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當在 LED 元件內的 PN 結處施加正向電壓時，空穴和電子移動到 PN 結并碰撞（復合），就會發生 LED 發光。
當電子從高能導體移動到低能價帶時，多余的能量轉化為光并發射出去。
具體來說，如下圖所示，LED元件內部將p型半導體和n型半導體接合在一起，當正向電流流動時，電子和空穴在接合處復合，能量轉化為光。將被釋放。
此時，發光波長（發光顏色）由該能量差（帶隙）的大小決定。該能量差根據半導體材料的不同而不同，差值越大，發出的高能量光（短波長的光）越多。
