LED (Light Emitting Diodes, lichtemittierende Dioden) sind Bauteile aus Halbleitermaterial. Da sie prinzipiell Dioden sind, lassen sie Strom nur in eine Richtung durch (Durchlassrichtung). Durch Anlegen einer Spannung in Durchlassrichtung werden sie zur Lichtaussendung angeregt.

Ähnlich wie Metalle weisen Halbleiter eine sogenannte Bänderstruktur auf. Diese Bänder sind sehr breite Energieniveaus, die entstehen, wenn sich viele Atome zu einem Festkörper verbinden (siehe Abbildung).

In Halbleitern liegen bewegliche Ladungsträger also nicht permanent vor, sondern müssen erst durch äußere Einflüsse vom sogenannten Valenzband ins Leitungsband gehoben werden, um sich frei durch das Material bewegen zu können. Zwischen den beiden Bändern liegt die sogenannte Bandlücke. Ist diese sehr groß, handelt es sich um einen Isolator bzw. Nichtleiter, ist sie sehr klein oder überlappen sich die Bänder gar, zählt das Material als Leiter, wie z.B. Metalle. Dazwischen liegen die Halbleiter mit Bandlücken, die durch äußere Anregung (Temperatur, Strahlung, elektrische Felder) relativ leicht überwunden werden können (siehe Abbildung).

Durch Beimischung von Fremdatomen (Dotierung) werden gezielt elektronenreiche und elektronenarme Bereiche im Halbleitermaterial erzeugt. Eine Stelle mit Elektronenmangel wird als Loch oder Defektelektron bezeichnet.

Fließt nun ein Strom in Durchlassrichtung, bewegen sich Ladungsträger aus elektronenreichen Regionen in elektronenarme. Dabei können die beweglichen Elektronen in die Löcher "stürzen" (Rekombination). Die freiwerdende Energie kann als Licht abgestrahlt werden (Elektroluminiszenz). Der umgekehrte Prozess ist ebenfalls möglich: Durch Absorption von Strahlung werden Elektronen ins Leitungsband gehoben. Ist der Halbleiter entsprechend dotiert, wird durch diese Ladungsverschiebung eine Spannung aufgebaut, die zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden kann. Dieser Effekt wird in der Photovoltaik, also den Solarzellen genutzt.

Das Grundmaterial und die Dotierung bestimmen die abgestrahlten Wellenlängen, also die Farbe des Lichts. Außerdem sorgen spezielle Leuchtschichten, die absorbierte Lichtenergie als Licht anderer Farbe wieder abgeben, für ein angenehmes Licht. Z. B. warmweißes, also gelbliches Licht wird häufig durch eine Leuchtschicht erzeugt, die durch das vom Halbleitermaterials ausgesendete, eigentlich weißbläuliche Licht angeregt wird und dann gelbliches Licht emittiert.