LED光学特性解析

发光二极管有非可见（例如红外发光二极管）与可见光两个系列，前者可用辐射度，后者可用光度学来量度其光学特性。LED的光学特性主要有以下技术指标。

1.发光角分布及法向光强

（1）发光强度的角分布是描述LED发光在空间各个方向上光强分布。它主要取决于封装的工艺（包括支架、模粒头、环氧树脂中添加散射剂与否）。

（2）发光强度（法向光强）是表征发光器件发光强弱的重要性能。LED大量应用要求是圆柱、圆球封装，由于凸透镜的作用，故都具有很强指向性。LED发光位于法向方向光强最大，其与水平面交角为90°。当偏离正法向不同θ角度，光强也随之变化。发光强度随着不同封装形状而依赖于角的方向。

2.发光峰值波长及其光谱分布

（1）LED发光强度或光功率输出随着波长的变化而不同，绘成一条分布曲线-光谱分布曲线。当此曲线确定之后，器件的有关主波长、纯度等相关色度学参数亦随之确定。

LED的光谱分布与制备所用化合物半导体种类、性质及PN结结构（外延层厚度、掺杂杂质）等因素有关，而与器件的几何形状、封装方式无关。

无论什么材料制成的LED，都有一个相对光强度最强处（光输出最大），与之相对应有一个波长，此波长叫峰值波长，用λ_p表示。只有单色光才有λ_p波长。

（2）主波长。有的LED发光不单是单一色，即不仅有一个峰值波长，甚至有多个峰值，并非单色光。为此描述LED色度特性而引入主波长。主波长就是人眼所能观察到的，由LED发出主要单色光的波长。单色性越好，则λ_p也就是主波长。

（3）谱线宽度。在LED谱线的峰值两侧±Δλ处，存在两个光强等于峰值（最大光强度）一半的点，此两点分别对应λ_p-Δλ，λ_p+Δλ之间宽度叫谱线宽度，也称半功率宽度或半高宽度。半高宽度反映谱线宽窄，即LED单色性的参数，LED的半功率宽度小于40nm。

3.光通量

光通量是表征LED总光输出的辐射能量，它可以标志LED器件的性能优劣。光通量为LED向各个方向发光的能量之和，它和工作电流直接有关。随着工作电流增加，LED的光通量随之增大。可见光LED的光通量单位为流明（lm）。

LED向外辐射的功率-光通量与LED芯片材料、封装工艺水平及外加驱动恒流源大小有关。

4.视觉灵敏度和发光效率(www.xing528.com)

（1）视觉灵敏度是实用照明与光度学中的参量。

（2）发光效率，即量子效率η=发射的光子数/PN结载流子数。

（3）LED发光效率有内部效率（PN结附近由电能转化成光能的效率）与外部效率（辐射到外部的效率）。前者只是用来分析和评价芯片优劣的特性。

LED发光二极管最重要的技术指标就是用辐射出光能量（发光量）与输入电能之比，即发光效率。

（4）流明效率：LED的光通量/外加耗电功率。

它是评价具有外封装LED特性，LED高的流明效率是指在同样外加电流下辐射可见光的能量较大，所以也叫可见光发光效率。

品质优良的LED要求向外辐射的光能量大，向外发出的光尽可能多，即外部效率要高。事实上，LED向外发光仅是内部发光的一部分，总的发光效率应为向为PN结区少数载流子注入效率η_i、在势垒区少数载流子与多数载流子复合效率η_c和外部出光（光取出效率）效率η_e三项的乘积，即η=η_i×η_c×η_e。

5.发光亮度

发光亮度是LED发光性能又一重要参数，具有很强方向性。LED发光亮度与外加电流密度有关，一般的LED电流密度增加发光亮度也近似增大。另外，发光亮度还与环境温度有关，环境温度升高，LED发光亮度下降。当环境温度不变，电流增大足以引起PN结结温升高，温升后，LED发光亮度呈饱和状态。

6.LED的使用寿命

老化是指LED发光亮度随着长时间工作而出现光强或发光亮度衰减的现象。器件老化程度与外加恒流源的大小有关，可描述为B_t=B₀e^-t/τ，公式中B_t为t时间后的亮度，B₀为初始亮度。

通常把发光亮度降到B_t=1/2B₀所经历的时间t称为发光二极管的寿命。测定t要花很长的时间，通常以推算求得寿命。测量方法：给LED通以一定恒流源，工作10³～10⁴h后，先后测得B₀，B_t=1000～10000，代入B_t=B₀e^-t/τ求出τ，再把B_t=1/2B₀代入公式B_t=B₀e^-t/τ，可求出寿命t。