LED的发光效率达到120 lm/w，到2020 年希望能取代50%的白炽灯及全部荧光灯。
美国也已启动了名为“下一代照明光源计划的半导体照明国家研究规划（National researth programon semiconductor lighting）”，共10年，总计耗资5亿美元，旨在未来400亿美元的照明光源市场的竞争中能领先于日本、欧洲与韩国。
美国测到2010年，美国将有50%的白炽灯和荧光灯被半导体灯所替代，每年可节电350亿美元。
美国权威人士预计，到2020年美国将减少照明用电50%，减少能源消费1000 亿美元，减少向大气中排放含碳化合物2800万吨。
韩国于1999年起由产业资源部牵头，启动了“GaN 光半导体”开发计划，该计划持续5年，分二个阶段进行，预期10年后将固体白光的光效提升至100 lm/w 以上。
同样，欧洲也正在开展名为“彩虹计划”的固态白光发展计划，由欧盟补助基金给予全力资助。
台湾是世界生产LED 的重要地区，由台湾经济技术处牵头，推动华兴电子等11家公司，于2002年9月9日建立了“次时代照明光源研发联盟”，以图整合世界各方面的研发能力及台湾地区的相关资源，共同开发次时代白光LED照明光源，计划利用5年左右的时间，能生产出光效达50 lm/w的固态白光器件。
中国政府为了把握好新兴产业的发展机遇，充分发挥政府的导向作用，以科技部牵头，信息部、建设部共同发起，于2003年6月19日成立了跨部门、跨行业、跨地区的“国家半导体照明工程”协调领导小组，并由科技部高新司拨出专款8000万元，作为引导经费，大力推进半导体照明事业的发展。
为开拓白光LED 产品，抢占世界固态光源市场，欧美一些照明公司纷纷与LED制造商联合成立合资的白光LED专业公司，典型几家如:美国的飞利浦照明公司（Pillip）和HP发起合资组建Lumileds照明公司,美国的通用电器照明公司（GE）和Emcore 发起合资组建GEcore公司,德国的欧斯朗照明公司（Osram）和Siemens半导体分公司发起合资组建Osram Opta Somiconductors 公司。
根据美国能源部（DOE）的预测,LED的发光效率在今后几年中得到很快的增长，到2025年以后，增加的幅度变慢,到2020年左右达到最高值,那时的实验室样品的光效为200 lm/W左右，商业产品的光效为165 lm/W左右。
1.2白光LED基本原理LED 顾名思义，是一种具有二极管电子特性的能发光的半导体组件。
图1-1 LED的结构图图1-1是发光二极管的基本结构图。
发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为P-N结。
在某些半导体材料(主要是由III-IV族化合物，如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓))等半导体的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。
当形成热平衡状态时，N区有很多迁移率很高的电子，P区有较多的迁移率较低的空穴，由于PN结阻挡层的限制，在常态下，二者不能越过势垒而发生复合；PN 结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。
当它处于正向工作状态时(即两端加上正向电压)，由于外加电场方向与势垒区的自建电场方向相反，因此势垒高度降低，势垒区宽度变窄，破坏了PN结动态平衡，产生少数载流子的电注入，空穴从P区注入N区，同样电子从N区注入到P区。
注入的少数载流子将同该区的多数载流子复合，不断的将多余的能量以光的形式辐射出去。
半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光，光的强弱与电流有关。
（a）热平衡状态下p-n结的能带图（b）正向偏压下p-n结的能带图图1-2 发光二极管的发光原理简图图1-2显示了发光二极管的发光原理简图。
图1-2（a）表示在热平衡状态下p-n结的能带图。
其中V表示价带，E F表示费米能级，D表示施主能级，A表示受主能级，E g表示禁带宽度。
在n区导带上，实心点表示自由电子。
在p区价带上，空心点表示自由空穴。
在n区导带底附近有浅施主能级D，由于施主电离，向导带提供大量的空穴。
因此，在n区中多数载流子是电子。
同样，在p区，浅受主能级A电离，向导带提供大量空穴。
P区的多数载流子是空穴。
在热平衡时，n区和p区的费米能级是一致的。
图1-2（b）表示在p-n结上加正向电压（即电池的负极接到n区，正极连接到p区）时，p-n结势垒降低，结果出现了n区的电子注入到p区，p区的空穴注入到n区的非平衡状态。
被注入的电子和空穴成为非平衡载流子（又称少数载流子）。
在p-n结附近，当非平衡载流子和多数载流子复合时，便把多余的能量以光的形式释放出来，这就可观察到p-n结发光。
这种发光也称为注入发光。
此外，一些电子被俘获到无辐射复合中心，能量以热能形式散发，这个过程被称为无辐射过程。
为提高发光效率，应尽量减少与无辐射中心有关的缺陷和杂质浓度，减少无辐射过程。
实际情况下，不同材料制备的发光二极管的芯片结构有所不同。
发光情况也各异，而基本原理相似。
半导体依据所选用的材料不同，电子和空穴所占据的能级也不同，则复合所产生的光子能量不同，也就可获得不同的光谱和颜色。
因此，欲决定LED所发出光的颜色，可通过选择具有特定结构的材料来实现。
1.3白光LED的技术方案白光LED是根据人眼所能见的白光形式至少需要两种光混合，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）。
由色度学和发光学原理得出，以LED为基板实现白光LED主要有三种方法：1) 蓝色LED芯片和可被蓝光有效激发的发黄光荧光粉组合成白光LED。
利用蓝光照射此荧光物质以产生与蓝光互补波长的黄光，再利用透镜原理将互补的黄光、蓝光予以混合，调节它们的强度比便可得出人眼所需各种色温的白光。
2) 用发紫外光的LED芯片与可被紫外光有效激发而发出红、绿、蓝三基色荧光粉组合得到白光LED。